Очистка промышленных газовых выбросов в массообменных аппаратах вихревого типа

2
СОДЕРЖАНИИ
Содержание.......................................................2
Введение.........................................................5
ГЛАВА I. ПРОБЛЕМА ОЧИСТКИ ГАЗОВЫХ ВЫБРОСОВ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ И ПУТИ ЕЕ ТЕХНИЧЕСКОГО РЕШЕНИЯ............................................7
1.1. Особенности проблемы ОЧИСТКИ 1ДЗОВЫХ выбросов промышленных предприятий.........................................7
1.2. Способы очистки газовых выбросов и их аппаратурное оформление..................................................... 11
1.3. Цель работы и задачи исследования.......................... 13
ГЛАВА 11. ГАЗОДИНАМИКА ПОЛЫХ ВИХРЕВЫХ АППАРАТОВ........................................................ 16
2.1. Обзор теоретических исследований закрученного газового потока.................................................... 16
2.2. Оценка энергетических затрат на закрутку потока в тангенциальных лопастных завихрителях...........................20
2.3. Структура закрученного потока газа; профили скоростей и давления.................................................33
2.3.1. Однофазный поток.......................................33
2.3.2. Двухфазный поток.......................................35
ГЛАВА III. ДИНАМИКА ЖИДКОСТИ В ВИХРЕВОМ АППАРАТЕ........................................................48
3.1. Дисперсный состав капель распиливаемой жидкости............48
3.2. Движение капель в вихревом потоке газа, коэффициенты сопротивления капель, траектории движения капель и
время пребывания их в объеме аппарата...........................51
3.3. Схема жидкостного оросителя вихревого аппарата.............57
3
ГЛАВА IV. КИНЕТИКА ПРОЦЕССА МАССОПЕРЕДАЧИ В ПОЛЫХ ВИХРЕВЫХ АППАРАТАХ........................................64
4.1. Массопередача в каплю жидкости...............................64
4.1.1. Массоотдача в газовой фазе...............................64
4.1.2. Массоотдача в жидкой фазе................................67
4.2. Массопередача в закрученную пленку жидкости..................70
4.2.1. Массоотдача в газовой фазе...............................70
4.2.2. Массоотдача в жидкой фазе................................72
4.3. Экспериментальное исследование процесса массоот-
дачи в закрученной пленке жидкости................................74
ГЛАВА V. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ МАС-СОПЕРЕНОСА В ПОЛОМ ВИХРЕВОМ АППАРАТЕ..............................80
5.1. Расчет эффективности массоперсноса в рабочей зоне
полого вихревого аппарата........................................80
5.2. Пути повышения эффективности вихревых аппаратов.............87
5.3. Расчет эффективности массонереноса во внутренней
области завихрителя..............................................93
ГЛАВА VI. ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ПОЛЫХ ВИХРЕВЫХ АППАРАТОВ...............................................101
6.1. Применение вихревых аппаратов для очистки промышленных газовых выбросов от паров органических растворителей ......................................................101
6.2. Очистка газовых выбросов производства синтетического аммиака....................................................107
6.3. Очистка воздуха производственных помещений от паров аммиака......................................................109
6.4. Перспективы применения полых вихревых аппаратов для очистки газовых выбросов от вредных газообразных
примесей.........................................................109
12
стях уноса жидкости из аппарата и их “захлебывания'’, необходимо при очистке больших объемах газовых выбросов увеличивать диаметр аппаратов до 10-12 м, что ведет к возрастанию стоимости аппаратов, а также сложности их транспортировки к месту эксплуатации и монтажа. Следует также отметить, что в аппаратах большого диаметра практически невозможно обеспечить равномерное распределение жидкости по поперечному сечению, что предопределяет их низкую эффективность.
Решение проблемы очистки больших объемов газовых выбросов от вредных газообразных примесей стало принципиально возможным в результате создания полых вихревых распылительных аппаратов [4-15]. Эти аппараты также относятся к аппаратам распылительного типа, однако организация вращения газового потока за счет применения статических завихрителей позволяет увеличить среднерасходную скорость газа в аппаратах до 20-25 м/сек. В то же время вихревые аппараты являются полыми, т. е. в них отсутствуют какие-либо внутренние насадки, и соблюдается равнонроточносгъ сечения этих аппаратов по всей длине, в результате чего потерн напора в таких аппаратах не превышает 300-350 мм вод. ст. и они могут быть эффективно использованы для очистки больших объемов газовых выбросов без дополнительного компремирования газа.
Все это позволяет резко сократить по сравнению с аналогами габариты и вес аппаратов, и также затраты на их транспортировку и монтаж.
Принцип работы полого вихревого аппарата показан на рис.1.
В таком аппарате высокоскоростной поток газа (воздуха), проходя через завихритель 2, приобретает поступательно-вращательное движение. Жидкость с помощью перфорированного патрубка 3 подается из прносевой области. В результате взаимодействия струек жидкости с высокоскоростным газовым потоком в рабочем объеме аппарата достигается интенсивное диспергирование жидкости, которая равномерно заполняет весь объем аппарата.
С целью повышения эффективности процесса масоопсрсноса в полом вихревом аппарате часть жидкости может подаваться непосредственно в завихри-
13
тель ("орошаемый" завихритель). Конструкция полого вихревого аппарата с орошаемым завихрителем представлена на рис. 16.
Под действием центробежной силы, капли жидкости двигаются к периферии и осаждаются на стенке аппарата, образуя пленку, которая стекает но стенке и выводится в нижней части аппарата вместе с газовым потоком В полом аппарате осуществляется перекрестное взаимодействие капель распыленной жидкости с газом, тогда как пленка жидкости и газ могут контактировать как в режиме прямотока, так и противотока в зависимости от направления движения газа, (восходящее и нисходящее).
Однако, в случае проведения в аппарате процесса физической абсорбции, при нисходящем движении газа возможно протекание десорбции поглощаемого компонента из пленки жидкости в газ в нижней части аппарата. Этот факт, зафиксированный экспериментально, объясняется тем, что концентрация поглощаемого компонента в пленке может стать в нижней части аппарата выше равновесной за счет непрерывного по высоте притока в пленку насыщенных компонентом капель В этом случае необходимо осуществлять полный или частичный отвод пленки жидкости из рабочей зоны аппарата Для отвода пленки из зоны контакта могут быть применены сспарационпые сетки различных конструкций [14] (рис.1в).
1.3. Цель работы и задачи исследования.
Несмотря на то, «по конструкции полых вихревых распылительных аппаратов были разработаны достаточно давно, они не находили до недавнего времени широкого применения по ряду причин, среди которых следует отмстить как недостаточную изученность характеристик их работы и отсутствие научно обоснованных методов их расчета, так и незаинтересованность предприятий и ведомств в качественной очистке промышленных газовых выбросов.
Однако непрерывное ухудшение экологической обстановки в стране усилило шгтерес к проблеме очистки газовых выбросов и в частности к инженерно-техническим вопросам ее осуществления