автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.03, диссертация на тему:Абсорбционная очистка от сероводорода дымовых газов содорегенерационного котлоагрегата сульфатцеллюлозного производства в струйном газопромывателе

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР, ОБОСНОВАНИЕ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ДИССЕРТАЦИИ.

1.1. Проблемы технологии абсорбционной очистки дымовых газов содорегенерационного котлоагрегата от сероводорода

1.2. Проблемы теоретического анализа абсорбции сероводорода в струйном газопромывателе.

1.3. Основные задачи диссертации.

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИКО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРОДИНАМИКИ ГАЗОЖИДКОСТНОГО ПОТОКА В СТРУЙНОМ ГАЗОПРОМЫВАТЕЛЕ.

2.1. Модель свободного факела распыленной жидкости.

2.2. Влияние полидисперсности потока капель на гидродинамику газожидкостной струи.

2.3. Экспериментальное исследование газожидкостной струи, образованной цельнофакельной форсункой.

2.4. Модель стесненного факела распыленной жидкости.

ГЛАВА 3. ТЕОРЕТИКО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ АБСОРБЦИИ СЕРОВОДОРОДА В СТРУЙНОМ ГАЗОПРОМЫВАТЕЛЕ.

3.1. Модель совместной абсорбции сероводорода и диоксида углерода в движущейся капле щелочного раствора

3.2. Модель абсорбционной очистки дымовых газов содорегенерационного котлоагрегата от сероводорода в струйном газопромывателе

ВЫВОДЫ.

Тема диссертационной работы связана с решением актуальной проблемы снижения выбросов сероводорода, поступающего в атмосферу с дымовыми газами содорегенерационных котлоагрегатов сульфатцеллюлозного производства.

В первой главе диссертации рассматриваются возможные пути снижения указанных вредных выбросов, а также те технологические преимущества, которые дает использование абсорбционной очистки в струйных газопромывателях для решения данной проблемы.

Среди вопросов, связанных с технологией абсорбционной очистки, подробно рассматривается возможность снижения удельного расхода гидрокси-да натрия, анализируются недостатки существующих подходов к моделированию и расчету абсорбционной очистки от сероводорода газовых выбросов целлюлозно-бумажного производства и обосновывается необходимость использования для решения указанных задач моделей, базирующихся на современных представлениях механики двухфазных дисперсных систем.

В конце главы формулируется совокупность задач диссертации, решение которых позволяет создать основу расчета эффективной очистки от сероводорода дымовых газов содорегенерационного котлоагрегата в струйном газопромывателе сульфатцеллюлозного производства.

Вторая глава диссертации посвящена подробному теоретико-экспериментальному исследованию гидродинамики газожидкостного потока в струйном газопромывателе. Цель этого исследования — построение гидродинамической составляющей разрабатываемой модели абсорбционной очистки от сероводорода для рассматриваемых условий течения газожидкостного потока.

В этой главе дается теоретический анализ формирования и развития газожидкостной струи, вытекающей из цельнофакельной форсунки струйного газопромывателя, разрабатывается модель свободной полидисперсной газожидкостной струи и на ее основе — модель стесненного газожидкостного потока в струйном газопромывателе. Приводится описание опытной установки и данных экспериментального гидродинамического исследования, проведенного в диссертационной работе с целью подтверждения правомерности полученных теоретических результатов.

Третья, завершающая глава диссертации посвящена теоретическому описанию абсорбции сероводорода и диоксида углерода в капле щелочного раствора, которая составляет важный элемент рассматриваемой двухфазной дисперсной системы, а также построению дискретной одномерной модели абсорбционной очистки от сероводорода дымовых газов в струйном газопромывателе с учетом разработанной модели переноса в капле и полученных в диссертации результатов гидродинамического исследования. Автор выносит на защиту:

1. Модель свободной полидисперсной газожидкостной струи, позволяющую определять траектории и время движения капель разных размеров, рассчитывать ее гидродинамические характеристики без предварительного задания границ струи.

