автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Пылеулавливание в аппаратах различного конструктивного оформления

На правах рукописи

1 с г-

НАЗАРОВ ГРИГОРИЙ ЕВГЕНЬЕВИЧ

ПЫЛЕУЛАВЛИВАНИЕ В АППАРАТАХ РАЗЛИЧНОГО КОНСТРУКТИВНОГО ОФОРМЛЕНИЯ.

05.17.08 - Процессы и аппараты химической технологии.

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук.

ИВАНОВО 2000.

Работа выполнена на кафедре «Машины и аппараты химических производств» Ивановского государственного химико-технологического университета и на кафедре «Промышленного оборудования» Краковской Политехники (Польша).

Научный руководитель:

д.т.н., Я. Кравчик, Краковская Политехника.

Научные консультанты:

д т.н., проф., акад. АИН РФ Блнничев В.Н., к.т.н., Чагин О.В.

Официальные оппоненты:

д.т.н., проф., Ушаков С.Г. к.т.н., Падохин В.А.

Ведущая организация - МГУ ИЭ, кафедра процессы и

аппараты химической технологии.

Защита диссертации состоится 11 мая 2000г. на заседанйи диссертационного совета Ивановской государственной архитектурно-строительной академии по адресу: 153037, г.Иваново, ул. 8 марта, 20.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Ивановской государственной архитектурно-строительной академии.

Автореферат разослан /£ апр. 2000г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

А Л хх КАП —

А О

Общая характеристика работы.

Актуальность проблемы. В настоящее время актуально решение проблемы очистки воздушного бассейна от вредных выбросов промышленных предприятий. Практически все крупные промышленные предприятия осуществляют выбросы в атмосферу различных веществ, значительную часть которых составляют пылевидные продукты. В этом случае не только повышаются концентрации вредных, токсических веществ более предельно допустимых концентраций, но также теряется и ценное сырье.

В ряде случаев наиболее эффективным способом обеспыливания промышленных газов является мокрый способ очистки, который широко и успешно применяется в промышленности. Однако значительные расходы очищаемых газов требуют достаточно больших расходов улавливающей жидкости, в качестве которой, в основном, используется технологическая вода. Одним из способов, существенно снижающим потребление воды в несколько, или даже в десятки раз, является ее рециркуляция. Однако для надежной организации процесса рециркуляции орошающей воды, без ухудшения эффективности пылеулавливания необходимо знание основных факторов, влияющих на предельную концентрацию твердой фазы в пылеулавливающей суспензии (при которой наступает существенное снижение эффективности пылеулавливания), а также получение зависимостей для определения этих предельных концентраций с целью обеспечения надежного режима пылеулавливающей установки.

Работа выполнена по пятилетним планам научного сотрудничества ИГХТУ с Краковской Политехникой (Польша) и по планам ТОХТ РАН.

Цель работы. Основная цель работы заключается в определении зависимости конструктивного оформления пылеулавливающего аппарата на предельные концентрации твердой фазы в орошающей суспензии. Для достижения этой цели в работе поставлены следующие задачи:

1. Провести сравнительную оценку различных типов пылеуловителей: в колонном аппарате с использованием насадки из колец Рашига, с псевдоожпженной шаровой, с вихревой пакетной модифицированной насадкой, в ударно-инерционном аппарате типа «Ротоклон».

2. Провести измерения эффективной вязкости орошаемой суспензии, при противоточном движении газовой и жидкой фаз в вихревой пакетной модифицированной насадке.

3. Получить расчетную зависимость эффективности пылеулавливания от основных влияющих параметров для наиболее интенсивной пакетной модифицированной насадки.

Для проведения исследований были выбраны три вида пыли: каолин, стеклянные шарики, сажа. Эти пыли имеют, соответственно, хорошую, удовлетворительную и плохую смачиваемость.

Основные методы исследования. Экспериментальное исследование проводилось как на лабораторной установке, изготовленной и установленной на кафедре МАХП ИГХТУ, так- и на ударно-инерционном аппарате типа «Ротоклон», созданным и исследованным Я. Кравчиком на кафедре «Промышленного оборудования» Краковской Политехники. Гранулометрический состав пылевидных продуктов определялся микроскопическим методом, а также с использованием прибора фирмы Frischt «Analizette 22». Для получения и обработки экспериментальных данных с помощью ЭВМ использовалось программное обеспечение OSCIL и Microsoft Excel. Для проведения вычислительных операций использовалась среда программирования Турбо Си.

Определение эффективных реологических параметров орошающих, пылеулавливающих суспензий осуществлялось с помощью лабораторного прибора «Реотест», а также в сдвиговом потоке в нисходящей пленке суспензии на элементе вихревой пакетной модифицированной насадки, с помощью специально разработанных нами датчиков и методики обработки данных.

Научная новизна диссертации. Впервые показано, что реологические и пылеулавливающие свойства суспензии существенно зависят от конструктивного оформления аппаратов и режимов их работы. Например, при улавливании не смачиваемой пыли, типа сажи, существенное снижение эффективности пылеулавливания в аппарате типа «Ротоклон» достигается при концентрации твердого вещества в воде - 8%, в аппаратах с оригинальной вихревой пакетной насадкой данного явления не наблюдается при достижении концентрации суспензии до 20%.

Впервые с позиций системного анализа выполнено комплексное исследование и моделирование процесса пылеулавливания в аппарате с высокоинтенсивной пакетной насадкой, с учетом эффективных реологических параметров пылезадерживающей суспензии на поверхности насадки.

Показано, что предельные концентрации твердой фазы в орошающей суспензии зависят от конструкций насадок и режимов работы пылеулавливающих аппаратов.

Предложена зависимость для расчета эффективности пылеулавливания в аппарате с оригинальной пакетной насадкой.

Практическая значимость. Испытана эффективная пакетная вихревая модифицированная насадка в процессе пылеулавливания, при

противоточном движении фаз. Определены оптимальные условия работы насадки, соответствующие наибольшей эффективности процесса пылеулавливания. Исследованиями показано, что достижение наибольшего эффекта пылеочистки осуществляется не только за счет применения перспективных конструкций контактных массообменных устройств, но и за счет использования пылепоглащающих суспензий определенной концентрации.

Определены фракционные эффективности пылеулавливания для всех использованных пылей.

Разработан высокоэффективный пылеулавливающий аппарат с модифицированной вихревой пакетной насадкой. Создана методика расчета эффективности процесса пылеулавливания с учетом вязкостных свойств орошающих суспензий.

Проведена сравнительная оценка испытанных различных видов контактных устройств (пакетная вихревая модифицированная насадка, псевдоожиженная шаровая насадка, кольца Рашига, вихревой патрубок ударно-инерционного аппарата «Ротоклон»). Показано, что для колонных аппаратов не найдены предельные концентрации твердых частиц в орошающей суспензиях. Этот факт свидетельствует о том, что рециркуляция орошающей жидкости в колонных аппаратах может осуществляться до тех пор, пока не нарушается надежкость распределения жидкости по сечению аппаратов и надежность работы циркуляционного оборудования.

Автор защищает.

1. Способ высокоэффективного процесса пылеочистки аэрозоля в аппарате с вихревой пакетной модифицированной насадкой от пылей с различными свойствами смачиваемости.

2. Математическую интерполяционную модель для расчета общей эффективности процесса пылеулавливания при противоточном движении орошающей суспензии и запыленного газа с многослойной модифицированной пакетной насадкой.

3. Способ определения эффективной вязкости пылеулавливающей суспензии непосредственно в элементе вихревой модифицированной насадки, с помощью кондуктометрической системы измерения. <

4. Сравнительную оценку испытанных различных пылеулавливающих контактных устройств (пакетная вихревая модифицированная насадка, псевдоожиженная шаровая, вихревой патрубок ударно-инерционного аппарата «Ротоклон»)

Апробация работы.

Результаты проведенных исследований докладывались на: международной научной конференции «Теория и практика фильтрования», г. Иваново, сентябрь 1998г.;

IV международной научной конференции «Теоретические и экспериментальные основы создания нового оборудования», г. Краков (Польша), октябрь 1999г.

Общее содержание работы.

Первая глава посвящена обзору литературных источников по ряду разделов: особенностям строения дисперсных систем; реологическим свойствам тонкодисперсных суспензий; основным видам расчетов эффективностей мокрого пылеулавливания в промышленных аппаратах; обзору типовых конструкций мокрых пылеуловителей.

