автореферат диссертации по энергетике, 05.14.16, диссертация на тему:Режимно-технологическая оптимизация процессов очистки выбросов в пенодинамических аппаратах при наличии флотирующих компонентов

Министерство образования РФ Волгоградская государственная архитектурно-строительная академия

БЕЛОМУ ТЕШСО ДМИТРИЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

РЕЖИМНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ОЧИСТКИ ВЫБРОСОВ В ПЕНОДИНАМИЧЕСКИХ АППАРАТАХ ПРИ НАЛИЧИИ ФЛОТИРУЮЩИХ КОМПОНЕНТОВ

Специальность 05.14.16 ~ Технические средства и методы защиты окружающей среды (строительство)

На правах рукописи

2 о воя ?п

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Волгоград, 2000

Работа выполнена на кафедре отопления, вентиляции и охраны воздушной среды Волгоградской государственной архитектурно-строительной академии

Научный руководитель: Доктор технически наук; профессор

Диденко В.Г.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Голованчиков А.Б. кандидат технических наук, доцент Шибитов Н.С.

Ведущая организация: - ООО НПО "Экохимпроект"

Защита диссертаций состоится 2000 г. в часов на заседании

диссертационного совета К 064.63.04 при Волгоградской государственной архитектурно-строительной академии по адресу: 400074, г. Волгоград, ул. Академическая, 1 (ауд. 806, корп. В)

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

Автореферат разослан "с11Ь 2000 г.

Учёный секретарь Диссертационного совета, к.х.н., доцент

Х-

Остроухое С.Б.

Л ЛАА £414 Г)

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Газовые выбросы различных отраслей промышленности - это аэродисиерсные системы, дисперсную фазу которых составляют твердые или жидкие частицы аэрозоля, а дисперсионная среда состоит из нескольких, как правило от 2х до 5и газообразных компонентов. Некоторые газообразные компоненты обладают эффектом суммации, а некоторые при взаимодействии трансформируются в вещества многократно токсичнее исходных. Все это говорит о необходимости комплексной очистки многокомпонентных промышленных, выбросов. Обзор газоотпгстттого оборудования показал, что наиболее эффективно эта задача может быть решена в аппаратах мокрого типа. Сравнительный анализ мокрых аппаратов с различной формой поверхности контакта (пленочной, капельной, струйной и пенной) выявил наиболее эффективные — реализующие пенодинамическую структуру контакта фаз.

Наличие в выбросах легких частиц аэрозоля, способных в следствии малой плотности плавать на поверхности жидкой технологической среды, могут существенно влиять на эффективность работы газоочистного оборудования. Если в аппаратах с капельной поверхностью контакта указанная проблема отчасти может быть решена конструктивными методами, отвода из зоны контакта отработавшей жидкости в полном объёме, то при эксплуатации плёночных, струйных и, особенно, наиболее интенсивных пенных, аппаратов возникаю.1 специфические трудности, связанные со структурными, (а при растворимости и с физико-химически ми) изменениями жидкой технологической среды. Последнее требует адекватного подхода к аипаратурно-функциональному оформлению процессов массообмена, реализуемых в условиях проявления названных, в большей части флотационных по своей природе, эффектов. Кроме того, достижение уровня эффективных инженерных решений требует экспериментальных я теоретических исследований закономерностей мокрой очистки осложнённой флотацией извлекаемых компонентов.

Работа выполнялась в соответствии с тематическим планом научно-исследовательских работ Экологического фонда Волгоградской области.

Цель работы. Защита атмосферного воздуха от загрязнения многокомпонентными промышленными выбросами на основе, разработки технических средств комплексной газоочистки, эффективно реализующих пенодинамиче-ский режим контакта очищаемого газа с жидкостью в условиях проявления флотационных свойств улавливаемых компонентов.

» Задачи исследования. Для достижения указанной цели необходимо решение следующих основных задач:

— обобщение характерных свойств промышленных пылей, определяющих законе,мерности проявления эффекта флотации в аппаратах мокрой газоочистки при улавливании аэрозольных частиц жидкой технологической средой;

— обобщение кчжструктинно-техполитических характеристик аппаратов мокрой газоочистки определяющих перспективы очистки пылегазовых выбросов в условиях проявления флотационных эффектов;

— теоретический анализ закономерностей проявления флотационных свойств улавливаемых веществ при обеспыливании потока газа в процессе контакта с жидкой технологической средой.