2. Результаты экспериментального исследования гидродинамики свободной газожидкостной струи.

3. Модель стесненного газожидкостного потока, учитывающую особенности его течения в каждой из характерных зон струйного газопромывателя.

4. Модель совместной абсорбции сероводорода и диоксида углерода в движущейся капле щелочного раствора.

5. Модель абсорбционной очистки дымовых газов от сероводорода в струйном газопромывателе.

ГЛАВ А I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР, ОБОСНОВАНИЕ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ДИССЕРТАЦИИ

ВЫВОДЫ

1. Разработана дискретная одномерная модель свободной полидисперсной газожидкостной струи, позволяющая рассчитывать ее гидродинамические характеристики без предварительного задания границ газовой струи, а также теоретически определять траектории и время движения капель разных размеров.

2. Проведено экспериментальное исследование гидродинамики свободной полидисперсной газожидкостной струи, которое показало изменение характера распределения плотности орошения с увеличением расстояния от сопла форсунки, а также подтвердило правомерность построенной гидродинамической модели.

3. Разработана модель стесненного газожидкостного потока, учитывающая особенности его течения в каждой из выделенных характерных зон струйного газопромывателя.

4. Сопоставление с экспериментальными данными распределения статического давления в струйном газопромывателе, полученного в результате численного решения уравнений модели стесненного газожидкостного потока, подтвердило правомерность построенной гидродинамической модели.

5. На основе уравнений нестационарной диффузии, осложненной химическими реакциями, построена модель совместной абсорбции сероводорода и диоксида углерода в движущейся капле щелочного раствора.

6. Показано, что при абсорбции сероводорода каплями, движущимися в дымовых газах, существуют условия, при которых количество поглощаемого диоксида углерода не превосходит количество поглощаемого сероводорода. С учетом известных результатов испытаний промышленных газоочистных установок, этот результат указывает на принципиальную возможность существенного уменьшения необходимых затрат гидроксида натрия на абсорбционную очистку газовых выбросов от сероводорода.

7. На основе полученных результатов теоретико-экспериментального исследования гидродинамики газожидкостного потока в струйном газопромывателе, а также построенной модели нестационарной диффузии в капле гидроксида натрия, разработана дискретная одномерная модель абсорбционной очистки дымовых газов от сероводорода в струйном газопромывателе.

8. Результаты сопоставления построенной модели абсорбционной очистки дымовых газов от сероводорода с данными экспериментального исследования распределения концентрации сероводорода в струйном газопромывателе подтвердили ее правомерность.

9. Показаны преимущества использования разработанной модели абсорбционной очистки дымовых газов от сероводорода в струйном газопромывателе при расчете промышленных газоочистных систем.

1. Максимов В.Ф., Исянов Л.М., Лесохин В.Б., Торф А.И., Максимов Г.В. Очистка и рекуперация промышленных выбросов ЦБП. Т. 2. М.: Лесная промышленность, 1972. - 311 с.

2. Шалапский В.Н. Обоснование необходимой степени очистки выбросов в атмосферу на примере типового предприятия ЦБП // Охрана окружающей среды от загрязнения промышленными выбросами: Межвуз. сб. научн. тр. / ЛТИЦБП. Л, 1982. - вып. 10 - с. 183—189.

3. Foster P.M. Maximum ground level concentrations of washed chimney emissions // Atmos. Environ. 1981. - Vol. 15, N 9.- P. 1659—1668.

4. Непенин H.H. Производство сульфатной целлюлозы. M.: Лесная промышленность, 1976. - 624 с.

5. Blosser R.O. Tends in oder control technology: how they affect Kraft pulp mills // Pulp and pap. 1979. - Vol. 53, № 10.- P. 75—77.

6. Пятых И.Ю., Шулькина И.Д. Состав газовых выбросов сульфатно-целлюлозного завода // Реф. инф.: Промышленная и санитарная очистка газов. М.: ЦНТ Ихимнефтемаш, 1979. - С. 13—14.

