WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |

На правах рукописи

Кузнецова Наталья Анатольевна

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ АБСОРБЦИОННОЙ ОЧИСТКИ

ГАЗОВЫХ ВЫБРОСОВ В АППАРАТАХ С ОБЪЕМНОЙ

СЕТЧАТОЙ ПСЕВДООЖИЖЕННОЙ НАСАДКОЙ

05.17.08 Процессы и аппараты химических технологий

Автореферат

диссертации на соискание

ученой степени кандидата технических наук

Иваново 2007

Работа выполнена на кафедре «Техника экологически чистых производств»
Московского государственного университета инженерной экологии.

Научный руководитель: кандидат химических наук, профессор

Беренгартен Михаил Георгиевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Родионов Анатолий Иванович

кандидат технических наук, доцент

Чагин Олег Вячеславович

Ведущая организация: ОАО «Научно-исследовательский институт по удобрениям и инсектофунгицидам имени проф. Я.В. Самойлова»

Защита диссертации состоится «26» марта 2007 г. в 14 часов на заседании
диссертационного совета Д 212.063.05 при Ивановском государственном химико-технологическом университете по адресу: 153000 г. Иваново, пр. Ф. Энгельса, 7.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ивановского государственного химико-технологического университета.

Автореферат разослан «____» _____________ 2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

д. ф.-м.н., профессор Зуева Г.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В современных условиях значительного антропогенного воздействия на окружающую среду становится актуальным поиск наиболее эффективных и экономичных методов очистки промышленных выбросов. Одной из особенностей очистки газовых выбросов от вредных примесей является ситуация, связанная с часто меняющимися условиями проведения процесса, в частности с изменением скоростей газовых потоков и концентраций вредных компонентов. Существенно, что в системах очистки промышленных газов вредные примеси присутствуют, как правило, в низких концентрациях, поэтому необходимо обеспечить высокую степень очистки при малых расходах по жидкости и высоких расходах по газу. Кроме того, для снижения энергозатрат необходимо обеспечить низкие гидравлические сопротивления аппарата при сохранении высокой эффективности очистки газовых потоков.

Одним из перспективных направлений интенсификации процесса массообмена является разработка аппаратов с использованием принципа взаимодействия газожидкостных потоков в слое подвижных тел, так называемых аппаратов с трехфазным псевдоожиженным слоем орошаемой насадки.

Основными требованиями, предъявляемыми к насадочным элементам аппаратов с подвижной насадкой, как известно, являются: обеспечение интенсивной турбулизации газожидкостных потоков; однородность структуры слоя с целью предотвращения проскока газа и жидкости; высокая износостойкость; низкая стоимость.

Цель работы. Разработка нового типа легкой псевдоожиженной насадки из полимерных сеток; исследование особенностей гидродинамики аппарата с новой насадкой, определение основных параметров трехфазного слоя; исследование основных характеристик процесса массообмена в жидкой фазе; оценка относительных энергозатрат на проведение процесса очистки газов с использованием новых сетчатых насадок.

Научная новизна диссертации.

Найдены оптимальные гидродинамические режимы работы аппарата с новым типом сетчатых насадок ОСПН.

Получены расчетные уравнения для определения:

- скорости перехода неорошаемой и орошаемой насадки ОСПН в режим развитого псевдоожижения;

- гидравлического сопротивления орошаемой насадки; относительной плотности газожидкостного слоя; количества задержанной жидкости в трехфазном слое для двух режимов работы аппарата.

Получено расчетное уравнение по определению коэффициента массоотдачи в жидкой фазе для насадок ОСПН.

Практическая значимость.

Разработан принципиально новый тип объемной сетчатой псевдоожиженной насадки (ОСПН) из полимерных сеток и защищен патентом № 2289472, опубл. Бюлл.№35, 2006, показавший высокую интенсификацию массообменных процессов.

Предложен алгоритм расчета основных гидродинамических параметров аппарата с трехфазным слоем орошаемой насадки нового типа.

Проведена реконструкция малогабаритной градирни марки ГПН-50.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были доложены на: Международной конференции и V международном симпозиуме молодых ученых, аспирантов и студентов «Инженерная защита окружающей среды», Москва 2001; VI международном симпозиуме молодых ученых, аспирантов и студентов «Техника и технология экологически чистых производств», Москва 2002; VII международном симпозиуме молодых ученых, аспирантов и студентов «Техника и технология экологически чистых производств», Москва 2003; XVII Менделеевском съезде по общей и прикладной химии, Казань, 2003; VIII международном симпозиуме молодых ученых, аспирантов и студентов «Техника экологически чистых производств в XXI веке: Проблемы и Перспективы», Москва 2004; III международной научно-практической конференции-выставке «Экологические проблемы индустриальных мегаполисов», Донецк 2006; Международном ИНТЕРНЕТ Форуме молодых ученых, аспирантов и студентов «Инженерные и технологические исследования для устойчивого развития», Москва 2006.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 работ, в том числе 2 статьи в научно-технических журналах, 1 описание патента и 6 тезисов докладов.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения и 5-и глав, содержащих обзор литературы и постановку задачи исследования, описание экспериментальных установок и методик проведения экспериментов по гидродинамике и массообмену, обработку результатов исследований и рекомендации по расчету; области использования и рекомендации по промышленному внедрению; общих выводов и списка литературы. Работа изложена на 172 страницах, включает 32 рисунка, 2 таблицы, библиография 167 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе представлен литературный обзор, посвященный теоретическим и практическим аспектам применения аппаратов с псевдоожиженной насадкой в массообменных процессах. Рассмотрены конструктивные схемы аппаратов и характеристики применяемых насадочных тел. На основе проведенного анализа поставлены задачи исследований.