Анализ литературных данных показал, что процесс мокрого пылеулавливания в промышленных аппаратах интенсивного действия является чрезвычайно сложным. На эффективность осуществляемого процесса пылеосаждсния оказывает огромное влияние конструктивное оформление аппарата, режимные параметры газовой и жидкостной фаз, физические и химические свойства задерживаемых пылевидных продуктов, эффективные реологические параметры пылеулавливающих суспензий.

Обзор литературных данных позволил обнаружить недостатки существующего оборудования, а также перспективное направление современного развития данного вида аппаратостроения, ориентированного на проведение процессов массообмена с максимально возможными скоростями движения очищаемого воздуха, с наименьшими энергетическими потерями и расходами рабочей жидкости, а также на создание объемного механизма пылеулавливания в контактных устройствах.

Во второй главе изложена методика проведения экспериментов по пылеулавливанию в насадочном аппарате с различными видами насадок и в ударно-инерционном аппарате оригинальной конструкции Я.Кравчика. Для осуществления экспериментов была создана лабораторная установка, позволяющая применять разные виды насадок для пылеулавливания, на которой также были определены следующие характеристики:

-гидравлические сопротивления насадок;

-изменение конфигурации поверхности раздела фаз, образованной пленкой суспензии, стекающей по вертикальной стенке ячейки пакетной вихревой модифицированной насадки, при противоточном движении запыленного воздуха в режиме пленочного течения;

-среднее время пребывания пылеулавливающих суспензий с весовыми концентрациями от 2,5 до 20%.

Общий вид экспериментальной установки схематично представлен на рис.2.1. Для возможности визуального наблюдения за процессом пылеулавливания в газожидкостном слое аппарат был

выполнен из органического стекла. Внутренний диаметр рабочей зоны колонны составил 130мм.

Работа установки осуществлялась следующим образом. Запыленный воздух подавался во входной, тангенциально расположенный патрубок, находящийся в нижней части колонны. Дозирование дисперсного материала осуществлялась с помощью винтового питателя пыли 7. Для создания равномерного газопылевого потока, а также для дезагрегации твердых частиц, ввод пыли осуществлялся в трубу Вентури, расположенную в начале подводящего трубопровода. Очистка воздуха от пыли происходила в газожидкостном слое, создаваемом на поверхности орошаемой насадки.

Необходимая плотность орошения устанавливалась с помрщью центробежного насоса 6, ротаметра 4 и регулирующих вентилей. Для предотвращения уноса рабочей жидкости в верхней части колонны установлен каплеотделительный пакет 3. Требуемый расход аэрозоля варьировался с помощью запорно-регулирующей арматуры и расходомерного устройства 11, включающего в себя измерительную диафрагму и жидкостной дифференциальный манометр. Калибровка расходомерного устройства осуществлялась с помощью газового счетчика. В качестве тягодутьевого устройства использовался вакуум-насос. Пылеулавливающая суспензия, прошедшая насадку, собиралась в нижней части колонны и отводилась в емкость 5. Достаточная производительность центробежного насоса и использование байпасной линии позволили поддерживать пылезадерживающую суспензию, в сборнике 5, во взвешенном состоянии и гарантированно исключить осаждение твердых частиц.

Контроль запыленности воздуха на входе и на выходе из аппарата производился методом внешней фильтрации, при условии изокинетичного отбора проб.

Для создания межфазной поверхности использовался насадочный слой, состоящий из трех видов насадки: вихревая пакетная, модифицированная насадка, псевдоожиженная (полые шары, изготовленные из ПВХ, диаметром 15 мм), кольца Рашига (диаметром 20 мм изготовленные из ПВХ)

Для фиксирования изменений на поверхности раздела взаимодействующих фаз, непосредственно в ячейку вихревой пакетной насадки устанавливался специально разработанный

ко иду кто метр и1 ге с кий датчик. Датчик встраивался в стенку насадки таким образом, чтобы измерительная плоскость полностью совпала с поверхностью насадки. Данное решение полностью исключало появление возмущенных течений в окрестностях датчика. Данные измерений, полученные с датчика, поступали на встроенный в ЭВМ измерительный комплекс Ь 205, с использованием прикладного программного пакета ОБС1Ь.

Для измерения времени пребывания пылеулавливающей суспензии в насадочном комплекте использовался соответствующий

датчик, установленный под нижнюю пакетную тарелку. Конструкция датчика позволяла осуществлять измерения по всему поперечному сечению колонны В качестве трассера использовали смесь суспензий различных концентраций с поваренной солью. Концентрация взвешенных частиц в растворе трассера соответствовала концентрации суспензии, используемой в данный момент в аппарате. Ввод трассера осуществлялся мгновенно сверху насадочного комплекта, с помощью применения специального оросителя. Измерения также проводились с использованием комплекса технических средств, упоминаемого выше. Обработка кривой отклика велась по методу моментов. Для выявления зависимости процесса пылеулавливания от реологических свойств орошающих суспензий были проведены исследования по измерению эффективной вязкости суспензии непосредственно на элементе вихревой пакетной модифицированной насадки.

Используя известные значения средней толщины пленки

суспензии на поверхности насадки (8), среднее касательное напряжение (т ) можно определить по формуле

Сгр-гЦ2г (21)

Г —

2 2

Где: Су.-коэффициент местного сопротивления, который

рассчитывался по формуле Блазиуса; рж, рг -плотность, соответственно жидкой и газовой фаз; Vг -скорость газа.

Для измерения толщины пленки суспензии на поверхности пакетной насадки были проведены эксперименты по методике, успешно апробированной на кафедре МАХП ИГХТУ в кандидатской диссертации Чагина О.В.

Среднюю скорость движения пленки суспензии на поверхности пакетной насадки определили по соотношению

- Н (2-2)

и = —

м I

где: Н - высота насадочного пакета; 1 - среднее время пребывания суспензии в насадочном слое, найденное экспериментально.

Среднюю скорость сдвиговой деформации в пленке суспензии определили по формуле

• (2'3) Гср ~ с15К 5

Среднюю эффективную вязкость определили по формуле

г @ А)

Л = — У ср

_—-

воздух

Рис.2.1. Схема экспериментальной установки.

1-аппарат, 2-насадка; 3- каплеотбойник; 4-ротаметр; 5-емкость с рабочей жидкостью; 6-насос; 7-питатель пьши; 8-вакуум-насос; 9-устройство для измерения запыленности газа; 10-устройсгво для измерения гидравлического сопротивления насадки; 11-расходомерная диафрагма; 12-система измерения среднего времени пребывания и средней толщины пленки жидкости на поверхности насадки.

В третьей главе приведены данные по гидродинамике в насадочной колонне с вихревой пакетной модифицированной насадкой и данные по реологическим характеристикам орошающих суспензий, определенных на поверхности вихревой пакетной модифицированной насадки и в ротационном вискозиметре «Реотест».

Насадочный слой пакетной вихревой модифицированной насадки состоял из пяти, расставленных между собой, тарелок-пакетов высотой 60 мм. Схематично вид исследованной пакетной насадки представлен на рис. 3.1. Конструкция тарелки выполнена в виде каналов квадратного поперечного сечения размером 20x20мм, образованных взаимопересекающимися полосами листовой стали. Для создания вихревой ячейки сверху и снизу противоположные стороны каждого канала загнуты навстречу друг к другу с радиусом 50 мм. Образованные радиусные поверхности каждой ячейки смещены по высоте на 5 мм. Верхние криволинейные поверхности ячейки повернуты относительно нижних на 90° и имеют аналогичную форму (на рис.3.1 приведен вариант насадки, в которой кромки верхних и нижних криволинейных поверхностей лежат в одной плоскости, без относительного поворота на 90°). Таким образом, получается набор-пакет тонкостенных вихревых ячеек-каналов с ярко выраженными криволинейными образующими поверхностями.

Рис. 3.1. Вихревая пакетная модифицированная насадка.

Для пакетной насадки характерной особенностью, прежде всего, является создание механизма объемного пылеулавливания, а также развитой межфазной поверхности. Наличие развитых криволинейных образующих поверхностей позволяет осуществить интенсивное закручивание газожидкостных потоков, что приводит к высокой

1000 800 600

га

400

0.

<

200 0

Рис. 3.2. Зависимость гидравлического сопротивления насадочного слоя (5 слоев пакетной вихревой модифицированной -насадки) от расходов газовой и жидкой фаз (В- Ь=4,5*10"3 м3/м2с, С-Ь=6,2*10"3 м3/м2с, О- Ь=7,8*10"3 м3/м2с, Е-Ь=9,6*10"3 м3/м2с, Р- " Ь=12,6*10"3 м3/м2с).