7. Жучков П.А. Тепловые процессы в целлюлозно-бумажном производстве . М.: Лесная промышленность, 1978. - 408 с.

8. Данквертс П.В. Газожидкостные реакции. М.: Химия, 1973. - 296 с.

9. Хоблер Т. Массопередача и абсорбция . Л.: Химия, 1964. - 479 с.

10. Жуховицкий А.А., Шварцман Л.А. Физическая химия. М.: Металлургия, 1976.-542 с.

11. Кнорре Д.Г., Крылова Л.Ф., Музыкантов B.C. Физическая химия. М.: Иностранная литература, 1990. -415 с.

12. Мельвин-Хьюз Э.А. Физическая химия. М.: Иностранная литература, 1962.-1148 с.

13. Харнед Г., Оуэн Б. Физическая химия растворов электролитов. М.: Иностранная литература, 1952. - 628 с.

14. Гуггенгейм Э., Пру Дж. Физико-химические расчеты. М.: Иностранная литература, 1958. - 488 с.

15. Основные формулы физики / Под ред. Д.М. Манзела. М.: Иностранная литература, 1957. - 657 с.

16. Бродский А. И. Физическая химия. М.: Госхимиздат, 1948. т. 2 -998 с.

17. Горновский И.Т., Назаренко Ю.П., Некрич Е.Ф. Краткий справочник по химии. Киев: Наукова думка, 1974. - 991 с.

18. Анискин С.В., Протодьяконов И.О. Метод расчета кинетики хемосорб-ции сероводорода каплями щелочного раствора // ЖПХ. 1995. - т. 68, №7.-С. 1158—1161.

19. Яковлев В.А., Григорьева Н.В., Макаренко А.А., Верх Е.А., Полторацкий Г.Г. // Изв. вузов. Лесной журн. 1991. - № 2. - С. 91—93.

20. Тагиева JI.B., Яковлев В.А., Полторацкий Г.М. Метод расчета коэффициентов активности в системе Н2О—NaOH—H2S // Охрана окружающей среды от загрязнения промышленными выбросами: Межвуз. сб. научн. тр. / ЛТИЦБП. Л., 1977. - вып. 5 - с. 119—123.

21. Шервуд Т., Пигфорд Р., Уилки Ч. Массопередача. М.: Химия, 1982. -695 с.

22. Frosling N. // Gerland Beitr.-Gephys. 1937. V. 12. - P. 669—676.

23. Bendall E., Aiken H.C., Mandas T. Selective absorption of H2S from lan-gerquantitiens of C02 by absorption and reaction in fine sprais // AIChE Journal. 1983. - № 1. - P. 66—72.

24. Анискин C.B., Протодьяконов И.О., Бессонов Н.М. Исследование влияния химических реакций на скорость процесса абсорбции в капле водного раствора гидроксида натрия // ЖПХ. 1998. - Т. 68, № 4. -С. 662—664.

25. Анискин С.В., Яковлев В.А., Телюкин Г.В. Реконструкция установки для очистки дымовых газов // Бумажная промышленность. 1989. -№6.-С. 12—13.

26. Торф А.И. Исследование процесса работы струйного аппарата, применяемого для очистки дымовых газов известерегенерационных печей от пылевого уноса: Дисс. . канд. техн. наук / ЛТИЦБП. Л., 1968. -211 с.

27. Лесохин В.Б., Максимов В.Ф. Дезодорация дымовых газов содорегене-рационных котлоагрегатов. М.: ЦНИИТЭИлеспром, 1969. - 44 с.

28. Лесохин В.Б., Максимов В.Ф., Торф А.И., Филиппов А.В. Исследование абсорбции в струйном газопромывателе с перекрестным движением фаз // Научные материалы по охране окружающей среды: Межвуз. сб. научн. тр./ЛТИЦБП. Л., 1973. - вып. 3 - с. 111.