— экспериментального исследования закономерностей процессов обеспыливания газовых выбросов в условиях реализации пенодинамиче-ского режима формирования поверхности осажденния аэрозольных частиц веществ, обладающих свойством флотации;

— разработки аппаратурно-функциональной схемы устройства с пеноди-намическим режимом формирования контактной поверхности, эффективно реализующего процесс очистки пылегазовых выбросов в условиях проявления эффекта флотации извлекаемых компонентов;

- разработки инженерной методики расчёта и оптимизации режимно-технологических параметров мокрой очистки пылегазовых выбросов с учётом эффекта флотации извлекаемых компонентов.

Методы исследования включали: аналитическое обобщение известных

научных и технических результатов, математическое и физическое моделиро-• , -

ванне, оораоотку экспериментальных данных методами математической статистики и корреляционного анализа с применением ПВМ.

Научная ношина работы состоит в том, что:

- с учётом флотационных свойств улавливаемых компонентов при обес-пыливани потока газа н процессе контакта с жидкой технологической средой составлена математическая модель описываемая этот процесс;

- получены экспериментально подтверждённые зависимости характеризующие процессы обеспыливания газовых выбросов в условиях реализации пенодинамического режима формирования поверхности осаждения аэрозольных частиц, обладающих свойством флотации;

- получена экспериментальная зависимость предельной концентрации извлекаемого аэрозоля в жидкой фазе от гидродинамических условий формирования пенного слоя;

- получена экспериментальная зависимость коэффициента массопереда-чи от гидродинамических и технологических условий формирования пенного слоя;

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована планированием необходимого объёма экспериментов, использованием современных методик исследования, удовлетворяющей сходимостью аналитических и экспериментальных результатов, получением прогнозируемого эффекта в практическом использовании.

Практическое значение работы заключается в следующем:

- на базе модулированной схемы вихре-инжекционных пенных скрубберов разработано устройство для эффективной очистки газовых выбросов, содержащих частицы с низкой удельной плотностью;

- разработана методика инженерного расчёта и оптимизации режимно-технологических параметров мокрой очистки пылегазовых выбросов с учётом эффекта флотации извлекаемых компонентов;

- разработано программное обеспечение технологических и оптимизационных расчётов мокрой очистки газовых выбросов, осложнённой флотацией извлекаемых компонентов. •

Реализация результатов работы:

- разработана, прошла испытания и передана в опытно-промышленную эксплуатацию установка вихреинжекционного пенного скруббера с отсекателями флотирующих компонентов на ВТЗ, ВМЗ, КОЗСАУ;

- по заданию ПТБ "Волгоградгражданстрой" разработан технологический регламент использования вихреинжекционных пенных скрубберов с отсекателями флотирующих компонентов для использования в системах локализации и очистки выбросов на предприятиях нефтехимического комплекса;

- Рекомендации по проектированию, выводы и научные результаты работы использованы при проектировании системы пылегазооулавлива-ния в цехе приготовления смеси на ВЗРТИ, на КХБК при разработке проекта реконструкции системы очистки выбросов отделочного производства;

- получено положительное решение по заявке на выдачу патента на "Устройство для очистки газа" (№ 2539435)

- материалы диссертационной работы использованы кафедрой ОВиОВС ВолгГАСА в курсах лекций, лабораторных циклах, курсовом проектировании по дисциплинам специализаций 2907.01 и 2907.03, а также в дипломном проектировании при подготовке инженеров специальности 2907 "Теплогазоснабжение и вентиляция".

На защиту выносятся:

- математическая модель процессов разделения аэрозолей в слое динамической пены, осложнённых флотацией извлекаемых компонентов;

- экспериментально подтверждённые зависимости характеризующие процессы извлечения частиц аэрозоля в слое динамической пены, осложнённые флотацией извлекаемых компонентов; анпаратурно-функциоиальная схема-устройства с пенодинамичсским режимом формирования контактной поверхности, эффективно реализующего процесс очистки пылегазовых выбросов в условиях проявления эффекта флотации извлекаемых компонентов;

- методика инженерного расчёта режимно-техггологических параметров мокрой очистки пылегазовых выбросов с учётом эффекта флотации извлекаемых компонешон.