улавливающей способности вихревой пакетной насадки и, как следствие, к повышенной, по сравнению с другими видами насадки, скорости очищаемого газа. Подобная конструкция насадки обладает также хорошей сепарациогаюй способностью для капель, что позволило использовать ее в качестве каплеотделительного пакета в экспериментальном аппарате.

Гидродинамическая характеристика вихревой пакетной модифицированной насадки представлена на рис. 3.2. Исследованная в данной работе вихревая пакетная модифицированная насадка имеет более низкое гидравлическое сопротивление (ДР=650Па, при Ь=4.5*10'3 м3/м2с, иг=4 м/с и ДР=800Па, при Ь=4.5*10'3 м3/м2с, иг =6 м/с) по сравнению с вихревой пакетной насадкой, испытанной З.Рошаком и Я.Кравчиком (ДР=810Па, при Ь=4.5*1(У3 м3/м2с, иг=4 м/с и ДР=970 Па при Ь=4.5*10"3 м3/м2с, иг =6 м/с). В обоих случаях насадочный комплект состоял из пяти пакетных слоев.

Экспериментально полученные значения средней толщины пленки на поверхности вихревой пакетной модифицированной насадки и среднее время пребывания орошающих суспензий в насадочном слое позволили определить средние значения эффективной вязкости

!

—д-с —♦—Р

1 2 3 4 5 6

Уг, м/с

0,15

0,30

0.35

0.45

1-д т, Па

Рис. 3.3. Кривые средней эффективной вязкости суспензии каолина, с массовой концентрацией 20%, в элементе вихревой пакетной модифицированной насадки, в зависимости от приложенного среднего касательного напряжения. Отмеченные точки характеризуют эффективную вязкость в элементе пакетной насадки, при плотности орошения, соответственно: 1- Ь=3,7*10"3 м3/м2с; 2-Ь=6.86*10"3 м^м2^, 3-,Ь= 10,77* 10"3 м3/м2с

1_д т, Па

0.40

Рис. 3.4. Кривые средней эффективной вязкости суспензии каолина, с массовой концентрацией суспензии 2,5%, в элементе вихревой пакетной модифицированной насадки, в зависимости от приложенного среднего касательного напряжения. Отмеченные точки характеризуют эффективную вязкость в элементе пакетной насадки, при плотности орошения, соответственно: 1- Ь=3,7*10"3 м3/м2<;; 2-Ь=6,86*10'3 м /м2с; 3-.Ь=10,77*10"3 м3/м2с.

суспензий каолина и стеклянных шариков с весовыми концентрациями С=2,5-20%, при различных режимах работы аппарата (11г=2-4м/с, Ь=3,5-10,7* 10"3м2/м с). Часть экспериментальных данных представлена на рис.3.3-3.4. Эффективная вязкость орошающих суспензий определялась также с помощью ротационного вискозиметра «Реотест», например, для суспензии каолина некоторые данные представлены на рис.3.5Сопоставление значений эффективной вязкости в элементе насадки, рассчитанные по формуле (2.4), с данными полученными на «Реотесте», выявило значительное изменение вязкости суспензии (сравнивались суспензии с одинаковой концентрацией) в вихревой ячейке, при аналогичных скоростях сдвига (рис.3.3-3.5).

При низкой концентрации суспензии каолина С=2,5%, при всех режимных параметрах работы скруббера (11г и Ь), расхождение эффективной вязкости (А//), для двух способов измерения, имеет значительную величину 58,9-88,3%. Эффективная вязкость суспензии на поверхности насадки меньше измеренной в «Реотесте». Расхождения в меньшей степени характерны для более высоких иг=4м7с и Ь=10,77*10"3/м2с.

С увеличением концентрации суспензии до 5% эффективная вязкость в насадке также ниже, чем в «Реотесте» при всех режимах, но в меньшей степени (на 62 до 11,6%). Расхождение А?/ сокращается

о

с:

!Г СП

0.0 -0,5 -1,0 -1,5 -2,0 -2,5

I. I ■ С=20% □ С-2,5%

ш

ш

о ■ ■

и с □ ■ ■

□ □ □ □ 0 □ Ш1 ■

п

-1.0

-0,5 0,0

1-д т, Па

0,5

1,0

3.0

Рис. 3.5. Зависимость величины эффективной вязкости от приложенных напряжений, полученных на ротационном вискозиметре «Реотест», для суспензии каолина с концентрациями, соответственно: темный символ -20%; светлый символ -2,5%.

более стремительно при увеличении скорости газа от 2 до 4 м/с и, практически, не изменяется с повышением плотности орошения.При концентрации 10% течение суспензии в пакетной насадке приобретает более сложной характер, что выражается в превышении эффективной вязкости суспензии в аппарате (не более 27,6%), при более высоких иг и Ь, над аналогичными значениями вязкости в ротационнохм вискозиметре.

При концентрации С=20% реологические свойства суспензии каолина в насадке значительно отличаются относительно данных свойств в ротационном вискозиметре, при одинаковых скоростях сдвига. Эффективная вязкость в пакетной насадке также существенно ниже данной величины, полученной на «Реотесте». Расхождение между ними составляет от 21,9 до 68,1%. Но в отличие от концентрации С=2,5% и С=5% расхождение А?/ уменьшается с увеличением скорости газа от 2 до 4м/с в большей степени, чем с увеличением плотности орошения (от 68 1 до 51,1%, для Ь=3,5*10"3м3/м с, от 64,9 до 34,1%, при Ь=6,86* 10"3м3/м с, от 60,7 до 21,9% при Ь= 10,77 *10"3м3/м2с).

Реологическое поведение суспензии стеклянных шариков аналогично взвеси каолина, но имеет некоторые особенности. При концентрации дисперсной фазы С=2,5% взвесь стеклянных шариков, также как и суспензия каолина, обладает меньшей эффективной вязкостью по сравнению с соответствующими значениями, замеренными на ротационном вискозиметре. Однако, . при интенсификации режимов работы скруббера, 11г=3-4 м/с и Ь=10,77*10"3м3/м2с, наступает резкое повышение эффективной вязкости в пленке суспензии на насадке, которая существенно превышает (на 58,3-91,4%) значения вязкости, полученные на «Реотесте».

С увеличением концентрации до 5%, граница выравнивания реологических величин, замеренных двумя способами, смещается в сторону менее экстремальных режимов Шг=2,5 м/с при Ь= 10,77* 10"3м3/м2с и иг=3м/с при Ь=6,86*10"3м3/м2с). При наибольших производигельностях скруббера, превышение эффективной вязкости на поверхности насадки над «реотестовской» величиной составляет около 200%.

Для более высокой концентрации взвеси стеклянных шариков (С= 10-20%), изменение реологических характеристик происходит аналогично. Превышение эффективной вязкости в аппарате, над соответствующей величиной, измеренной в ротационном вискозиметре, наступает уже при иг=2м/с и Ь=6,86*10"3м7м2с. Следует подчеркнуть, что не наблюдается резкого скачкообразного снижения эффективной вязкости для суспензии стеклянных шариков с С=10%, нагружаемой в аппарате по отношению к суспензии, находящейся в «Реотесте» (такое явление характерно для взвеси каолина). Самое значительное увеличение вязкости суспензии Д г) в аппарате над соответствующими «реотестовскими» величинами соответствует наиболее нагруженному

режиму работы скруббера при иг=4м/с, Ь=10,7*10 3м3/м2с (для С=10% -Дт/ =406%, для С=20% - Ат] =388,8%).

Расхождение значений эффективных вязкостей происходит из-за различных характеров нагружения суспензий в двух рассматриваемых устройствах. Движение жидкости по элементам насадки происходит при пульсирующей подаче жидкости и при интенсивном взаимодействии противоточно движущегося , газа. Разумеется, что эти явления вносят различия в характер нагружения суспензии (на который также влияет вид и грансостав твердой фазы) в насадке по сравнению с ротационным вискозиметром.

В четвертой главе представлены данные результаты по пылеулавливанию в различных типах аппаратов с применением орошающих суспензий широкого диапазона концентраций. Исследования проводились на трех видах насадочных элементов: пакетная вихревая модифицированная, псевдоожиженная шаровая, неподвижная насадка из колец Рашига. Для проведения экспериментов использовались следующие виды пыли: каолин, сажа, стеклянные шарики. Эффективность работы вышеуказанных насадок сравнивалась с эффективностью работы ударно-инерционного аппарата типа «Ротоклон» с вихревым патрубком оригинальной конструкции, созданного и испытанного Я. Кравчиком. Экспериментальные данные представлены на рис. 4.1-4.2.