29. Филиппов А.В. Результаты испытаний опытно-промышленной установки очистки газовых выбросов варочного цеха // Охрана окружающей среды от загрязнения промышленными выбросами: Межвуз. сб.научн. тр. / ЛТИЦБП. Л., 1975. - вып. 1 - с. 130—136.

30. Evans I.C.W. Venturi scrubber system backs up Kraft recovery boiler pre-cipitat // Pulp and Pap. 1979. - Vol. 53, № 11. - P. 101—102.

31. Лесохин В.Б. Исследование процессов щелочной абсорбции серосодержащих газов сульфатно-целлюлозного производства в струйном аппарате: Дисс. . канд. техн. наук/ ЛТИЦБП. Л., 1970. - 170 с.

32. Антропов Б.В., Тарат Э.Я., Пелевин B.C. Охрана природы от загрязнений промышленными выбросами предприятий целлюлозно-бумажной промышленности. Л., 1986. - Деп. в ВНИПИ ЭИлеспром 11. 03. 1986, № 1697.

33. Eden D., Lucas К. Ein simulationsmodell fur Rauchgass pruhwascker // Chem.-Ing.-Techn. 1997. - Vol. 69, № 9. - P. 1239.

34. Suo Haibin Tang Weilong, Shen Fu. Shiyou daxue xue bao Zran Kexuc ban// I. Univ. Petrol. China. Ed. Nat. Sci. 1996. - Vol. 20, № 3. -P. 68—71.

35. Bontozoglou Vasilis, Karabelas Anastasios I. Simultaneous absorption of H2S and CO2 in NaOH solutions: experimental and numerical study of the performance of short-time contactor // Ind and Eng. Chem. Res. 1993. -Vol. 32, № l.-P. 165—172.

36. Броунштейн Б.И., Щеголев B.B. Гидродинамика, масса- и теплообмен в колонных аппаратах. Л.: Химия, 1988. - 336 с.

37. Поляков О.Л., Беллендир Е.Н., Броунштейн Б.И., Вихорева Н.А. Тезисы докл. Всесоюзн. конф. по аэродинамике хим. аппаратов «АЭРОХИМ-1»-Северодонецк, 1981.-С. 131—135.

38. Sprinivasan V., Aiken R.C. Selective absorption of H2S from C02-factor controlling selectivity toward H2S // Fuell Process. Technol. 1988. -Vol. 19, №2.-P. 141—152.

39. Sato Tsu-neyuki Kuga Hitoshi Yonemoto Toshikuni, Tadaki Teirik. Simulation of chemical absorption of two gases in awetted-wall column // Word Congr. III. Chem. Eng. Tokyo Sept. 21—25. 1986. - Vol. 2. - P. 471—474.

40. Анискин С.В., Галустов B.C. Модель улавливания пыли в прямоточных распылительных аппаратах. Д., 1982. - Деп. в НИИТЭХИМ 03.04. 1982, №81 ХИД 82.

41. Галустов B.C. Прямоточные распылительные аппараты в теплоэнергетике. М.: Энергоатомиздат, 1989. - 240 с.

42. Галустов B.C., Анискин С.В., Феддер И.Э., Чуфаровский А.И. Тепло- и массообмен в прямоточных распылительных аппаратах // ТОХТ. -1987. т. 21. № 3. - С. 298—303.

43. Azzopardi B.I., Govan А.Н. / The modelling of Venturi scrubers // Filtech Conf. London, 1985. Groydon, s. a. - P. 274—285.

44. Анискин С.В., Ионов В.А., Василевский Ю.А., Вольф И.В. Исследование физической абсорбции сероводорода на монодисперсных каплях воды. Черкассы, 1988. - Деп. в НИИТЭХИМ 01. 11.88, № 1010-ХП.

45. Анискин С.В., Протодьяконов И.О., Ионов В.А. Экспериментальное исследование абсорбции сероводорода в каплях щелочного раствора // ЖПХ. 1995. - т. 68, №. 7. - С. 1162—1165.

