купить рециркуляторы российского производства

Оптимизированная конструкция газовых циклонов особенно важна для извлечения очень ценных продуктов, например, при производстве активных фармацевтических ингредиентов (API) с помощью систем сушки, таких как сушка распылением или сушка в псевдоожиженном слое [1]. Традиционно их улавливают с помощью газовых циклонов с обратным потоком, но мелкие частицы и частицы низкой плотности по-прежнему трудно улавливать [2]. Мешковые фильтры, хотя и являются очень эффективными, следует избегать из-за возможных проблем с загрязнением и задержками фильтруемого продукта.

Кроме того, небольшие электрофильтры трудно чистить, и поэтому они не использовались для этой цели. В этой статье рассматривается использование оптимизированных конструкций газовых циклонов с обратным потоком (Hurricanes), которые могут быть объединены с механическими / электростатическими системами рециркуляции (системы ReCyclone®).. Конструкции Hurricane представляют собой решение численных задач глобальной оптимизации с целью максимизации эффективности сбора при соблюдении нескольких наложенных операционных и геометрических ограничений [3]. Имитационная модель, используемая оптимизатором, основана на предсказательных свойствах модели конечной диффузии [4]. Недавно эта модель была расширена, чтобы иметь дело с рециркуляцией [5], что позволило оптимизировать и без того высокоэффективные системы ReCyclone. И циклоны Hurricane, и системы ReCyclone могут быть выполнены с разборной конструкцией, что делает их совместимыми с потребностями промышленности API.

Циклоны - это устройства для разделения газа и твердого вещества, характеризующиеся низкими инвестиционными и эксплуатационными затратами, которые используются в отраслях API для извлечения ценных продуктов [2]. Моделирование циклонов с обратным потоком было предметом нескольких различных подходов [6], но ни одна из предложенных теорий не способна последовательно давать хорошие прогнозы при применении к прогнозированию экспериментальных сборов содержаний, полученных с различной геометрией, условиями эксплуатации и различными типами частиц. распределения по размерам. Из всего этого модель Мотеса и Лоффлера [4] дает прогнозы, которые лучше коррелируют с доступными данными . Однако прогнозы модели зависят от знания коэффициента турбулентной дисперсии частиц, который зависит от условий эксплуатации, геометрии циклона и размера частиц.

Поскольку каждый производитель циклонов имеет свою собственную высокоэффективную (HE) конструкцию, актуален вопрос о том, какая конструкция действительно лучше для конкретного применения. Кроме того, маловероятно, что оптимальная конструкция может быть найдена путем эмпирического тестирования, поскольку задействовано слишком много проектных параметров. Это было экспериментально подтверждено Маа и др. [2], которые пытались улучшить извлечение из распылительной сушилки, используя циклоны новой конструкции. Несмотря на различные попытки перепроектировать циклоны, не наблюдалось улучшения улавливания частиц размером менее 2 мкм, и наблюдались серьезные потери (до 20%).

В предыдущей статье [3] были сформулированы задачи оптимизации для максимального увеличения улавливания циклонов и повышения экономической эффективности. Проблемы включали несколько ограничений на геометрию, перепад давления и скорость сальтации, что обеспечивало возможность получения возможных циклонов с эффективностью, близкой к проектной. В ходе лабораторных, пилотных и полномасштабных испытаний было показано, что решение одной из этих проблем (циклоны Hurricane) превосходит другие высокоэффективные конструкции, доступные на рынке и в научной литературе .

Признавая, что физические свойства частиц (размер, удельный вес, пористость) и концентрация играют очень важную роль в захвате частиц в циклонах, недавно была разработана компьютерная программа (PACYC - Агломерация частиц в CYClones), объединяющая модель агломерации Хо и Зоммерфельда [ 12] с Мотесом и Лоффлером [4] или Сальседо и др. [5] модель захвата частиц соответственно для одиночных циклонов и для систем ReCyclone.
 