Апробация работы. Основное содержание работы до ложено на:

- международной научно-технической конференции "Проблемы охраны производственной и окружающей среды" (Волгоград, 1997);

- международной научно-практической конференции "Экологическая безопасность и экономика городских и теплоэнергетических комплексов" (Волгоград, 1999);

международной научно-практической конференции "Проблемы производственной окружающей среды" (Волгоград, 1999); межрегиональном научно-техническом семинаре "Экологическая безопасность регионов России" (Пенза, 2000);

на ежегодных межвузовских конференциях студентов и молодых учёных Волгоградской области по направлению "Экология, охрана среды, строительство" (Волгоград, 1996-2000);

- на ежегодных научно-технических, конференциях Волгоградской государственной архитектурно-строительной академии.

Публикации. Результаты исследований по теме диссертации изложены в 9 работах.

Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения. 5 разделов, заключения, списка использованной литературы и приложений. Общий

объем работы 175 страница, в том числе: основной текст на 143 стр., 31 рисунок, 16 таблиц, список литературы из 115 наименований, 4 приложения на 32 стр.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Обобщение' конструктивно-технологических характеристик аппаратов мокрой очистки показало, что для эффективного извлечения неоднородных компонентов обладающих флотационными свойствами в наибольшей степени подходят вихрепенные скрубберы. Управление процессом комплексной мокрой очистки в вихрепенных скрубберах может быть осуществлено как по средством оптимизации режимных условий, так и через ашгаратурно-технологическое оформление процессов. Исходя из конструктивных особенностей вихрепенных аппаратов, они могут работать в двух режимах формирования пенного слоя в прямоточном и прямоточно-возвратном (рис. 1).

1r 1r

а б

Рис. 1. Режимы вихреинжекционной пенной очистки: а - прямоточный; б - пря-

моточно-возвратный

Прямоточный режим характеризуется однонаправленным, поступательным движением газовой и жидкой фаз при непрерывном поступлении в зону контакта чистой жидкости. При реализации данного режима не происходит

накопления уловленных компонентов в жидкой фазе пенодинамического слоя, что делает его устойчивым по отношению к эффекту флотация улавливаемых -веществ.-Однако, прямоточный режим характеризуется достаточно высокой энергоемкостью реализуемых процессов очистки. Поэтому, по эксплуатационным показателям наиболее предпочтительным является прямоточно-возвратный режим. Его отличительным признаком является циркуляция жидкости в объёме слоя динамической пены. Тем самым, особенность реализации данного режима состоит в 10м, что межфазный массообмен может происходить в условиях контакта с жидкостью, содержащей частицы уловленного аэрозоля. Причём " концентрация последних можег возрастать и в объёме жидкости, заполняющей поддон аппарата в следствии их выноса циркуляционными стоками из пенного слоя. Таким образом на формирование пешгого слоя может поступать не чистая жидкость, а жидкость содержащая уловленные частицы, чш снижает её ассимилирующие свойства, особенно, если последние обладают флотационными свойствами. Анализ вещественного состава выбросов характерных производств показывает, что значительная их часть содержит такие вещества.

Перечисленные выше факторы обусловили выбор направления исследований: разработка технических средств комплексной газоочистки, эффективно реализующих пенодинамический режим контакта очищаемого газа с жидкостью в условиях проявления флотационных свойств улавливаемых компонентов.

С учетом перечисленных выше факторов вопросы копструктнвно-технологической оптимизации режимов очистки пылегазовых выбросов при наличии флотирующих веществ решались применительно к высоко интенсивному механизму вихреинжекцгтонного-формирования пенного слоя.

Процесс извлечения дискретной фазы аэрозоля из газовых выбросов при вкхреинжекционном механизме формирования пенного слоя может быть представлен на основе предложенной В.Г. Диденко феноменологической модели.

Для этого перенос аэрозольных частиц из зоны высокого содержания С| в область низких значений Сг рассматривается как аналогия проявления движущей силы диффузионных массообменных процессов, реализуемых в слое плотно упакованных - газовых пузырьков сферической формы с диаметром <1„, составляющих поверхность осаждения Р. Из анализа материального баланса по дислерсной фазе разделяемого аэрозоля на основе дифференциального уравнения переноса следует

<1т = -вас, = кс{С4 -С^^. (1)

Можно показать, что

та=0(с;-С:)=кС;-С:Е/1п(С;/С:). ' - (2)

Полученное выражение позволяет перейти к определению эффективности г) процесса осаждения аэрозольных частиц в вихреинжекционном пенном слое, исходя из соотношения

