CC BY
71
УДК 66.096.5
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРОДИНАМИКИ АППАРАТА ДЛЯ ОЧИСТКИ ГАЗОВ С ЦЕНТРОБЕЖНЫМ СЛОЕМ НАСАДКИ
С.В. Боев, ЮН. Агапов, В.Г. Стогней
Проведен ряд исследований работы аппарата с трехфазным псевдоожиженным слоем для очистки вентиляционных выбросов от вредных примесей и паров кислот, приведены результаты экспериментальных исследований, проведен анализ полученных данных в зависимости от различных конструктивных параметров аппарата
Ключевые слова: псевдоожиженный слой, вентиляционные выбросы, насадка
В настоящее время для очистки промышленных вентвыбросов от газообразных вредных веществ, паров серной и азотной кислоты используются скрубберы и абсорберы с неподвижной и подвижной насадкой [1]. Однако эффективность их использования как правило невелика из-за низкой интенсивности тепло- и массообмена, малой удельной поверхности контакта фаз, неравномерной смачиваемости насадки, малых скоростей газов [2].
С целью повышения эффективности работы аппаратов абсорбционного типа
предлагается использовать в качестве насадки
центробежный псевдоожиженный слой твердого инертного мелкозернистого материала [3], перемещающегося под действием потока очищаемого газа вдоль кольцевой газораспределительной решетки.
При использовании такой насадки имеется ряд преимуществ: интенсивная
большая удельная поверхность контакта, малое гидравлическое сопротивление потоку газа, хорошая смачиваемость поверхности насадки абсорбентом; технологичность, малая стоимость изготовления аппарата.
Схема включения аппарата в систему вентиляции приведена на рис. 1.
Рис. 1. Принципиальная схема установки
Аппарат корпуса 1,
состоит из цилиндрического в котором закреплена
Боев Сергей Владимирович - ВГТУ, ассистент, тел. 8(4732)96-31-49
Агапов Юрий Николаевич - ВГТУ, д-р техн. наук, доцент, тел. 8(4732)43-76-62
Стогней Владимир Григорьевич - ВГТУ, канд. техн. наук, профессор, тел. 8(4732)52-53-54
газораспределительная решетка 2. На решетке установлено оросительное устройство 3, выполненное в виде конуса с отверстиями в нижней части его образующей. Для подвода воды служит штуцер 4. Корпус аппарата на уровне насадки имеет перфорацию 5 и закрыт кожухом для сброса не испарившейся воды. Для отвода воды служит штуцер 7. Подача
воздуха осуществляется аксиально
вентилятором 15 через патрубок 8, а отвод через патрубок 9 и регулируется шиберами 11,12,13. В качестве насадки служит дисперсный материал 10, расположенный на газораспределительной решетке 2. Для орошения насадки используется вода из технического водопровода, расход которой регулируется вентилем 14. Загрязненная вода удаляется в спецканализацию.
Для измерения расхода газа использовались дифференциальные
микроманометры 16 типа ММН - 240, присоединенные к полым цилиндрам с интегрирующими трубками. Для измерения расхода жидкости на входе в аппарат установлен ротаметр 19 типа РС. Для нагрева жидкости перед входом в аппарат установлен термостат 20 типа ТС - 16А, с
электроконтактным терморегулятором,
который позволяет поддерживать температуру жидкости на входе в аппарат постоянной. Замер температуры газа и жидкости на входе в аппарат и на выходе из него осуществлялся с помощью хромель-копелевых термопар. В качестве вторичного прибора использовался автоматический двенадцатиточечный
потенциометр типа КСП - 4. Влажность газа на входе и на выходе фиксировалась аспирационными психрометрами 17.
Для очистки вентиляционного воздуха, загрязненного парами кислоты, использовался аппарат, который имеет следующие характеристики: расход очищенного воздуха - 0,5 м3/с; диаметр корпуса - 0,4 м; площадь
газораспределительной решетки - 0,088 м2; высота аппарата - 0,8 м; дисперсный материал
- полипропилен (ёэ = 2,9 мм, рт = 900 кг/м3) масса насадки - 2 кг.