Основная цель данных исследований заключается в определении влияния конструкции аппарата на граничные концентрации орошающих суспензий (при достижении которых происходит резкое снижение к. п.д. пылеочистки), установленные ранее Я.Кравчиком для ударно-инерционного аппарата оригинальной конструкции типа «Ротоклон». В большинстве случаев граничная концентрация соответствовала проявлению суспензией неньютоновских свойств (определение реологических характеристик осуществлялось с помощью капиллярного и ротационного вискозиметров).

Для сажи предельная весовая концентрация составила 8 %, для стеклянных шариков - 2 %, для талька - 30 %. При достижении критических концентраций пылей в суспензиях, заметного изменения структуры суспензии не происходит, ввиду незначительного увеличения концентрации, однако проявляют себя некоторые дополнительные сопротивления захвату твердых частиц на поверхности раздела фаз. Следовательно, на величину выше указанных сопротивлений должны оказывать значительное влияние конструкция аппарата и характер гидродинамического взаимодействия газопылевого и жидкостного потоков.

Сначала нами было проведено исследование эффективности пылеулавливания сажи на типовой насадке из колец Рашига, уложенных хаотично. Высота слоя составила 400мм. Эффективность

пылеулавливания находилась в пределах 99,6-99,3%, при соответствующем изменении весовой концентрации орошающей суспензии от 1 до 20% (рис.4.1-4.2). Исследования проводились при рекомендуемых режимах для данного вида насадки: скорости газа иг=1м/с и плотности орошения Ь=3,5-10"3м3/м2с.

При использовании колонного аппарата с псевдоожиженной насадкой для пыли каолина эффективность пылеулавливания плавно снижалась с 99,3% до 99,15% при соответствующем увеличении концентрации орошающей суспензии с 1% до 20%. Для частиц сажи эффективность более высокая - 99,6%, причем, это значение оставалось неизменным при увеличении концентрации суспензии до 20% (рис.4.1-4.2). Для обеспечения устойчивой работы аппарата в противоточном режиме скорость аэрозоля составила 11г=3м/с, плотность орошения Ь=4,5* 10'3м3/м2с.

Проведенные исследования на пакетной вихревой модифицированной насадке показали, что для пыли стеклянных шариков размерами менее 10 мкм, зависимость эффективности от концентрации суспензии имела следующий характер. При увеличении концентрации до 5% эффективность процесса возросла с 99,1 до 99,6%, при дальнейшем увеличении концентрации до 20 % - незначительно снизилась до 99,1% (рис.4.1-4.2).

Для сажи наблюдалась аналогичная зависимость эффективности пылеулавливания от концентрации суспензии. При концентрациях сажи в воде 1%, 5%, 20%, эффективность процесса соответственно составила 99,2%, 99,8%, 99,1% (рис.4.1-4.2).

Для пыли каолина эффективность пылезадержания плавно снижалась с 99,8% до 99,4% при соответствующем увеличении концентрации с 1% до 20% (рис.4.1 -4.2).

Исследования проводились при наиболее оптимальной скорости газа (установленной экспериментально) для данной насадки -4 м/с, соответствующей, как наибольшей эффективности процесса пылеулавливания, так и устойчивому противоточному режиму работы. Исследования показали, что вихревая пакетная модифицированная насадка обладает преимуществами. Например, легкость масштабирования при переходе к аппаратам промышленного образца, так как в этом случае увеличивается лишь количество вихревых ячеек, наличие которых исключает проскок пыли в крупных пузырях газа, присущего аппаратам с псевдоожиженным слоем орошаемой насадки. Таким образом, из выше проведенных исследований можно сделать вывод, что конструкция пылеулавливающего аппарата существенно влияет на процесс пылеулавливания. Предельные концентрации суспензий являются границей резкого снижения эффективности процесса в ударно-инерционном аппарате типа «Ротоклон», в котором реализуется высокоскоростной режим контактирования аэрозоля с орошающей суспензией (25м/с).

о •

сг 90-

» . I

<Г

ТТТ"

■I в

О й

V Р

? н

■о

80-

0 5 10

Концентрация суспензии

Рис.4.1. Зависимость общей пылеулавливания сажи от концентрации различных видов аппаратов: В- вихревая насадка иг=4м/с. Ь=4,5*10"3м /м2с, иг=25м/е; Е- псевдоожиженная шаровая 3м3/м2с, ДР=700Па; Н-кольца Рашига ДР=1200Па

15 20

С , %

эффективности процесса орошающей суспензии для пакетная модифицированная ДР=650Па; Б- «Ротоклон» насадка иг= 3м/с, Ь=4,5*10" иг=1м/с, Ь=4,5*10"3м3/м2с;

о

100

60 60

20

О

О 2 4 6 8 10 12 14 16 С|Ч , МКМ

Рис. 4.2. Фракционная эффективность пылеулавливания в различных аппаратах, в зависимости концентрации орошаемой суспензии для следующих аппаратов: В,С-вихревая пакетная модифицированная насадка, при концентрации суспензии равной, соответственно 5%. 20%; В,Е-псевдоожиженной шаровой насадки, при концентрации суспензии, соответственно, 1%. 20%; И, в -«Ротоклона», при концентрации суспензии, соответственно 0,8%, 9,5%; НД-колец Рашига, при концентрации суспензии 1%,20%.

Значительное влияние на предельную концентрацию оказывает также вид улавливаемой пыли. При использовании в качестве улавливающей жидкости суспензии и высокой скорости движения газового потока, создающего и раскручивающего капли жидкости, может привести к созданию на поверхности каплей, в результате действия центробежных сил, слоя с частицами с более высоким объемным содержанием частиц, по сравнению с общей концентрацией суспензии, находящейся в емкости аппарата. Ситуацию осложняет постоянно выпадающие твердые частицы из движущегося аэрозоля. Осаждение происходит, в основном, в результате действия широко развитых инерционных сил. В связи с этим, если предположить, что при определенных параметрах суспензии действительно существует на диспергированных каплях слой, обогащенный твердыми частицами, то действие инерционных сил на твердую составляющую, приводит к ударному столкновению частиц на поверхности каплей. При тЪком воздействии может происходить, с большей долей вероятности, отскок частиц друг от друга.

С увеличением вязкости суспензии ухудшаются также условия диспергирования каплей, что может привести к существенному сокращению межфазной поверхности и снижению эффективности пылеулавливания.

Граничные или предельные концентрации орошающих суспензий, впервые экспериментально установленные Я.Кравчиком, являются основополагающими факторами, снижающие к.п.д. пылеочистки. Проявляемые, в различной степени, неньютоновские свойства суспензий, применяемых для пылеочистки, являются характерным показателем снижения эффективности ударно-инерционного аппарата. Поэтому эффективные реологические параметры орошающих суспензий, применяемых в скруббере, должны учитываться при разработке газопромывателя.

Для колонных аппаратов, характеризующихся использованием противоточного режима, при скорости аэрозоля 1-4 м/с, не наблюдается четко определенных критических значений концентраций пылепоглащающих суспензий. Эффективность пылеулавливания плавно снижается на незначительные величины (рис.4.1-4.2). При улавливании сажи и пыли стеклянных шариков в вихревой пакетной модифицированной насадке, наблюдается максимум (99,8-99,6%) на кривой общей эффективности пылеулавливания, соответствующий значениям концентраций применяемых суспензий около 5%. Для этих видов пылей концентрации орошающих суспензий С=5% являются наиболее оптимальными для проведения обеспыливания в испытуемой насадке. Увеличение вязкости суспензии при достижении такой концентрации влечет за собой, как показали визуальные наблюдения, к более лучшему эмульгированию суспензии и, как следствие, к повышенному к.п.д. улавливания. На этом промежутке концентраций эффект дополнительного эмульгирования является преимущественным

по отношению к негативному влиянию на процесс пылеулавливания взвешенных, в орошающей жидкости, частиц.

Для насадочных аппаратов продолжительное время контакта газового потока с орошающей жидкостью и низкая скорость подвода твердой составляющей к границе раздела фаз не позволяет создавать на пленке жидкости слоя, обогащенного частицами и препятствующего осаждению твердой фазы. Существует различие в аппаратах по созданию поверхности массообмена. Если в «Ротоклоне» межфазная поверхность создается, в основном, диспергированием жидкости, то в насадочных аппаратах пленками жидкости.