1п(С1/С:)=кРЛЗ . (3)

откуда

1-(С;/С;) = 1ехр(-№/{}) (4)

или

1-(С:/С;) = 1ехр(-ШО) (5)

Исходя из этого, для прямоточного режима пенообразования уравнение эффективности разделения аэрозоля имеет вид

п=с(с; - с1)юса=1 - с;/с;=1 - е-кШ (6)

Величину и функциональные связи коэффициента массопередачи к (входящего в уравнение (6) с режимными параметрами процесса разделения аэрозоля позволяет установить анализ соотношений

к_кео(с;-с:ускР ^одс. 1 и к=

л' ' шС^

КсАРп

лхл

для которых предельная концентрация С,^ в области значений Ьо = ± 0,06 м и ча= 2-12 м/с определялась аппроксимацией эмпирических данных зависимостью СжР = (Рис- 2), акс- представляет константу' пропорциональности, отражающую конструктивную особенность реализации процесса. Сказанное представлено результатами графической интерпретации функциональной зависимости К _ ~ 5(и 4 в логарифмической системе координат - рис. 3

ю.

м

0.1

0,01

ЕНЁВЕЕ^

¥

Ж

! 1 I I I ! 1 I П

0.01

0,1

О ЬЛАж Я Ь* а - 0.02 м АНж д 0.0 м » Ьж = ^ 0.02 ч ХЬж - + 0.04 м О Нж = + 0.06 м

Ьж,м

Рис. 2. Зависимость предельной концентрации Сжс от высоты светлой жидкости Ьж в камере инжектора:

О ho = + 0.06 и ■ ho = ♦ 0.04 м * ho - ■*- 0.02 м

*ht> » - 0.Р2.Ц Oho ' .- ,0.0.4 M

иа,м/с

E>

Рис. 3. Зависимость коэффициента массолередачи в процессах разделения аэрозолей от скорости газа в камере инжектора:

Приемлемая реализуемость полученных результатов для оценки эффективности г) процесса обеспыливания при прямоточном режиме на основе выражения (6) показана графически - рис. 4.

Как было отмечено особенность реализации прямоточно-возвратного режима состоит в том, что в зону контакта (на формирование жидкой фазы) может поступать не чистая жидкость (С!, =0), а жидкость содержащая частицы уловленной пыли. Поэтому, описание процесса разделения аэрозоля в рассматриваемом случае дополняется условиями: количество инжектируемой жидкости Wj (кг/с) постоянно для заданного расхода газа; идеальное перемешивание жидкой фазы обеспечивает постоянство концентраций осажденных частиц аэрозоля (С^ = const) в циркуляционном стоке, а текущая концентрация частиц аэрозоля во всех точках объема жидкости в поддоне аппарата составляет С j, г/кг.

мг

К' м3ч(ДС=1)"

-j-- i 1 i i • 1 *

f*

Id

4Htt j

/ t

1 i ; i

1 10

na.% ■

Рис. 4. Зависимость эффективности разделения аэрозоля от начального уровня жидкости при различных значениях скорости газа в камере инжектора для прямоточного режима.

Для принятых условий количество аэрозольных частиц (по массе), отводимых стоком жидкости в поддон аппарата за время di9 , вызывает приращение их концентрации на величину Сг Так как для циркуляционного цикла С* = const, то рассматриваемый процесс описывается уравнением материального баланса

W((C^ -Cj)dSj = WdCj (8)

Его решение дает выражение эффективности т],, осаждение а>розольных частиц в пенодинамическом слое с учетом влияния циркуляции жидкости

Wfx WjC^ g(c;- с*)

Vu

(9)

с;с с;о с;о

В выражении (9) соотношение (\\^С^/С'аО) = //, а из анализа результатов интегрирования левой и правой частей (8) соответственно в пределах (0«С'Ж) и (0«^)

Тогда

Ли = у ехР

С,=С*Ж(1

\ул — s w J

= п/ ехр

Ц

1 + gt

f 8

(10)

(И)

При формальном выполнении условия т] = const величину rju определяют значения 5,gw,WjHW. Для заданных режимных условий длительность 9 цишо/ляции массы жидкости W! и W-. чеоез пенный слой и поддон аппарата

- j J

(формально - время работы аппарат) согласно предложенной В.Г. Диденко модели характеризует выражение

8 = р,нла-ф)/0ж (12)

При известной продолжительности 9 эффективность разделения аэрозоля Т}а функционально зависит только от соотношения Wj/W и величины giv (рис.5).