Процесс очистки вентвыбросов от паров кислоты в установке осуществляется
следующим образом. Загрязненный воздух подается в воздухораспределитель аппарата, а затем поступает в кольцевую газораспределительную решетку, в которой происходит формирование направления воздушного потока под углом к горизонтальной плоскости. В результате контакта газа с мелкозернистым материалом, расположенным на решетке, происходит псевдоожижение насадки, которая одновременно начинает перемещаться в
сторону наклона струй воздушного потока. По всей внутренней поверхности кольцевой решетки в слой равномерно подается вода, либо раствор реагента.
В результате контакта загрязненного воздуха с высокоразвитой поверхностью смоченных частиц происходит массообмен между воздухом и жидкостью и, как следствие, очистка его от паров кислот. За счет кольцевого движения псевдоожиженного слоя, в нем возникают центробежные силы, обеспечивающие перемещение очищающей жидкости от центра аппарата к периферии и вывод ее в спецканализацию. Используя в качестве насадки гранулированные химически активные вещества можно обеспечить, очистку вентвыбросов от вредных веществ за счет химической адсорбции, а при подаче раствора реагента на инертную насадку - химической абсорбции.
Для проверки эффективности работы аппарата с трехфазным центробежным кипящим слоем были проведены экспериментальные исследования. Целью этих исследований являлось также определение необходимого расхода воздуха через аппарат, его гидравлического сопротивления, степени очистки загрязненного воздуха, удаляемого из помещения.
Расход воздуха через аппарат регулировался с помощью шиберов 11, 12, 13 (рис. 1). Перепад давления в аппарате
измерялся с помощью микроманометра ММН-240, который подключается к воздуховодам в точках 1 и 2. Температура потока измерялась ртутным термометром в точках 1 и 2. Определение расхода воздуха основано на измерении поля скоростей. Величина скорости определялась через скоростной напор, измеряемый трубкой Пито-Прандтля. Путем химического анализа проб воздуха, взятых до и после установки, определялась степень очистки воздуха.
В начале экспериментов с помощью шиберов 11, 12, 13 и вентиля 14
устанавливались расходы воздуха и воды через аппарат. После выхода его на стационарный режим измерялся перепад давлений и температур воздушного потока в точках 1 и 2, после чего измерялся расход воды через аппарат. Для определения расхода воздуха в воздухопроводе проводились измерения динамических напоров в пяти равноудаленных точках по диаметру воздуховода и исследующего интегрирования поля скоростей по сечению. Отдельные результаты опытов представлены на рис. 2 и 3. Пробы воздуха для химического анализа отбирались в точках 1 и 2 с целью определения начальной и конечной
350 400 450 500 550 600 Re
Рис. 2. Зависимость критерия Ей от числа Яе
Результаты испытаний показали устойчивую очистку вентвыбросов при следующих режимных параметрах:
- расход воздуха 0,23 - 0,33 м3/с;
- расход воды 0,01 - 0,026 м3/с.
При этих режимах работы установки эффективность очистки воздуха от паров азотной кислоты достигает 60 - 70 %.
0,005 0,01 0,015 0,02 0,025 0,030 |<ор
Рис. 3. Зависимость гидравлического сопротивления от коэффициента орошения
Во всех проведенных опытах наблюдалась эффективная работа аппарата, надежный отвод воды через перфорированную обечайку корпуса, при этом уноса капель воды с воздухом не зафиксировано.
Литература
1. Псевдоожижение [Текст] / под ред. В.Г.
Айнштейна, А.П. Баскакова. - М.: Химия, 1991. - 397 с.3.
2. Заминян, А.А. Абсорберы с псевдоожиженной насадкой [Текст] / А.А. Заминян, В.М. Рамм. - М.: Химия, 1980. - 184 с.
3. Агапов, Ю.Н. Использование трехфазного центробежного слоя для очистки промышленных вентиляционных выбросов [Текст] / Ю.Н. Агапов, А. М. Наумов // Теплоэнергетика: Сб. науч. тр. - Воронеж: Воронеж. гос. техн. ун-т, 1997. - С. 132-136.
Воронежский государственный технический университет
EXPERIMENTAL HYDRODYNAMICS' RESEARCH OF THE DEVICE FOR GAS PURIFICATION WITH CENTRIFUGAL PACKED BED
S.V. Boev, Y.N. Agapov, V.G. Stogney
The author analyses the performance of three-phase fluidized bed device for purification of ventilation releases from harmful impurities and acid fumes, including the results of experiments and analysis of data received in terms of different constructional parameters of apparatus
Key words: fluidized bed, ventilation releases, packed bed