Незначительное снижение к.п.д. газопромывателя (не более 1%), при значительном увеличении весовых концентраций орошающих суспензий (до 20%), свидетельствует о малом влиянии реологических характеристик взвесей на процесс пылеочистки при данных режимах работы насадочных скрубберов.

В главе 5 представлена информация практической реализации экспериментальных исследований.

Для расчета эффективности мокрого пылеулавливания в

аппарате с вихревой модифицированной пакетной насадкой 7] тш , на

основе обработки полученных экспериментальных данных, была использована аналогичная зависимость, применяемая для расчета эффективности пылеулавливания в вихревой пакетной насадке в диссертационной работе Я.Кравчика

С помощью применения теории размерности была выявлена следующая функциональная зависимость

X = /(Кеж,11е ,,;). <52)

<53)

Мс V

Где: Яег- критерий Рейнольдса для газа; Яеж- критерий Рейнольдса для

жидкости; /лг - вязкость газа; 7] - эффективная вязкость суспензии; Ь -

размер ячейки насадки; 1- число тарелок-пакетов, раздвинутых по высоте аппарата; Ь - плотность орошения.

Ввиду применения широкого диапазона концентраций орошающих суспензий (от 0 до 20%), а также различных видов суспендированных частиц, для определения вышеуказанных коэффициентов использовались переменные значения плотности и эффективной вязкости суспензии (найденной непосредственно в элементе пакетной вихревой модифицированной насадки) входящие в

-X (5-1)

величину 11еж, соответствующие значению эффективности пылеулавливания для конкретного эксперимента.

Для взвеси каолина функциональная зависимость была определена в следующей явной форме.

^ = -4,2 • Яе^0210 • 11е°'0055 - г0,0025 . (54)

Для суспензии стеклянных шариков

X = -4Д4 • Яе^0250 • Ые^0053 • Г0'0038. (5:5>

Для практического использования функциональной зависимости необходимо иметь значения эффективной вязкости жидкости при различных скоростях газа и плотности орошения в насадочной колонне. С помощью обработки большого количества экспериментальных данных были определены зависимости эффективной вязкости орошающих суспензий от режимных параметров работы газопромывателя на поверхности вихревой пакетной модифицированной насадки.

Для суспензии каолина данная зависимость имеет вид

77 = 5,61-10-5 -и1;303 -Г0'111 -с1'321 <">

Для суспензии стеклянных шариков:

17 = 7,2-10 -<^98^1.237 ^1.504 (5.7)

Где: иг- скорость газа, м/с;

Ь - объемная плотность орошения (м3/м2с)* 1000;

С - концентрация орошающей суспензии, %.

Приведенные зависимости позволяют достаточно точно (ошибка менее 1%) рассчитать эффективность пылеулавливания в аппарате с пакетной вихревой модифицированной насадкой, с учетом эффективной вязкости суспензии изменяемой в следствие влияния конструктивных особенностей аппарата.

Основные результаты и выводы по диссертации.

1. Выявлено влияние конструкции мокрого газопромывателя на эффективность пылеулавливания и предельную концентрацию твердой фазы в орошающей жидкости для четырех типов аппаратов (аппаратов с неподвижной насадкой из колец Рашига, с псевдоожиженной шаровой, с модифицированной пакетной насадкой, и для ударно-инерционного аппарата типа «Ротоклон»), Показано, что конструкция аппарата оказывает существенное влияние на значение предельных концентраций твердых частиц в орошающей суспензии. Для аппаратов со скоростью движения 1-5 м/с (насадочный аппарат с насадками, упоминаемыми выше) для трех типов пылей (хорошо, удовлетворительно и плохо смачиваемая) не выявлены граничные концентрации орошающих

суспензий. В данном случае наблюдалась лишь незначительное снижение к.п.д. обеспыливания (например, для улавливания каолина в пакетной модифицированной насадке эффективность процесса снизилась с 99,8 до 99,1% при увеличении концентрации от 0 до 20%). Граничные концентрации орошающих суспензий обнаружены лишь для ударно-инерционного аппарата «Ротоклон».

2. Предложена новая конструкция вихревой пакетной модифицированной насадки для процесса пылеулавливания, отличающаяся более низким гидравлическим сопротивлением (ДР=650Па, при скорости движения газа иг=4 м/с и плотности орошения Ь=4,5*10'3м3/м2с, ДР=800Па, при иг=6 м/с и Ь=4.5*10" м 3/м2с) и высокой эффективностью массообмена, по сравнению с вихревой пакетной насадкой, описанной в докторских диссертационных работах З.Рошака Я.Кравчика (ДР=810Па, при Ь=4.5*10"3 м3/м2с, иг=4м/с и ДР=970 Па, при Ь=4.5*10"3 м3/м2с, иг=6м/с).

3. Установлен оптимальный режим эффективной работы вихревой пакетной модифицированной насадки, позволяющий иметь к.п.д. пылеулавливания более 99,5% для всех испытанных пылей с размерами частиц менее Юмкм (скорость движения аэрозоля иг=4м/с, количество вихревых пакетных тарелок ¡=5, плотность орошения Ь=4,5* 10'3м3А12с)

4. С использованием критериальных зависимостей разработана математическая модель для расчета эффективности пылеулавливания, в аппарате с вихревой пакетной модифицированной насадкой, при широком диапазоне весовых концентраций орошающих суспензий (от 0 до 20%), скорости газа (иг=2-5м/с) и расходов жидкой фазы (Ь=0,0035-0,0107м3/м2с).

5. С использованием оригинальной установки получены средние значения эффективной вязкости орошающих суспензий непосредственно на поверхности пакетной вихревой модифицированной насадки. Экспериментально показано, что эффективная вязкость суспензии в вихревой ячейке насадки существенно отличается от величин, получаемых на вискозиметре «Реотест» при аналогичных скоростях сдвиговой деформации. Создано корреляционное уравнение, позволяющее определять эффективную вязкость суспензии в насадке в зависимости от режимных параметров скруббера и концентрации суспензии.

Основные положения диссертации отражены в публикациях:

1. Г.Е.Назаров, Я.Кравчик. Использование фильтров для увеличения длительности цикла оборотной воды в мокрых пылеуловителях. В сб. научных трудов международной научной конференции «Теория и практика фильтрования», г. Иваново, сентябрь1998г., с.61;

2. Г.Е.Назаров, Я.Кравчик, В.Н.Блиничев, О.В.Чагин.- Реология тонкодисперсных суспензий. Сборник научных трудов IV международной научной конференции «Теоретические и экспериментальные основы создания нового оборудования», г. Краков (Польша), октябрь1999г.,с. 171-190.

3. Г.Е.Назаров, Я.Кравчик, В.Н.Блиничев, О.В.Чагин. Влияние конструкции пылеулавливающего аппарата на предельную концентрацию орошающей суспензии. Известия вузов. Химия и химическая технология, 2000г., т.43, вып. 2, с.80-85.

Лицензия ЛР № 020459 от 10.04.97г. Подписано в печать 10.04.2000 г.

Формат 60x84 1/16. Тираж 80 экз. Заказ 77. Ивановский государственный химико-технологический

университет. 153460 г.Иваново, пр-т Ф.Энгельса,14

Введение.

Основные условные обозначения.

1. Пылеулавливание в аппаратах мокрого типа.

1.1. Особенности мокрого пылеулавливания.

1.2. Конструкции промышленных пылеулавливающих аппаратов.г.

1.2.1. Полые аппарата.

1.2.2. Ударно-инерционные аппараты.

1.2.3. Пенные пылеуловители.

1.2.4. Насадочные скрубберы.~.

1.3. Реологические характеристики суспензий.

1.3.1. Физические свойства дисперсных систем.

1.3.2. Структурно-механические свойства дисперсных систем.

1.4. Цель и задачи исследований.

2. Описание экспериментальных установок.

2.1. Описание насадочного аппарата.

2.2. Описание ударно-инерционного аппарата.

2.3. Определение эффективной вязкости суспензий, применяемых в пылеулавливающем

• 67 аппарате. и/

2.3.1. Экспериментальное определение толщины пленки суспензии в элементе пакетной вихревой модифицированной насадки. ^

2.3.2. Экспериментальное определение среднего времени пребывания орошающей суспензии в насадочном пакетном комплекте. ^

2.3.3. Методика расчета эффективной вязкости суспензий в элементе вихревой пакетной модифицированной насадки при различных режимах работы скруббера

2.4. Определение фракционного состава применяемых пылей.