Согласно (12) процесс, осуществляемый при gw я 0, отвечает условиям прямоточного режима. Условие 0< g„ <1 ограничивает возможности варьирования расходными характеристиками (иа, Ьж) в сравнении с прямоточным режимом и уступает по экономии рабочей жидкости режиму циркуляции gw » 1.

С учетом отражаемых gw условий циркуляции жидкости, значения величин Wj, \V определяются из выражений:

0.0 0,2 0.4 0.5 0,8 1,0 0 -23 О Э <В ГС

Рис. 5. Зависимость эффективности Рис. 6. Зависимость эффективности

разделения аэрозоля от относитель- разделения аэрозоля от времени цир-

ной массы циркулирующей жидкости куляцап жидкости - д„ = 0,999,

w( = (13)

W=/4F[:;(Illl-Нд) (14)

По данным эксперимента и расчета при gw~ 1 и продолжительности работы в один час (п-,9= 3600 с) (рис. 6) разделение аэрозоля для "W, / W не превышает 90%, а при более близком к реальным условиям соотношений (Wj / W) ~ 0,1-ь0,2 соответственно падает до 70+49%. При общем подходе это отражает потребность сохранения начальных технологических свойств жидкости. Последнее может быть достигнуто адекватной (Wj^ ) сменой жидкости в поддоне, либо регенерацией ее свойств в поддоне. Реализуемость первого направления показана достижением высокого эффекта разделения Г)ц при снижении объёма подачи (смены) жидкости W* г> поддоне до объёма её инжекции W. - рис. 7

. п — 1 — 11VJ— 1.

• Ш = 6.0 м А Ца ^ 8.0 м О Ца= 10.0 м ХШ- 12.0 м

Ь0,м

-0,06 -0,04 -0,02 0,00 0,02 0,04 0,06

Рис. 7. Зависимость эффективности разделения аэрозоля от начального уровня жидкости Ь() для различных значений скорости газа иа при протоке жидкости через поддон аппарата в объёме

Согласно оценке зависимости эффекта разделения ц от гидродинамической обстановки, создаваемой взаимодействием инжектируемой массы жидкости и её циркуляционных стоков, взаимосвязанным с величиной фактором

влияния на этот процесс является средняя по объёму жидкости в поддоне аппарата концентрация С) взвеси осаждённых частиц аэрозоля. Отсюда следует, что определение предела варьирования величины должно основываться на

анализе условий реализации указанной взаимосвязи. Первоначальной задачей является оценка зависимости количества массы М поступающих в жидкость поддона аэрозольных частиц от основных режимных параметров процесса не-

нообразовання — скорости газа (расхода газа) в камере инжектора и начального уровня жидкости в поддоне.

------Закономерность проявления их влияния характеризуют представленные на

рис. 8 графики, построенные по данным осуществления процесса-разделения аэрозоля в режиме непрерывной работы аппарата продолжительностью 60 минут с объёмом подачи проточной жидкости W" = Wy. Как следует из рис. 8,

при прочих равных условиях, величина М мало зависит от изменения h0. Для всех режимов ua == const её изменение составило не более 6,7-; 10,7%. В то же время, исходя из условия С'я — const, очевидным является доминирующий характер зависимости М от величины расхода газа — значения и?. Сказанное позволяет ограничить анализ взаимосвязи Cj, её локальных значений и W" условиями варьирования расходных характеристик М и иа при однозначности величины h л.

V

Для выбора схемы подачи и отвода проточной жидкости W" из поддона

аппарата, оптимально учитывающей гидродинамические условия сё перемешивания инжектируемым и стекающими потоками, была выполнена серия экспериментов по оценке закономерности распределения в объёме W жидкости поддона взвешенных аэрозольных частиц — их локальных концентраций.

Эксперименты проводились в условиях работы аппарата, соответствующих принятому для гидродинамических исследований характерному интервалу значений начального уровня жидкости h0 = - 0,02 -f- 0,04 м при скорости газа в

ннчееустог?^ и,, — ' 0 »тг pr^wt^nu uf ч mt ч ^ .<ПЯЯПТЫ ЛТШ^ПЯТЯ —

l^LWlWpW IH1.IW4.VJ,« «а .... - .. ........ ..-..j. О.Д------------t------

60 минут.

