STUDY THE EFFICIENCY OF GAS-LIQUID SEPARATION DEVICE FOR INDUSTRIAL DUST COLLECTION
DOI 10.31588/2073-0462-2026-21-1-110-118 УДК / UDC 62-784.433 EDN: QCTFVD
Keywords:
vortex separator, dust, irrigation, separation efficiency, feed production, grain processingAbstract
Air pollution by industrial dust at agricultural enterprises has a multifaceted negative impact, posing a direct threat to personnel health, reducing the service life of equipment and increasing the risk of environmental emergencies. Existing cleaning methods, especially for particles smaller than 10 µm, are often ineffective or energy-intensive. The aim of this study is to provide a comprehensive theoretical justification and develop analytical models for evaluating the efficiency of a new gas-liquid vortex separation device with a tangential vane swirler, combining centrifugal and inertial cross-flow separation mechanisms. Based on an analysis of particle trajectories and mass transfer equations, analytical relationships were developed that allow us to predict the fractional separation efficiency depending on the gas (G) and irrigating liquid (L) flow rates. It was found that efficiency of centrifugal separation is critically dependent on the L/G ratio: increasing the liquid feed reduces flow swirl. Thus, for particles with a diameter of 10 µm, with an L/G ratio of 0.12, the efficiency reaches 80%, but drops to 18% at L/G = 0.47. At the same time, the efficiency of inertial sedimentation on liquid droplets depends on the liquid load, demonstrating a positive correlation with particle size. Increasing the liquid flow rate from 21 to 168 kg/h increases the efficiency of the inertial mechanism for 10 µm particles from 56% to 94%. Calculation of the overall separation efficiency confirms the high potential of the device for capturing a wide fractional composition of industrial dust. The developed models and obtained results provide the basis for designing highly efficient dust removal systems specifically tailored to the conditions of the agro-industrial complex, particularly for feed production and grain processing plants.
References
1. Иванов А.Г., Широбоков В.И., Калимуллин М.Н. Зависимость частоты вращения лопастей мешалки мокрого пылеуловителя от плотности жидкости // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2022. Т. 17. № 3(67). С. 77–83. doi: 10.12737/2073-0462-2022-81-87.
2. Tian C., Yang Z., Zhang L. A review of grain dust explosions: Prevention and control // Results in Engineering. 2025. Vol. 26. Article 105483. doi: 10.1016/j.rineng.2025.105483.
3. Zhao J.P., Tang G.F., Wang Y.C., Han Y. Explosive property and combustion kinetics of grain dust with different particle sizes // Heliyon. 2020. Vol. 6. Issue 3. Article e03457. doi: 10.1016/j.heliyon.2020.e03457.
4. Dziubak T., Dziubak S. A study on the effect of inlet air pollution on the engine component wear and operation // Energies. 2022. Vol. 15. Article 1182. doi: 10.3390/en15031182.
5. Небытов В.Г. Воздействие пылевого фактора на условия труда работников АПК // Охрана и экономика труда. 2015. № 2(19). С. 89–93.
6. Рудыка Е.А., Батурина Е.В. Анализ пылеочистного оборудования, используемого при производстве растворимых порошков // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2016. № 2(68). С. 193–196. doi: 10.20914/2310-1202-2016-2-193-196.
7. Dziubak S., Dziubak T. Experimental study of an axial flow cyclone with ongoing dust removal from a settling tank // Chemical Engineering and Processing - Process Intensification. 2025. Vol. 209. Article 110167. doi: 10.1016/j.cep.2025.110167.
8. Красовицкий Ю.В., Федорова М.Н, Архангельская Е.В., Логинов А.В. Особенности фильтрования технологических газов и аспирационных выбросов зернистыми слоями в пищевой технологии // Вестник Воронежской государственной технологической академии. 2010. № 1(43). С. 83–86.
9. Панова О.Д., Красовицкий Ю.В., Панов С.Ю. Фильтр с динамической регенерацией для улавливания и утилизации пылевых выбросов при хранении и переработке зерна // Хранение и переработка сельхозсырья. 2007. № 8. С. 67–69.
10. Скорик Т.А., Глазунова Е.К., Галкина Н.И. Оценка эффективности работы мокрых пылеулавливающих аппаратов // Инженерный вестник Дона. 2018. № 2(49). С. 132–140.
11. Харьков В.В., Николаев А.Н. Инженерная методика расчета вихревой камеры со взвешенным капельным слоем // Химическая промышленность сегодня. 2017. № 1. С. 16–21.