3. Исследование гидродинамических характеристик в аппарате с вихревой пакетной модифицированной насадкой.

3.1 Гидродинамика пакетной насадки.

3.2. Гидродинамика вихревой пакетной модифицированной насадки.

3.3. Измерение эффективной вязкости орошающих суспензий.

3.3.1. Обсуждение результатов по измерению эффективной вязкости орошающих суспензий.

4. Исследование процесса пылеулавливания в аппаратах различных конструкций.

4.1. Пылеулавливание в аппарате с вихревой пакетной модифицированной насадкой.

4.1.1. Определение оптимальных режимов работы колонны с пакетной модифицированной насадкой.

4.1.1.1. Определение оптимального числа слоев в насадочном комплекте.

4.1.1.2. Влияние плотности орошения на эффективность пылеулавливания.

4.1.1.3. Влияние скорости движения газа на эффективность пылеулавливания.

4.2. Влияние концентрации орошающих суспензий на эффективность пылеулавливания.

4.2.1. Влияние концентрации орошающих суспензий на эффективность пылеулавливания в пакетной вихревой модифицированной насадке.

4.2.2. Влияние концентрации орошающих суспензий на процесс пылеулавливания в аппарате с витающей насадкой.Г.

4.2.3. Влияние концентрации орошающих суспензий на процесс пылеулавливания в аппарате с насадочным слоем из колец Рашига.

4.2.4. Влияние концентрации орошающих суспензий на процесс пылеулавливания в ударно-инерционном аппарате типа «Ротоклон»

4.3. Обсужден^ результатов по пылеулавливанию.

5. Методика расчета аппарата с вихревой пакетной модифицированной насадкой.

В настоящее время актуально решение проблемы очистки воздушного бассейна от вредных выбросов промышленных предприятий. Практически все крупные промышленные предприятия осуществляют выбросы в атмосферу различных веществ, значительную часть которых составляют пылевидные продукты. В этом случае не только повышаются концентрации вредных, токсических веществ более предельно допустимых концентраций, но также теряется ценное сырье.

В ряде случаев наиболее эффективным способом обеспыливания промышленных газов являемся мокрый способ очистки, который широко и успешно применяется в промышленности. Однако значительные расходы очищаемых газов требуют достаточно больших расходов улавливающей жидкости, в качестве которой, в основном., используется технологическая вода. Одним из способов, существенно снижающим потребление воды в несколько, или даже в десятки раз, является ее рециркуляция. Однако для надежной организации процесса рециркуляции орошающей воды, без ухудшения эффективности пылеулавливания необходимо знание основных факторов, влияющих на предельную концентрацию твердой фазы в пылеулавливающей суспензии (при которой наступает существенное снижение эффективности пылеулавливания), а также получение зависимостей для определения этих предельных концентраций с целью обеспечения надежного режима пылеулавливающей установки.

Работа выполнена по пятилетним планам научного сотрудничества ИГХТУ с Краковской Политехникой (Польша) и по планам ТОХТ РАН.

Научная новизна диссертации. 4

Впервые показано, что реологические и пылеулавливающие свойства суспензии существенно зависят от конструктивного оформления аппаратов и режимов их работы. Например, при улавливании не смачиваемой пыли, типа сажи, существенное снижение эффективности пылеулавливания в аппарате типа «Ротоклон» достигается при концентрации твердого вещества в воде - 8%, в аппаратах с оригинальной вихревой пакетной насадкой данного явления не наблюдается при достижении концентрации суспензии до 20%.

Впервые с позиций системного анализа выполнено комплексное исследование и моделирование процесса пылеулавливания в аппарате с высокоинтенсивной пакетной насадкой, с учетом эффективных реологических параметров пылезадерживающей суспензии на поверхности насадки.

Показано, что предельные концентрации твердой фазы в орошающей суспензии зависят от конструкций насадок и режимов работы пылеулавливающих аппаратов.

Предложена зависимость для, расчета эффективности пылеулавливания в аппарате с оригинальной пакетной насадкой.

Практическая значимость.

Испытана эффективная пакетная вихревая модифицированная насадка в процессе пылеулавливания, при'противоточном движении фаз. Определены оптимальные условия работы насадки, соответствующие наибольшей эффективности процесса пылеулавливания. Исследованиями показано, что достижение наибольшего эффекта пылеочистки осуществляется не только за счет применения перспективных конструкций контактных массообменных устройств, но и за счет использования пылепоглащающих суспензий определенной концентрации.

Определены фракционные эффективности пылеулавливания для всех использованных пылей.;

Разработан высокоэффективный пылеулавливающий аппарат с модифицированной вихревой пакетной насадкой. Создана методика расчета эффективности процесса пылеулавливания с учетом вязкостных свойств орошающих суспензий.

Проведена сравнительная оценка испытанных различных видов контактных устройств (пакетная вихревая модифицированная насадка, псевдоожиженная шаровая насадка, кольца Рашига, вихревой патрубок ударно-инерционного аппарата «Ротоклон»). Показано, что для колонных аппаратов не найдены предельные концентрации твердых частиц в орошающей суспензиях. Этот факт свидетельствует о том, что рециркуляция орошающей жидкости в колонных аппаратах может осуществляться до тех пор, пока не нарушается надежность распределения жидкости по сечению аппаратов и надежность работы циркуляционного оборудования.

Цель работы.

Основная цель работы заключается в определении зависимости конструктивного оформления пылеулавливающего аппарата на предельные концентрации твердой фазы в орошающей суспензии. Автор защищает.

1. Способ высокоэффективного процесса пылеочистки аэрозоля в аппарате с вихревой пакетной модифицированной насадкой от пылей с различными свойствами смачиваемости.

2. Математическую интерполяционную модель для расчета общей V эффективности процесса пылеулавливания при противоточном движении орошаюнфй суспензии и запыленного газа с многослойной модифицированной пакетной насадкой.

3. Способ определения эффективной вязкости пылеулавливающей суспензии непосредственно в элементе вихревой модифицированной насадки, с помощью кондуктометрической системы измерения.

4. Сравнительную оценку испытанных различных пылеулавливающих контактных устройств (пакетная вихревая модифицированная насадка, псевдоожиженная шаровая, вихревой патрубок ударно-инерционного аппарата «Ротоклон») 4

Апробация работы.

Результаты проведенных исследований докладывались на: международной научной койференции «Теория и практика фильтрования», г. Иваново, сентябрь1998г.;

IV международной научной конференции «Теоретические и экспериментальные основы создания нового оборудования», г. Краков (Польша), октябрь 1999г.

Основные условные обозначения г| - к.п.д. пылеулавливания, %; эффективная вязкость суспензии, Па с; г|о - вязкость дисперсионной среды, Па с; т|щ| - пластическая вязкость, Па с; r)m - минимальная вязкость суспензии с предельно разрушенной структурой, Па с; V.

U - скорость потока, м/с; D - коэффициент диффузии; Р - коэффициент массоотдачи; V - объем, м ; Л

Q - объемный расход, м/с; F - площадь, м2;

S - площадь свободного сечения газораспределительной решетки,. %; параметр; d - размер, диаметр, м;

3 2

L - плотность орошения, м /м с; Н - высота, м; ji - коэффициент динамической вязкости газа, жидкости, Па с; А - поверхность контакта фаз, м ; С - запыленность газа, %; концентрация суспензии, %; с - коэффициент сопротивления среды; АР - гидравлическое сопротивление, Па; с - напряжение сдвига, Па; у - скорость сдвиговой деформации, с"1; сто - предел текучести, Па; t - время, с; tp - время релаксации, с; Ф - объемное содержание; фт - максимальное объемное содержание;

В - коэффициент; а, Ь, р, г, а,Р - параметры;

W— энергия, Дж; * т - касательные напряжения, Па;

8 - толщина пленки суспензии на поверхности насадки, мм;

Бг - скорость сдвиговой деформации в ротационном вискозиметре, с"1. ■

Критерии: - Пекле; А р ■ с12 - ——-— Стокса; /лг • й?0

11е = ^ ^ р . Рейнольдса. М

Индексы: т- твердое вещество; г - газ; ч - частица; н - начальное значение; к - конечное значение; кр— критическое значение.

Основные результаты и выводы по диссертации.