Ураганные циклоны
Численная оптимизация циклона с обратным потоком может быть представлена ​​как необходимость максимизировать любую подходящую функцию «прибыли». Это зависит от ограничений равенства, включая соответствующие проектные уравнения (теория моделирования циклона), гранулометрический состав и плотность частиц, расход газа и запыленность, температуру газа, плотность и вязкость. Кроме того, существуют ограничения неравенства, включая потерю давления, скорость сальтации и различные геометрические ограничения.

Одна из возможных функций прибыли - глобальная эффективность сбора. Ограничения равенства представляют данные проблемы и теорию моделирования циклонов. С другой стороны, ограничения неравенства представляют собой границы для переменных решения (восемь измерений циклона) и, в конечном итоге, для нескольких зависимых переменных. На основании доступной литературы использовался следующий набор ограничений:

(1)  P <1500 Па

(2) 6,8 ° <ε <16 °

(3) 0,5 <4ab / π D e 2 <0,735

(4) u in / u s <1,25

Первое ограничение ограничивает падение давления в циклонах, поскольку это напрямую связано с эксплуатационными расходами. Второе ограничение ограничивает полуугол конуса циклона и отражает значения, которые связаны с легким смещением собранной пыли вдоль стенок конуса циклона. Третье ограничение просто гласит, что эффективная площадь выброса газа из циклона должна быть больше, чем входная секция, и границы были найдены путем проверки конструкции звукового циклона. Последнее ограничение устанавливает верхний предел средней входной скорости циклона, но только путем сравнения со скоростью сальтации, которая является функцией геометрии циклона (изменяется в процессе оптимизации), плотности частиц и рабочих условий.

Геометрические ограничения были следующими:

(5) s <h <H

(6) 0,5D e <D b <D e

(7) 0,5 (DD e )> b

(8) s> 1,25a

(9) 2.3D e (D 2 / ab) 1/3 <Hs

Условие (7) обеспечивает легкий переход на входе в циклон, а условие (8) позволяет избежать короткого замыкания газа. Последнее ограничение отражает то, что естественная длина циклона (длина нисходящего вихря ниже устройства обнаружения вихрей) не должна превышать доступную высоту циклона.

Предлагаемые задачи являются невыпуклыми нелинейными задачами оптимизации с ограничениями с восемью степенями свободы, поскольку наилучший диаметр для данного набора рабочих условий неизвестен. Эти проблемы можно решить с помощью глобального оптимизатора [13]. Циклон-ураган является основным продуктом решения конкретной задачи оптимизации конструкции циклона [14], но для любой конкретной ситуации могут быть сформулированы и другие проблемы, что в конечном итоге приведет к созданию различных оптимальных конструкций циклонов.

На рисунке 2 показаны ожидаемые показатели эффективности для тонкодисперсного фармацевтического порошка (MVD = 5,5 мкм, ρ p = 1680 кг / м 3 , C in = 3,4 г / м 3 ) для урагана 530 мм, действующего при давлении 200-250 мм вод. Ст. Прогнозы Коултера и Гримма были получены из экспериментальных прогонов с другими порошками на пилотном урагане диаметром 450 мм и скорректированы с учетом плотности, концентрации и рабочих условий частиц [15]. Прогнозы PACYC были получены непосредственно для урагана 530 мм, действующего с конкретным рассматриваемым порохом. Экспериментальные значения эффективности этого порошка недоступны, но общая эффективность варьировалась от ≈ 96-98%, что очень хорошо согласуется с предсказаниями PACYC.

На рис. 3 показаны экспериментальная чистота и общий сбор, полученный в пилотном урагане 450 мм для порошка пищевого ингредиента (порошок (MVD = 13,6 мкм, ρ p = 1608 кг / м 3 , C in = 0,64 г / м 3 ).

Высокая эффективность Hurricane для частиц размером менее 1 мкм очевидна. Хотя модель PACYC не учитывает поведение частиц для всего спектра размеров, она четко отражает высокий уровень сбора, наблюдаемый для мелких частиц, что позволяет лучше прогнозировать сортность и общую эффективность.
 