Получен1ше результаты представлены на рис. 9 и 10, которые подтверждают предварительный вывод об определяющем влиянии циркуляционных стоков жидкости и её инжектируемого потока на распределение концентраций взвеси аэрозольных частиц в поддоне аппарата.

ЭДкг/ч

Д4

22 го 1.8 1.6 1,4 12 1,0 Й8 цв

Ц4

1 -в---а

с |

и. = Зм/^ ) --а-в

с

;

I I

;

с и 1=4м/с -о—-а

—!—£ 1 ;

- ' ' \ и —2.<^1,гГ

I Е -Й-а--в 1 ; 1

-с,аз -сю* -цс2 аоо цш цм сюз а®

Рис 8. Изменение массы осаждённых частиц в жидкости поддона в зависимости от начального уровня Ь0 при различных значениях скорости газа

Для оценки условий осуществления процесса разделения аэрозоля в зависимости от варьирования величиной массовой доли проточной жидкости в

инжектируемой XV была проведена серия экспериментов. В которых анализировалась зависимость — соотношения начальной концентрации Сд в инжектируемом потоке, формируемом с подачей Wj" проточной жидкости, и фактической концентрации С* от соотношения ^У^" и общего количества инжектируемой жидкости

X-

—— ~ г~ л

г- ¿Л".

4,3 " 4,7 4.С

о5.0 „ Д] П

3,7 4,7 4,2

,5,6 5.6 5,6 Ш

'~1А ° 4.9 4,8

I-

¡¡2Л „¿ии ВЛА 7.9 7,5

' 8,0 , 7,8

,МГУ

' 8.8 "8,4

8,3 7.2

,м

°7,0

Л

= ГГ

„галлах

19,3118,0

(9,4

17,8 19,4.18,5

20Д) „20,8120.^ '17.5

19,7 19,5

25,3

¿У 22,2 27,6 20.5

Д2ДД4.А 26,1¡24,4 ,28.3Д5^6 27,2.24,8 (28,5127.9 '27,4*25,8

Рис. 9. Распределение локальных концентраций взвеси осаждённых частиц аэрозоля в жидкости поддона: а — иа = 2,5 м/с: б — иа= 4 м/с; в — ил= 8 м/с; г — иа -= 10 м/с (11» =0.0 м).

/ ' \

лаз .20.7 19,А I

19,5 20,2(18,7

11

18,8 20,3;19,3

20,1 21,0120,3 ¡11

18,4 20,4 19,8

¡=Ш =20402.1 Т 1

1 19,4 19.8 18.7 ' I

9,3 „20.7^19.9 !ц |

' 18,7 20,0:19.3 ) |

■20^01 го^ иу ; ш

'18,4 ° 20,2*19.6 (

,049

19.4 19,3118,0 „19.0

17,8 19,4)18,5

.19,9 ,20^20,4 ш

17.5 19,7 19,6

:ц

аи 1

18.8 18,&] 17.4

.18^6 „20,4119,4 11 ¡7,3 19,0)18,1

'Ж6 "1

Л 7,1 " ¡9,4 13,3

4-

Рис 10. Распределение локальных концентраций взвеси аэрозольных частиц з жидкости поддона: а — Ь0 = + 0,06 м; 6 — Ьо = + 0,04 м; в — ЬЬ = + 0,02 м; г,— ¡10 = 0,0 м; д — Ь0 = - 0,02 м; (при иа = 8,0 м/с).

0,1

0,01

0,01

0,1

■ 2П при иа=10 м/с Д2П при иа=2,5 м/с

^'М-Ю2

Рис. 11. Изменение соотношения начальной концентрации взвеси в инжектируемом потоке С^ и фактической С' в поддоне аппарата от величины соотношения количеств проточной части и инжектируемой жидкости

Результаты экспериментов представлены на рис. 11 в логарифмической системе координат, отражающие изменение соотношения Сд/С] в зависимости от величины соотношения количеств проточной и инжектируемой жидкости Wj/Wj. Из их оценки следует, что рост соотношения W¡"/Wj в интервале Щ'

значений 0<—- < 0,14 определяет понижение величины С® до уровня, со-W¡

ставляющего не более 6% фактического значения среднеобъемной концентрации С j. Дальнейший рост подачи проточной жидкости (увеличение соотношения ) практически не сказывается на уменьшении Сд.