1. Выявлено влияние конструкции мокрого газопромывателя на эффективность пылеулавливания и предельную концентрацию твердой фазы в орошающей жидкости для четырех типов аппаратов (аппаратов с неподвижной насадкой из колец Рашига, с псевдоожиженной шаровой, с модифицированной пакетной насадкой, „ и для ударно-инерционного аппарата типа «Ротоклон»). Показано, что конструкция аппарата оказывает существенное влияние на значение предельных концентраций твердых частиц в орошающей суспензии. Для аппаратов со скоростью движения 1-5 м/с (насадочный аппарат с насадками, упоминаемыми выше) для трех типов пылей (хорошо, удовлетворительно и плохо смачиваемая) не выявлены граничные концентрации орошающих суспензий. В данном случае наблюдалась лишь незначительное снижение к.п.д. обеспыливания (например, для улавливания каолина в пакетной модифицированной насадке эффективность процесса снизилась с 99,8 до 99,1% при увеличении концентрации от 0 до 20%). Граничные концентрации орошающих суспензий обнаружены лишь для ударно-инерционного аппарата «Ротоклон».

2. Предложена новая конструкция вихревой пакетной модифицированной насадки для процесса пылеулавливания, отличающаяся более низким гидравлическим сопротивлением (АР=650Па, при скорости движения газа Иг=4 м/с и плотности орошения Ь=4,5* 10" 3м3/м2с, АР=800Па, при Иг=6 м/с и Ь=4.5*10"3м3/м2с) и высокой эффективностью массообмена, по сравнению с вихревой пакетной насадкой, описанной в докторских диссертационных работах З.Рошака Я.Кравчика (АР=810Па, при Ь=4.5*10"3 м3/м2с, иг=4 м/с и ДР=970 Па, при Ь=4.5*10"3 м3/м2с,иг=6 м/с).

3. Установлен оптимальный режим эффективной работы вихревой пакетной модифицированной насадки, позволяющий иметь к.п.д. пылеулавливания более 99,5% для всех испытанных пылей с размерами частиц менее Юмкм (скорость движения'аэрозоля Цг=4м/с, количество вихревых пакетных тарелок 1=5, плотность орошения Ь=4,5*10" м /м с)

4. С использованием критериальных зависимостей разработана математическая модель для расчета эффективности пылеулавливания, в аппарате с вихревой пакетной модифицированной насадкой, при широком диапазоне весовых концентраций орошающих суспензий (от 0 до 20%), скорости газа (Цг=2-5м/с) и расходов жидкой фазы (Ь=0,0035-0,0107м3/м2с).

5. С использованием оригинальной установки получены средние значения эффективной вязкости орошающих суспензий непосредственно на поверхности пакетной вихревой модифицированной насадки. Экспериментально показано, что эффективная вязкость суспензии в вихревой ячейке насадки существенно отличается от величин, получаемых на вискозиметре «Реотест» при аналогичных скоростях сдвиговой деформации. Создано корреляционное уравнение, позволяющее определять эффективную вязкость суспензии в насадке в зависимости от режимных параметров скруббера и концентрации суспензии.

Основные положения диссертации отражены в публикациях:

1. Г.Е.Назаров, Я.Кравчик. Использование фильтров для увеличения длительности цикла оборонной воды в мокрых пылеуловителях. В сб. научных трудов международной научной конференции «Теория и практика фильтрования», г. Иваново, сентябрь1998г., с.61;

2. Г.Е.Назаров, Я.Кравчик, В.Н.Блиничев, О.В.Чагин,- Реология тонкодисперсных суспензий. Сборник научных трудов IV международной научной конференции «Теоретические -и экспериментальные основы создания нового оборудования», г. Краков (Польша), октябрь 1999г., с.171-190.

3. Г.Е.Назаров, Я.Кравчик, В.Н.Блиничев, О.В.Чагин. Влияние конструкции пылеулавливающего аппарата на предельную концентрацию орошающей суспензии. Известия вузов. Химия и химическая технология, 2000г., т.43, вып. 2, с.80-85.

1. Ужов В.Н., Вальдберг А.Ю., Рашидов И.К. Очистка промышленных газов от пыли. -М., Химия, 1981. -390с.

2. Ужов В.Н., Вальдберг А.Ю. Очистка газов мокрыми фильтрами. -М., Химия, 1972. -247с.

3. Страус В. Промышленная очистка газов. -М., Химия, 1981. 615с.

4. Фукс H.A. Механика аэрозолей. -М., изд. АН СССР, 1955. -352с.

5. Левш В.И., Салимов 3. Очистка газовых-выбросов в аппаратах с турбулизированным газожидкостным слоем. Ташкент, Фан, 1988. -152с.

6. Кравчик Я. Пылеулавливание, тепло- и массообмен в аппаратах интенсивного действия.// Докт. дисс. -М., 1997.

7. J. Ciborowski, Z. Hulewicz. Chemia Stosowana, 7B, 3/1970.

8. Лукин В.Д., Курочкина М.Н. Очистка вентиляционных выбросов в химической промышленности.-Л., Химия, 1980. -232с.

9. Лебедюк Г.К., Юрчик Э. Ф. В сб.: Обеспыливающие устройства промышленной вентиляциию -М., 1970, с. 41.

10. Ю.Кафаров В.В. Основы массопередачи. Изд. Высш. шк. 1979.

11. Абсорбция и пылеулавливание в производстве минеральных удобрений /Под. ред. И.П. Мухленого и О.С. Ковалева. М, Химия, 1987.-208с.

12. Газоочистное оборудование. Каталог. -М., ЦИНТИхимнефтемаш, 1988. -120с.

13. Защита атмосферы от промышленных загрязнений. / Под. ред. С.Калверта и Г.М. Инглунда. В 2-х т. М., Металлургия, 1988. -1470 с.

14. Янг П. В сб.: «Очистка газов в металлугии». Металлургия, 1968, с.10.

15. Дубинская Ф.Е., Лебедюк Г.К. Скрубберы вентури. Выбор, расчет, применение. -М., ЦИНТИхимнефтемаш, 1977. -60с.

16. Справочник по пыле-золоулавливанию. / Под ред. A.A. Русанова. -М., Энергоатомиздат, 1983. -312с.

17. Гальцов В.А., В сб.: «Обеспыливающие устройства промышленной вентиляции». -М., 1970, с.46.

18. Очистка газов в химической промышленности. Процессы и аппараты./ Балабеков О.С., Балтыбаев Л.Ш.- М., Химия, 1991. -256с.

19. Богатых С.А. Циклонно-пенные аппараты. -Л., Машиностроение, 1978. -224с.

20. Богатых С.А., Шамшин В.М., Пасс А.Е. Исследование взаимодействия газов с жидкоатью в системе осушения инертных газов танкера «Крым». -Судостроение, 1975, №9, с. 29-34.

21. Рамм В.М. Абсорбция газов. М., Химия, 1976. -565с.

22. Пенный режим и пенные аппараты. / Под. ред. И.П. Мухленова и Э.Я. Тарата. -Л., Химия, 1977. -304с.

23. Ахбердиев А. Исследование и разработка прямоточного скоростного скруббера для пылеулавливания с псевдоожиженным слоем орошаемой кольцевой насадки. // Автореферат канд. дисс. Ташкент, 1976.

24. Левш В.И., Кушнер Н.И. Исследование улавливания мелко-дисперсных пылей в аппарате с псевдоожиженной насадкой. // Материалы 2-ой всесоюзной научной конференции «Современные машины и аппараты химических производств». Т. 2, Чимкент, 1980.

25. Левш В.И., Чернышев А.И. Опыт длительной эксплуатации скруббера с кольцевой псевдоожиженной насадкой, // Тез. докл. 2-ш Всесоюзного совещания «Абсорбция газов». Ч. 2. Черкассы, 1983, с.284-287.

26. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы. М.: Химия,1988.-464 с.

27. Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии. М., Химия, 1975. -515с.

28. Трапезников A.A. -В кн.: успехи коллоидной химии.-М., Наука, 1973, с. 201.

29. Урьев Н.Б. Высококонцентрированные дисперсные системы. -М., Химия, 1980. -320 с.

30. Эйнштейн А., Смолуховский М. Броуновское движение. -М., 1936,-607с.

31. Green H.S., Molekular theory of fluids, Neu York, 1952.

32. Мошев B.B., Иванов В.А. Реологическое поведение концентрированных неньютоновских суспензий. -М., Наука, 1990. -88 с.

33. Рейнер М. В кн.: Реология.Теория и приложения. / Под. ред. Ф. Эйриха.-М., Идат.ин.лит., 1962, с. 22-85.

