Моделирование и интенсификация процессов очистки промышленных газовых выбросов в турбулентных газодисперсных потоках

Сугак, Евгений Викторович
Моделирование и интенсификация процессов очистки промышленных газовых выбросов в турбулентных газодисперсных потоках [Электронный ресурс]: Дис. ... д-ра техн. наук: 11.00.11 - М.: РГБ, 2005
(Из фондов Российской Государственной Библиотеки)
Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов
Полный текст:
ІіВДр: / /сіібб . гэ1. ги/сіізз/02/0296/020296003 .рсі£
Текст воспроизводится по экземпляру, находящемуся в фонде РГБ:
Сугак, Евгений Викторович
Моделирование и интенсификация процессов очистки промышленных газовых выбросов в турбулентных газодисперсных потоках
Красноярск 1999
Российская государственная библиотека, 2005 год (электронный текст).
В целом большинство конденсационных сепараторов при оптимальном соотношении основных конструктивных и технологических параметров обеспечивает высокую эффективность очистки газов от высокодисперсных аэрозольных частиц (до 94,5% для частиц с размерами от 0,01 до 1 мкм [93], до 99,5% для частиц с размерами от 0,1 до 5 мкм [93], до 100% для атмосферной радиоактивной пыли [88]). Если первоначально конденсационный метод использовался преимущественно для тонкой очистки небольших объемов газа (например в последней ступени многоступенчатой схемы очистки), то в последние годы наметилась тенденция создания аппаратов большой пропускной способности, что в значительной степени объясняется возрастающими требованиями к качеству очистки в целях охраны окружающей среды. При этом энергетические затраты на очистку вполне укладываются в рамки энергетической теории мокрого пылеулавливания, согласно которой равная эффективность улавливания в разных аппаратах достигается с одинаковыми суммарными энергетическими затратами [29]. В настоящее время можно, видимо, считать доказанным, что применение конденсационного метода практически всегда экономически оправдано [45].
Основными преимуществами конденсационного метода очистки являются возможность достижения практически полного улавливания высокодисперсных аэрозольных частиц с использованием традиционных методов разделения и гораздо меньший, по сравнению с обычными мокрыми пылеуловителями, удельный расход жидкости на очистку и, соответственно, выход загрязненного шлама.
Однако широкое внедрение метода сдерживается сложностью и недостаточной изученностью процессов, обеспечивающих конденсационное укрупнение и сепарацию аэрозольных частиц в турбулентном осевом или закрученном парогазовом потоке, что, соответственно, затрудняет подбор оптимальных технологических параметров процесса и разработку простых, эффективных и экономичных аппаратов и схем очистки газов.
1.4. Особенности моделирования процессов в турбулентных газодисперсных системах
Из анализа существующих способов и устройств видно, что болынин--ство технологических процессов очистки отходящих промышленных газов _ осуществляются в высокоинтенсивных гидродинамических режимах взаимодействия фаз с участием нескольких взаимосвязанных механизмов и большого числа структурных элементов [98,99]. Физико-химическая механика таких процессов связана с общими закономерностями переноса массы, теплоты и количества движения. Традиционный подход к их изучению базируется на фундаментальных законах классической механики, физики твердого тела, механики сплошной среды, физической химии и термодинамики. Однако явления разной физико-химической природы часто связаны между собой разветвленной сетью причинно-следственных отношений двойственной детерминированно-стохастической природы и поэтому значительная часть физико-химических систем представляют собой объекты ве-
роятностно-статистической природы (жидкость или газ при турбулентном режиме движения, гетерогенные дисперсные среды, содержащие хаотически движущиеся частицы, обменивающиеся веществом, энергией и количеством движения между собой и со сплошной фазой и др.) [5,24,100). Для описания таких систем необходимо учитывать не только массовое, силовое и энергетическое межфазное взаимодействие, но и неоднородность структуры потоков, неравномерность распределения параметров, двойственную детерминированно-стохастическую природу процессов и явлений, поэтому представляется более оправданным и целесообразным использование методов статистической физики, теории вероятностей и математической статистики [101,102,103).
Для многих физико-химических технологическим систем все чаще отмечается замена однозначных детерминированных моделей вероятностностатистическими [100). При этом детерминированная составляющая модели определяется фундаментальными законами классической механики, физики твердого тела, механики сплошной среды, физической химии и термодинамики, стохастическая составляющая отражает нестационарность процессов, проявляющуюся в различном времени пребывания отдельных частиц перерабатываемых сред или потоков массы и энергии в объеме аппаратов, в распределении частиц по траекториям и времени [100).
В частности, повышение эффективности процессов переноса импульса, энергии и массы практически возможно только при реализации турбулентного взаимодействия двух- и трехфазных потоков и активных гидродинамических режимов в контактных устройствах (увеличение скорости газа от 4 до 60 м/с и плотности орошения от 1 до 300 ле3/(м^-ч) обеспечивает увеличение площади межфазной поверхности, коэффициентов турбулентных вязкости, диффузии и теплопроводности в десять и более раз [102)).
Использование исключительно детерминированных методов в большинстве случаев позволяет определять только ориентировочные или усредненные значения параметров и характеристик (математические ожидания), что часто приводит к ошибкам, снижению точности расчетов или необходимости введения повышающих расчетных коэффициентов, что, в свою очередь, негативно сказывается на общей эффективности функционирования оборудования и повышает затраты.
Основные параметры таких технологических систем и закономерности процессов зависят от поведения и параметров большого числа взаимодей-, ствующих между собой микроэлементов (однотипных или имеющих разную физическую природу) - дисперсных частиц твердой, жидкой в сплошной газообразной фазе, турбулентные вихри и т.д. В общем случае процессы как физико-химические системы формализуются как многофазные многокомпонентные среды, распределенные в пространстве и переменные во времени, в каждой точке которых происходит перенос вещества, энергии или импульса при наличии их источников или стоков [98,104,105]. Для расчета процессов и аппаратов необходимо рассматривать взаимодействие большого числа дисперсных частиц с потоком сплошной фазы и друг с другом. Однако точное решение таких задач практически неосуществимо,