Из этого следует, что дальнейшее повышение величины не приводит

к росту эффективности извлечения аэрозоля в данном режиме работы аппарата, т.е. необходим конструктивный подход для решения этой проблемы. Для этого

был разработан отсекатель флотирующих частиц (рис. 12), представляющий из себя систему статических коаксиальных решёток, который позволяет предотвратить попадание флотирующих частиц в зону инжекции (на формирование пенного слоя).-В результате при. бол се экономичном (прямоточно-возвратном режиме) была достигнута эффективность извлечения аэрозоля адекватная прямоточному режиму.

Рис. 12 Схема аппаратурного оформления ВИПС для очистки газовых выбросов содержащие флотируемые компоненты: 1- технологический блок; 2 -инжектор; 3 - вспомогательный блок, 4 - сепарзционный блок; 5 - блок регулятор; 6 - трубопровод стока отсепарированной жидкости; 7 - отсекатель фдоти рующич частиц.

Результаты выполненных исследований внедрены на предприятиях Волгоградской области (табл. 1). Опытно-промышленные испытания вихреинжекци-

ониых пенных скрубберов с отсекателем флотирующих части, подтвердили достоверность полученных теорешческих и экспериментальных резулы аюв.

Таблица 1

Результаты внедрения ВИПС с отсекателями флотирующих частиц на предпрнятих Волгоградской области*

№ п.п Наименование производства Наименование источника выброса Наименование загрязняющего вещества Модификация ВИПС, производительность Вид жидкой технологической среды Эффективность улав-' лива' ния, % Социально-экономический эффект,. тыс. руб/год Предотвращённый Экологический ущерб млн. руб/год

1 2 3 4 5 6 7 8 9

1 Волжский трубный завод Устаногвка автоматической сварки груб Сварочный аэрозоль Ш2 ГО- Установка ВИПС-ПА производительностью 7 тыс. нм3/ч 3% раствор Са(ОН)2 97% 80% ■ 85% 32,7 11,7

2 Волгоградский моторный завод Испыта- . тельный стенд Дизельная сажа Ы0Х Установка ВИПС-А производительностью 3,5 нм3/ч 5% раствор ЫагСОз 98% 80% 22,5 9,1

3 Котельников-ский опытно-экспериментальный завод систем автоматизированного управления Окрасочная камера Окрасочный аэрозоль, пары органических растворителей Установка ВИПС-АТ(ВК) производительностью 8,5 тыс нм3/ч 3% ацетоно-водная дисперсия 98% 92% 17,3 6,2

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЯ ПО РАБОТЕ получены аналитические и экспериментальные зависимости, характеризующие эффективность извлечения аэрозоля при флотации извле-каемьгх компонентов;_______

с учётом флотационных свойств улавливаемых компонентов при обеспыливания потока газа в процессе контакта с жидкой технологической средой составлена математическая модель описываемая этот процесс; получена экспериментальная зависимость предельной концентрации извлекаемого аэрозоля в жидкой фазе от гидродинамических условий формирования пенного слоя;

- получена экспериментальная зависимость коэффициента массог.ереда-чи от гидродинамических и технологических условий формирования пенного слоя;

- разработана аппаратурно-функциональной схемы устройства с пено-динамическим режимом формирования контактной поверхности, эффективно реализующего процесс очистки пылегазовых выбросов в условиях проявления эффекта флотации извлекаемых компонентов; разработана инженерная методика расчёта и оптимизации режимно-технологических параметров мокрой очистки пылегазовых выбросов с учётом эффекта флотации извлекаемых компонентов.

Разработаны и внедрены:

- разработана, прошла испытания и передана в опытно-промышленную

нпн;п установка вихреинжекцнонного пенного скруббера с отсекателями флотирующих компонентов на ВТЗ, ВМЗ, КОЗСАУ;

- по заданию ПТБ "Волгоградгражданстрой" разработан технологический регламент использования вихретшжекционных пенных скрубберов с отсекателями флотирующих компонентов для использования в системах локализации и очистки выбросов на предприятиях нефтехимического комплекса;

- Рекомендации по проектированию, выводы и научные результаты работы использованы при проектировании системы пылегазооулавлива-ния в цехе приготовления смеси на ВЗРТИ, на КХБК при разработке проекта реконструкции системы очистки выбросов отделочного производства;

СПИСОК ОСНОВНЫХ ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ

1. Диденко В.Г., Беломутенко Д.В. Использование метода "золотого сечения" в оптимизации процессов очистки неоднородных выбросов в вихреинжекци-онном пенном слое. // Проблемы охраны производственной и окружающей среды. / Материалы международной научно-технической конференции. — Волгоград, 1997-С.37.