46. Анискин С.В., Протодьяконов И.О., Бессонов Н.М. Исследование влияния химических реакций на скорость процесса абсорбции сероводорода в капле водного раствора гидроксида натрия // ЖПХ. 1995. -т. 68, №. 4. - С. 662—664.

47. Анискин С.В., Протодьяконов И.О. Модель абсорбции сероводорода вкапле щелочного раствора с течением в форме вихря Хилла // ЖПХ. -1995. Т. 68, № 5. - С. 860—862.

48. Анискин С.В., Протодьяконов И.О. Кинетика процесса абсорбции сероводорода в капле раствора карбоната натрия при определяющей роли сопротивления массопереносу в жидкой фазе // ЖПХ. 1995. -Т. 68, №7. -С. 1150—1153.

49. Анискин С.В., Протодьяконов И.О. Влияние сульфита натрия на десорбцию сероводорода из капли щелочного раствора // ЖПХ. 1998. -Т. 71, №7.-С. 1154—1157.

50. Анискин С.В., Протодьяконов И.О. Экспериментальное исследование процесса десорбции сероводорода с использованием генератора монодисперсных капель // ЖПХ. 1998. - Т. 71, № 7. - С. 1158—1160.

51. Анискин С.В., Протодьяконов И.О. Теоретико-экспериментальное исследование десорбции сероводорода в процессе образования капель из цилиндрической струи слабощелочного раствора // ЖПХ. 1998. -Т. 71, № 10.-С. 1681—1686.

52. Анискин С.В., Протодьяконов И.О. Влияние газового пограничного слоя на хемосорбцию сероводорода в капле водного раствора гидроксида натрия // ЖПХ. 1995. - Т. 68, № 7. с. 1155—1157.

53. Анискин С.В., Протодьяконов И.О. Теоретическая оценка сопротивления границы раздела фаз при абсорбции сероводорода водой // ЖПХ. -1999. Т. 72, № 4. - С. 645—650.

54. Безруков Е.Г., Галустов B.C., Ломтев В.Л. Некоторые общие закономерности движения дисперсных систем // Массообменные и теплооб-менные процессы химической технологии: Межвуз. сб. научн. тр. /

55. Ярославск. политехи, ин-т. Ярославль, 1975. - С. 77—81.

56. Галустов В. С., Пажи Д.Г. Основы техники распыливания жидкостей. -М.: Химия, 1984.-254 с.

57. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. М.: Наука, 1974. - 711 с.

58. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М.: Наука, 1973. - 848 с.

59. Абрамович Г.Н. Теория турбулентных струй. М.: Наука, 1966. -627 с.

60. Бай-Ши-И. Теория струй. М.: Химия, 1960. - 326 с.

61. Кутателадзе С.С. Пристенная турбулентность. М.: Энергия, 1969. -180 с.

62. Шерстюк А.Н. Турбулентный пограничный слой. М.: Энергия, 1974.-272 с.

63. Пажи Д.Г., Галустов B.C. Распылители жидкостей. М.: Химия, 1979.-214 с.

64. Лышевский А.С. Распыливание топлива в судовых дизелях. Л.: Судостроение, 1971. - 100 с.

65. Coy С. Гидродинамика многофазных систем. М.: Мир, 1971. - 536 с.

66. Стернин Л.Е., Маслов Б.Н., Шрайбер А.А., Подвысоцкий A.M. Двухфазные моно- и полидисперсные течения газа с частицами. М.: Машиностроение, 1980. - 172 с.

67. Галустов B.C., Безрукова Е.Г., Аксельрод Л.С., Васильев О.А. К выбору уравнения для расчета коэффициента сопротивления в моделях динамики дисперсных систем. Черкассы, 1980 - Деп. в НИИТЭХИМ, 02.07. 1980, №55.

68. Стекольщиков Е.В. Экспериментальное исследование движения и дробления капель жидкости в газовом потоке // ИФЖ. 1972. - Т. 23, № 2. - С. 226—233.