Системы Recyclone®
На рис. 4 показан контур рециркуляции, содержащий один циклон с обратным потоком (коллектор) перед рециркуляционным циклоном (концентратором). Эти системы по своей природе более эффективны, чем одиночные циклоны или последовательно соединенные циклоны, при сравнимом падении давления и были запатентованы . Сам рециркулятор может представлять собой просто механический прямоточный циклон или на него может быть наложено электрическое поле, чтобы увеличить рециркуляцию мелких частиц в циклонный коллектор. Газ может рециркулировать с помощью соответствующего вентилятора или трубки Вентури. Поскольку Вентури легко чистятся, они должны подходить для рециркуляции в фармацевтических отраслях API.

Системы ReCyclone, использующие только центробежные силы в рециркуляторе (механические ReCyclones), были тщательно протестированы в лабораторных, пилотных и промышленных масштабах . В последнее время применение электростатической рециркуляции подняло эти системы на более высокий уровень сбора мелких частиц даже при очень низких концентрациях (<0,1 г / м 3 ). На рис. 5 показаны экспериментальные показатели эффективности, измеренные в режиме онлайн с помощью лазерного калибратора Grimm 1.108 и в автономном режиме с помощью Couter LS230. Согласие замечательное, показывая очень высокие сборы даже для частиц размером менее микрометра.

На рисунке 6 показано влияние увеличения концентрации на смещение кривых содержания и эффективности в сторону более высоких значений для порошка с MMV = 12,5 мкм. И снова сбор очень мелких частиц очень велик.

Хотя здесь это не показано, экспериментальные эксперименты показывают, что электростатические циклоны ReCyclone могут улавливать пыль размером до 0,3-0,5 мкм с эффективностью 85-90%. Электростатические рециклоны используют от 1/10 до 1/20 мощности высокого напряжения, типичной для электрофильтров, невосприимчивы к удельному сопротивлению пыли (поскольку пыль не улавливается стенками рециркулятора, а только на неэлектрифицированном коллекторе циклона) и может иметь разборную конфигурацию для облегчения очистки и сведения к минимуму загрязнения. Примерно и при эквивалентных потерях давления электростатические циклоны ReCyclones могут снизить выбросы от ураганов на целых 75-80%, а от других циклонов HE более чем на 90%.
 

Выводы
Оптимизированные численно циклоны (Hurricanes) и системы рециркуляции показали высокую эффективность для улавливания мелких частиц, которые обычно встречаются в пищевых ингредиентах и ​​при производстве фармацевтических API. Численно оптимизированные циклоны и системы ReCyclone были разработаны путем решения соответствующих задач оптимизации.

Аномально высокий сбор мелких частиц, часто наблюдаемый в этих системах, объясняется агломерацией частиц в поле турбулентного потока циклона. Модель PACYC была разработана на основе модели агломерации частиц Хо и Зоммерфельда [12], наложенной на модель сбора частиц Мотеса и Лоффлера [4]. Последние разработки сочетают модель агломерации с моделью Salcedo et al. [5] модель захвата частиц в рециркуляционных системах.

В среднем, ураганы могут снизить выбросы высокоэффективных циклонов с сопоставимым перепадом давления примерно на 40-60%, механических рециклонов примерно на 75-80% и электростатических рециклонов более чем на 90%. Эти системы могут быть построены в разобранной конфигурации для облегчения очистки и предотвращения нежелательного загрязнения, и их эффективность уже была продемонстрирована в экспериментальном и промышленном масштабах для различных видов очень мелкой пыли.

Модель PACYC в настоящее время расширяется, чтобы иметь дело с механической и электростатической рециркуляцией, и в настоящее время проводятся исследования по повышению скорости рециркуляции с использованием устройств Вентури, чтобы обеспечить адекватную рециркуляцию без проблем загрязнения.