2. Диденко В.Г., Беломутенко Д.В. К описанию массо-и теплообмена стадии абсорбционного извлечения газов в процессах мокро-сухой очистки высокотемпературных выбросов. // Экологическая безопасность и экономика городских и теплоэнергетических комплексов. / Материалы международной научно-практической конференции. - Волгоград, 1999 - с. 68

3. Диденко В.Г, Беломутенко Д.В. К вопросу мокрой очистки газовых выбросов, осложненной флотацией извлекаемых компонентов. // Проблемы производственной окружающей среды. / Материалы международной научно-практической конференции. - Волгоград, 1999г-с. 16.

4. Диденко В.Г., Беломутенко Д.В., Гарин К.Г. Очистка отходящих газов теплоэнергетических источников. // Проблемы производственной окружающей среды. / Материалы международной научно-практической конференции. -Волгоград, 1999 г - с 93.

5. Диденко В.Г., Беломутенко Д.В. Особенности эксплуатации ВИПС при наличии в газовых выбросах частиц с низкой удельной плотностью // Экологическая безопасность регионов России. / Межрегиональный научно-технический семинар.. - Пенза, 2000 - с. 66

6. Диденко В.Г, Беломутенко Д.В. Анализ закономерностей инерционного механизма разделения аэрозоля в пенодинамическом слое // Научно-

практическая конференция профессорско-преподавательского состава Волг-ГАСА — Волгоград, 2000 - с.31

7. Диденко В.Г, Беломутенко Д.В. Закономерности осаждения частиц аэрозоля при прямоточном движении фаз.пенного слоя // Научно-практпчсская конференция профессорско-преподавательского состава ВолгГАСА — Волгоград, 2000 - с. 42

8. Диденко В.Г, Беломутенко Д.В. Очистка многокомпонентных отходящих газон мусоросжигательных печей. // Проблемы производственной окружающей среды. Материмы международной на>чно-практичсской конференции. - Волгоград, 1999 г — с. 59.

Диденко В.Г, Беломутенко Д.В. Определение коэффициента тепло и массо-передачи при мокро-сухой очистке газа. // Проблемы производственной окружающей среды. / Материалы международной научно-практической конференции. - Волгоград, 1999 г - с. 44.

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

р.., /э, , рж, ра - плотность динамической пены, плотность воздуха, (газа-носителя), плотность жидкости (ЖТС), плотность аэрозольных частиц, кгЫ': Uj, - аксиальная скорость, м/с; F - площадь сечения газожчдкостной сисгемы, образуемой взаимодействием фаз в реакционной зоне аппарата, м2; С'», С"а, С"А, С", - начальная и конечная концентрация аэрозоля в очищаемом газе, концентрация осаждённого аэрозоля в отводимой жидкости, текущая концентрация аэрозольных частиц, г/кг; ДС - формализованная с движущая сила процесса; M - количество перенесённого вещества, мг/с; г/с; е', е - порозность плотно упакованных аэрозольных частиц в слое жидкости структурных перегородок пены; порозность аэрозольных частиц в жидкости структурной перегородки при Сж<Сж1.; к - коэффициент массопереноса; Кс - константа пропорциональности; Wj, \V - количество инжектируемой и исходной жидкости; tin — начальный уровень жидкости; г]л - эффективность очистки прямоточно! о и прямоточно-возвражого режимов; Sj - время осуществления циркуляционных циклов для

прямоточно-возвратного режима ценообразования, <р - среднее по обьему газосодержание пенного слоя.

БЕЛОМУТЕНКО ДМИТРИЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

РЕЖИМНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ОЧИСТКИ ВЫБРОСОВ В ШНОДИНАМИЧЕСКИХ АППАРАТАХ ПРИ НАЛИЧИИ ФЛОТИРУЮЩИХ КОМПОНЕНТОВ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Специальность 05.14.16 - Технические средства и методы защиты окружающей среды (строительство)

Подписано в печать 16.04.2000 г. Формат 60x84/16 Печать плоская. Ус.-печ. листов 2 Тираж 100 экз. Заказ № S30

Волгоградская государственная архитектурно-строительная академия 400074, г. Волгоград, ул. Академическая, 1 Лаборатория оргтехники ВолгГАСА