12. Николаев А.Н., Нуртдинов Н.М., Харьков В.В. Эффективность инерционного осаждения частиц на каплях жидкости в полых вихревых аппаратах при очистке выбросов пищевых производств // Вестник технологического университета. 2015. Т. 18. № 3. С. 294–296.
13. Литвинов А.Т. Об оценке эффекта захвата крупными частицами или каплями жидкости мелких частиц и о влиянии гидрофильности частиц на коэффициент захвата // Инженерно-физический журнал. 1969. Т. 16. № 6. С. 1052–1061.
14. Коузов П.А., Мальгин А.Д., Скрябин Г.М. Очистка от пыли газов и воздуха в химической промышленности. Л.: Химия, 1982. 256 с.
1. Ivanov AG, Shirobokov VI, Kalimullin MN. [Dependence of the rotation frequency of the wet dust collector mixer blades on the liquid density]. Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2022; Vol.17. 3 (67). 77-83 p. doi: 10.12737/2073-0462-2022-81-87.
2. Tian C, Yang Z, Zhang L. A review of grain dust explosions: prevention and control. Results in Engineering. 2025; Vol.26. Article 105483. doi: 10.1016/j.rineng.2025.105483.
3. Zhao JP, Tang GF, Wang YC, Han Y. Explosive property and combustion kinetics of grain dust with different particle sizes. Heliyon. 2020; Vol.6. Issue 3. Article e03457. doi: 10.1016/j.heliyon.2020.e03457.
4. Dziubak T, Dziubak S. A study on the effect of inlet air pollution on the engine component wear and operation. Energies. 2022; Vol.15. Article 1182. doi: 10.3390/en15031182.
5. Nebytov VG. [Impact of the dust factor on working conditions of workers in the agro-industrial complex]. Okhrana i ekonomika truda. 2015; 2(19). 89-93 p.
6. Rudyka EA, Baturina EV. [Analysis of dust cleaning equipment used in the production of soluble powders]. Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo universiteta inzhenernykh tekhnologiy. 2016; 2(68). 193-196 p. doi: 10.20914/2310-1202-2016-2-193-196.
7. Dziubak S, Dziubak T. Experimental study of an axial flow cyclone with ongoing dust removal from a settling tank. Chemical Engineering and Processing - Process Intensification. 2025; Vol.209. Article 110167. doi: 10.1016/j.cep.2025.110167.
8. Krasovitskiy YuV, Fedorova MN, Arkhangelskaya EV, Loginov AV. [Features of filtration of process gases and aspiration emissions by granular layers in food technology]. Vestnik Voronezhskoy gosudarstvennoy tekhnologicheskoy akademii. 2010; 1(43). 83-86 p.
9. Panova OD, Krasovitskiy YuV, Panov SYu. [Filter with dynamic regeneration for capturing and recycling dust emissions during grain storage and processing]. Khranenie i pererabotka selkhozsyrya. 2007; 8. 67-69 p.
10. Skorik TA, Glazunova EK, Galkina NI. [Evaluation of wet dust collecting devices efficiency]. Inzhenernyy vestnik Dona. 2018; 2(49). 132-140 p.
11. Kharkov VV, Nikolaev AN. [Engineering methodology for calculating a vortex chamber with a suspended droplet layer]. Khimicheskaya promyshlennost segodnya. 2017; 1. 16-21 p.
12. Nikolaev AN, Nurtdinov NM, Kharkov VV. [Efficiency of inertial sedimentation of particles on liquid droplets in hollow vortex apparatus for cleaning food production emissions]. Vestnik tekhnologicheskogo universiteta. 2015; Vol.18. 3. 294-296 p.
13. Litvinov AT. [On assessing the effect of capture small particles by large particles or liquid droplets and the influence of particle hydrophilicity on the capture efficiency]. Inzhenerno-fizicheskiy zhurnal. 1969; Vol.16. 6. 1052-1061 p.
14. Kouzov PA, Malgin AD, Skryabin GM. [Cleaning dust from gases and air in the chemical industry]. Leningrad: Khimiya. 1982; 256 p.
Downloads
Additional Files
Published
How to Cite
Issue
Section
Categories
License
Copyright (c) 2026 Vestnik of Kazan state agrarian university
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Метаданные научных статей, включая название, аннотацию, сведения об авторах, список литературы, идентификаторы и иные элементы библиографического описания для дальнейшего неограниченного использования, передаются в редакцию с правом их неограниченного использования на условиях открытой лицензии Creative Commons Attribution (CC BY).