Во второй главе дано описание экспериментальной полупромышленной установки и методика гидродинамических исследований аппарата с новой объемной сетчатой псевдоожиженной насадкой ОСПН. Колонна диаметром 400 мм была оснащена провальной тарелкой со свободным сечением 12% на которую поочередно насыпалась сетчатая насадка двух модификаций. Гидродинамические исследования проводились на системе «воздух-вода» в диапазоне скоростей по газу 1-3 м/с и нагрузок по жидкости 1-5,5 м3/м2ч. Установка была оснащена приборами замера расхода газа и жидкости, гидравлического сопротивления, высоты газожидкостного трехфазного слоя и количества удерживаемой в слое жидкости. Проведена оценка ошибки замеров.

Основываясь на опыте использования нерегулярных насадок из объемных текстильных структур с высокоразвитой поверхностью, получаемых трикотажным способом из синтетических мононитей [2], был разработан и изготовлен принципиально новый тип сетчатых насадок. Насадочные тела (рис. 1) изготавливались из серийно выпускаемого полиэтиленового рукава: они просты по конструкции и методу изготовления и имеют низкую стоимость. Достоинства такой насадки состоят в том, что она имеет развитую удельную поверхность контакта фаз, малую насыпную плотность, обладает большой порозностью (свободным объемом) и способностью накапливать значительное количество жидкости внутри объема насадки.

Основные характеристики нового типа сетчатых насадок представлены в табл. 1.

Таблица 1

характеристика насадки

модификация

насадки

I

II

Удельная поверхность, м2/м3

336

367

Свободный объем

0,99

0,875

Вес одного элемента насадки, г.

6,2

7,6

Количество удерживаемой жидкости, г.

2,6

2,8

Число насадочных тел в единице объема, м -3

9131

12500

Плотность насыпная, кг/м3

68,3

95

Габаритные размеры:

длина одной нити сетки, мм

750

350

наружный диаметр одного элемента насадки, мм

50

50

высота элемента насадки, мм

50

38

толщина нити, мм

0,2

0,6

Насадка ОСПН I-ой модификации Насадка ОСПН II-ой модификации

Рис. 1. Образцы насадочных тел

В третьей главе представлены результаты экспериментальных исследований аппарата, оснащенного провальной тарелкой без насадки и с исследуемой насадкой ОСПН.

Наличие на провальной тарелке сухой сетчатой насадки увеличивает гидравлическое сопротивление аппарата всего на 20-75 Па в диапазоне скоростей газа 1,5-3,5 м/с, следовательно, сухая насадка обладает крайне низким гидравлическим сопротивлением.

При обработке полученных данных по скорости перехода сетчатых насадок в режим развитого псевдоожижения принимались во внимание работы, выполненные проф. Таратом Э.Я. с сотрудниками* для расчета скорости начала псевдоожижения неорошаемой шаровой псевдоожиженной насадки:

(1)

С использованием полученных экспериментальных данных уравнение (1) было преобразовано с учетом принципиального отличия нового типа насадочных тел от известных шаровых насадок (насадка из полиэтиленовых сеток имеет ячеистую структуру, а шары – закрытую внутреннюю полость).

________________________________________________________________________

*Тарат, Э.Я. К вопросу о гидродинамике аппаратов с орошаемой взвешенной шаровой насадкой / Э.Я. Тарат., В.С. Буркат, В.С. Дудорова // Прикладная химия. – 1974. Т47.- №1. С. 106-110

В качестве определяющего параметра вместо диаметра шара dш в уравнении (1) была принята величина, обратная удельной поверхности насадки – Fуд (м2/м3), а вместо плотности шаров ш введена насыпная плотность насадки из полиэтиленовой сетки н. Тогда с учетом полученных экспериментальных данных уравнение для расчета скорости перехода всей насадки в режим развитого псевдоожижения примет вид:

(2)

Отклонение расчетных значений скоростей неорошаемой насадки ОСПН двух модификаций не превышает ±5% от экспериментальных значений.

В работе выполнен большой объем экспериментальных исследований основных гидродинамических параметров аппарата с провальной тарелкой без насадки и с насадкой ОСПН двух модификаций.

Исследования аппарата с насадкой ОСПН.

Опытным путем установлены два основных гидродинамических режима работы новой насадки ОСПН:

1) при скорости газа более 1 м/с насадка находилась в подвижном состоянии (из-за низкой насыпной плотности), пристеночные слои насадочных тел переходили в движение и начинали перемещаться в центральную часть аппарата, но их движение у стенок было заторможено - режим начала псевдоожижения;

2) с увеличением скорости газа w=1,8-2,2 м/с насадочные тела полностью переходили во взвешенное состояние, они концентрировались в центральной части аппарата, при этом возрастало количество удерживаемой жидкости в газожидкостном слое и, как следствие, увеличивалась его высота – режим развитого псевдоожижения.

Каждая из двух изученных модификаций насадки переходит в режим развитого псевдоожижения при различных скорости газа и удельной нагрузки по жидкости (рис.2).

Рис. 2. Зависимость гидравлического сопротивления орошаемой насадки ОСПН от скорости газа в колонне для сетчатой насадки двух модификаций (при Lуд=2,14 м3/м2ч)

Рис.3. Зависимость скорости перехода орошаемой насадки двух модификаций в режим развитого псевдоожижения от удельной нагрузки по жидкости

При обработке экспериментальных данных первоначально изучили зависимость скорости перехода в режим развитого псевдоожижения wкр от нагрузки по жидкости Lуд для насадок ОСПН двух модификаций (рис.3). При обработке экспериментальных данных по wкр для различных модификаций сетчатой насадки целесообразно было ввести учет удельной поверхности каждой насадки Fуд, что позволило с точностью ±10% получить расчетное уравнение:

(3)

Pages:     || 2 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»