34. ТябинН.В. Реологическая кибернетика. Волгоград, 1971, т. 111с.

35. БибикЕ.Е. Реология Дисперсных систем. -JL, Изд. Ленингр. ун-та, 1981. -172 с.

36. Бартенев Г.М. В кн. Успехи коллоидной химии, -м., Химия, 1973. С. 174-183.

37. Рейнер М. Деформация и течение. Гос. НТИ Нефтяной и горно-топл. лит., М., 1963. С. 381.

38. Урьев Н.Б., Потанин A.A. Текучесть суспензий и порошков. -М., Химия, 1992.-256 с.

39. Крокстон К. Физика жидкого состояия. -М., Мир, 1973. 43.Simha R., J. Appl. Phis., 23,1020 (1952).

40. Фриш Г.Л., Симха Р. Вязкость коллоидных дисперсий. -В кн.: Реология. Теория и приложения./ Под. ред. Ф. Эйриха. -М., Издат.ин.лит.,1962,. -824 с.

41. Хаппель Дж., Бреннер Г. Гидродинамика при малых числах Рейнольдса. -М., Мир, 1976.-632 с.

42. Frankel N.A. Akrivos A.// Chemm. Eng. Sei., 1967,V. 22, P. 847.

43. Зубарев А.Ю.// Инж.-физ. ж., 1990, т. 59, №1, с. 41-47.

44. Frith W.J. // Ph. D. К. U. Leuven. 1986.

45. Frith W.J, Mevis J. //Pawder Tech, 1987,V. 31, P. 27.

46. Спасский M.P. Физикохимическое моделирование динамики вибрационного уплатнения порошков. Дисс. к.ф.н. -М, 1988. -241с.

47. Ребиндер П.А, Щукин Е.Д, Марголис Л.Я. -ДАН СССР.1964, т.154, №3, с.695.

48. Michaels A.S, Bolder J.C.// Ind. Eng. Chem. Fand, 1962, V. 1, p. 153.

49. Frith B.A, Hanter R.J. // J. Cjll. Interface Sci,1976V.57, N2, p.61-68.

50. Van de ven T.G.M, Hanter R.J. // Reologika acta, 1977, V.16, p.543.

51. Patel P.D, Russel W.B. // Colloids and surfases, 1978, V. 31, p. 335.

52. Alder P.M. // Reology acta, 1978, V/17, N3, p. 288.

53. Lulien R, Botel R. Agregation and fractal agregats. Singapur, World Scientific Publ. Comp, 1987. -120c.

54. Raz Z, Plischke M. // Phys. Rev. Letters. 1985, V.31, N2, p. 985.

55. Havlin S. // Kinetiks of agregation and gelation. North Holland. 1984. -p.145.

56. Farris R.J. Prediction of the viscosity of multimodal suspensions from unimodal viscosity data/ // Trans. Sos. Rheol, 1968, V. 12, №2, p. 281-301.

57. Chong J.S, Chrstiansen E.B, Baer A.D. Reology of concentrated suspensions.//J. Appl. Polim. Sci/, 1971, V.12, №12, p.281-301.

58. Потанин A.A, Черномаз B.E, Тараканов B.M, Урьев Н.Б. Текучесть суспензий со структурообразуещей высокодисперсной фракцией. // Инж. физ. журн, 1991, т.61, №1, с. 32-41.

59. Дерягин Б.В, Чураев Н.В, Муллер В.Н. Поверхностные силы -М, Наука, 1985. -398 с.

60. Jeffery G. В. /Ргос. Roy. Soc, London, А 102,161,1922.

61. Бартенев Г.М, Ермилова Н.В. -В кн. Физикохимическая механика дисперсных структур. -М, Наука, 1966, с. 371.

62. Фортье А. Механика суспензий. -М, Мир, 1971.-264с.

63. Покровский В.Н. Статистическая механика разбавленных суспензий. -М, Наука, 1978.-136 с.

64. Brenner ft.// Ann. Rev. Fluid. Mech., 1970, V. 255, p. 691.

65. Бетчелор Дж. В сб. Гидродинамическое взаимодействие частиц в суспензиях. / Под. ред. Ю.А. Буевича. М., Мир, 1980, с. 125-153.

66. Волощук В.М. Кинетическая теория коагуляции. Л.: Гидрометеоиздат, 1984.-283с.

67. Кройт Г.Р. Наука о коллоидах. -М., Издат. ин. лит.,1955 -538с.

68. Ефремов И.Ф. Периодические коллоидные структуры. JL: Химия, 1971. -192с.

69. Русанов А.И., Щукин Е.Д., Ребиндер П.А. -Колл.ж. 1968, т.ЗО, с. 573.

70. Полак А.Ф. Твердение мономинеральных вяжущих веществ. М., Стройиздат, 1968.-208с.

71. Поверхностные явления в дисперсных системах. Коллоидная химия. / Под. ред. П.А. Ребиндера,- М.: Наука, 1978.-464 с.

72. Румпф Г., Рааш Ю. В кн.: Труды европейского совещания по измельчению.-М., 1966, с. 149-156.

73. Raz Z., Plischke М. // Phys. Rev. А., 1985, V.31, №2, p. 985.

74. Goddard J.D. // Adv. Colloid. Interface Sci., 1982, V. 17, pt. b., p.241-262.

75. Chaffey E.C. // Colloid and polimer Sci., 1977, V. 255, p. 691.

76. Plischke M., Raz Z. // Fractals in Physics. North Holland, 1986, p. 217.8LMeakin P., Sander L. // Phys. Rev. Letters.,. 1985, V. 54, p. 2053.

77. Buscall R. // J. Chem. Sos. Faraday Trans. I., 1988, V. 84, №12, p.4249.

78. Sontag R. C., Rassel W.B. // J. Colloid mterfase Sci., 1987, V.116, №2, p.485.

79. Коузов П.А. Основы анализа дисперсного состава промышленных пылей и измельченных материалов. -Д., Химия, 1987. -264с.

80. Клименко А.П. Методы и приборы для измерения концентрации пыли. -М., Химия, 1978.-208с.

81. Балтренас П.Б. Обеспыливание воздуха на предприятиях стройматериалов. -М., Стройиздат, 1990. -184с.

82. Аэродинамические способы повышения эффективности систем и аппаратов пылеулавливания в производстве огнеупоров. / Под ред. В.И. Энтина, Ю.В. Красовицкого. -Воронеж, изд. Истоки, 1998. -362с.

83. Оборудование газоочистное и пылеулавливающее. Методы определения запыленности газопылевых потоков. // ГОСТ РФ 50821-95. Госстандарт России. -М., 1996. -26с.

84. Теория тепломассообмена. / Под. ред. А.И. Леонтьева. М., Высш. шк., 1979. -496с.

85. Теплотехнический справочник. / Под. ред. В.Н. Юренева и П.Д. Лебедева, т. 2. М., Энергия, 1976. -896с.

86. Чагин О.В. Термическая десорбция кислорода из воды. Канд. дисс. -Иваново, 1997.

87. Marshall B.W., Tiederman W.G.A. Capacitance depth gange for thin liquid films. Rev. Sei. Justrum, 1972,- Vol. 43., N3.

88. Кафаров B.B., Глебов М.Б. Математическое моделирование основных процессов химических производств. -М., Высш. шк.,1991.-400с.

89. Броунштейн Б.И. Щеголев В.В. Гидродинамика и тепломассообмен в колонных аппаратах. -Л., Химия, 1988. -336с.

90. Холпанов Л.И., Шкадов В.Я. Гидродинамика и тепломассообмен с поверхностью раздела. М., Наука, 1988. 271с.

91. Roszak Z. Analiza neoretycno-doswiadczalna hydrauliki ze zraszanum wypelniem komorkowym, Praca doktorska, Politechnika Krakowska 1981.97. Patent PRL 101424.

92. J. Krawczyk, Roszak Z. Wett scrubber with Cell Packing, 3rd Mediterranean Congress on Chemical Engineering, Barselona 1984.

93. Терентьева Э.Я., Лукашенко Г.М., Ефремов И.Ф. В кн. : воздействие электрического и магнитного полей на дисперсии. Л., 1974, с.77-90.

94. Зубарев А.Ю. / Инж. физ. ж., 1989, т.57, N5, с.779-787.

95. Зубарев А.Ю., КацЕ.С. //Инж.-физ. ж., 1989,т. 57, №6, с. 923-929.