69. Ривкинд В.Я., Рыскин Г.И., Фишбейн Г.А. Движение сферической капли в потоке вязкой жидкости // ИФЖ. 1971. - Т. 20, № 6. - С. 1927— 1035.

70. Котляр Б.Д., Плит Н.Г., Мельникова Г.П. К вопросу распределения капель в форсуночных распылах // Вопросы химии и химической технологии: Респ. межвед. темат. научн.-техн. сб. М., 1974 - вып. 32. -с. 169—171.

71. Левич В.Г. Физико-химическая гидродинамика. М.: Физматгиз, 1959. - 669 с.

72. Волгин Б.Н., Югай Ф.С. Экспериментальное определение коэффициента сопротивления жидкой капли в процессе ее деформации и дробления в турбулентном потоке // ПМТФ. 1968. - № 1. - С. 54—62.

73. Анискин С.В. Моделирование процесса эжекции в струйном газопромывателе на ЭКВМ «Электроника С-50» // Охрана окружающей среды от загрязнения промышленными выбросами: Межвуз. сб. научн. тр./ЛТИЦБП.-Л., 1977-вып. 5.-С. 179—181.

74. Мс Vey I.B., Russell S., Kennedy I.B. High-resolution potternator for the characterization of fuel sprays // I. Propulsion. 1988. - Vol. 3, № 3. -P. 202—209.

75. Рамм B.M. Абсорбция газов. M.: Химия, 1976. - 655 с.

76. Ergun S. // Chem. Eng. Progr. 1952. - Vol. 48, - № 2. - P. 89—94.

77. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике. М.: Наука, 1974. - 891 с.

78. Галустов B.C., Анискин С.В., Михайлов Е.А. Распыливающие устройства с дополненным факелом для орошения тепло- и массообменных аппаратов//Обзорная информация серия ХМ-1 ЦИН ТИХИМНЕФТЕМАШ. М., 1988. - С. 1—33.

79. Леончик Б.И., Маякин В.П. Измерения в дисперсных потоках. М.: Энергия, 1971.-248 с.

80. Гордок Г.М., Пейсахов И.Л. Контроль пылеулавливающих установок. -М.: Металлургия, 1973. 384 с.

81. Безопасность труда на производстве. Исследования и испытания: Справ, пособие / Под ред. Б.М. Злобинского. М.: Металлургия, 1976.248 с.

82. Лышевский А.С. Закономерности дробления жидкостей механическими форсунками давления. Новочеркасск: РИОНПИ, 1961. - 183 с.

83. Берман Л.Д., Ефимочкин Г.И. Методика расчета водоструйного эжектора // Теплоэнергетика. 1964. - № 8. - С. 32—35.

84. Соколов Е.Я., Зангер Н.М. Струйные аппараты. М.: Энергия, 1970. -217 с.

85. Анискин С.В., Протодьяконов И.О. Метод расчета кинетики сероводорода каплями щелочного раствора // ЖПХ. 1995. - Т. 68, № 7. -С. 1158—1161.

86. Астарита Дж. Массопередача с химической реакцией. Д.: Химия, 1971.-224 с.

87. Самарский А.А. Введение в теорию разностных схем. М.: Наука, 1971.-550 с.

88. Johstone H.F., Pigford R.L. // AIChE. 1942. - Vol. 22. - P. 747—760.

89. УТВЕРЖДАЮ» Руководитель Испытательного центра «РИТМ»1. ФГУП «ЦНИИ ТС», к.м.н.

90. Печать Подпись Ю. А. Евдокимов25 марта 2002 г.1. СПРАВКАо проведении экспертизы использования методики расчета абсорбции сероводорода в струйном газопромывателе

91. Печать Начальник 23 ГМПИ МО РФ1. Подпись А.О. Наумов22» марта 2002 г.

92. Начальник отдела ООС, доктор географических наук, профессор1. Подпись1. Д.М. Белов

93. УТВЕРЖДАЮ» Печать Технический директор1. Подпись ЗАО ОЛИМП1. Запорожец 29.03.02