CC BY
25
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА ОТ ПЫЛИ ПОЛИВИНИЛХЛОРИДА В СКРУББЕРЕ ВЕНТУРИ
1 2 © Коновалов В.С. , Ульянов В.М.
12 Ст. преподаватель; профессор, д.т.н.
Дзержинский политехнический институт (филиал) Нижегородского государственного технического университета имени Р.Е.Алексеева, г. Дзержинск
Аннотация
Исследована эффективность очистки воздуха от пыли ПВХ в экспериментальном скруббере Вентури в условиях орошения чистой и загрязнённой пылью водой. В результате установлена удовлетворительная сходимость данных экспериментов с расчетами по известной зависимости степени очистки в функции плотности орошения и критерия Стокса. Получены также данные по влиянию накопления пыли в орошающей воде на эффективность очистки воздуха. Результаты исследования могут быть использованы при проектировании новых и реконструкции действующих производств ПВХ.
Ключевые слова: эффективность очистки, пыль ПВХ, скруббер Вентури. Keywords: the effectiveness of cleaning, the PVC-dust, the Venturi scrubber.
В производствах суспензионного поливинилхлорида (ПВХ) продукт из реакционной воды выделяется на стадиях центрифугирования и сушки. На стадии конвективной сушки концентрация пыли в отработанном воздухе после циклонов составляет 1 - 1,2 г/м . Перед выбросом воздуха в атмосферу требуется дополнительная очистка его от пылевых фракций продукта до санитарной нормы 6 мг/м3. То есть устанавливаемое дополнительное оборудование должно обеспечивать эффективность очистки запылённого воздуха величиной не менее 99,5%. Такую степень очистки обеспечивают скрубберы Вентури, которые в случае реализации схемы орошения водой по циркуляционной схеме и возврата загрязнённых вод на центрифугу могут обеспечить совмещение санитарной и технологической очистки воздуха от пыли ПВХ.
В связи с этим представляет интерес проведение исследований эффективности очистки воздуха, запылённого мелкими фракциями ПВХ, в скруббере Вентури и установление величины предельной концентрации продукта в орошающей воде.
Исследование проводили на экспериментальном образце скруббера Вентури, конструкция которого показана на рис. 1.
© Коновалов В.С., Ульянов В.М., 2016 г.
| Вода
Рис. 1. Экспериментальный скруббер Вентури:
1 - входной патрубок; 2 - конфузор; 3 - горловина; 4 - диффузор; 5 - опора; 6 - царга; 7 -прямоточный циклонный каплеуловитель; 8 - форсунка
Скруббер оснащен сменной горловиной 3, которая крепится шпильками между фланцами конфузора 2 и диффузора 4. Орошение водой осуществляется с помощью центробежной форсунки 8. К диффузору 4 на фланцах посредством царги 6 прикреплен прямоточный циклонный пылеуловитель 7.
Схема экспериментальной установки приведена на рис. 2.
Рис. 2. Схема экспериментальной установки:
1 - питатель; 2 - смеситель; 3 - форсунка; 4 - труба Вентури; 5 - каплеуловитель; 6 -поворотный желоб; 7 - мерная емкость; 8 - сливная емкость;9 - вентилятор; 10 - насос; М1, М2 - дифференциальные манометры;М3 - манометр;
Р1 - измерительная диафрагма; Р2 - ротаметр; К1 - К4 - краны; В1 - вентиль
Установка состоит из трубы Вентури 4 с вводом жидкости через форсунку 3, установленную в конфузоре. Аппарат работает под разрежением, создаваемым центробежным вентилятором 9. Расход воздуха в скруббере регулируется шаровым краном К1 и измеряется при помощи диафрагмы Р1, установленной в трубе перед вентилятором.
Перепад давления на диафрагме Р1 и гидравлическое сопротивление скруббера Вентури измеряются Ц-образными дифференциальными манометрами М1 и М2. Для орошения скруббера Вентури используется вода, подаваемая регулируемым шестеренчатым насосом 10; расход воды измеряется ротаметром Р2. Давление воды на входе в форсунку контролируется манометром М3. При работе по схеме с рециркуляцией орошающей воды кран К3 и вентиль В1 закрываются и открывается вентиль К4.
Подача дисперсного материала в поток воздуха на входе в трубу Вентури осуществляется тарельчатым питателем 1 в трубопровод-смеситель 2. Дисперсный материал смешивается с потоком воздуха, образующийся запыленный воздушный поток поступает в трубу Вентури 4, в которой происходит осаждение частиц пыли на каплях воды, распыляемой форсункой 3. Капли воды с уловленными частицами отделяются от воздушного потока в прямоточном циклонном каплеуловителе 5; суспензия сливается в сливную емкость 8, а очищенный воздух вентилятором 9 выбрасывается в атмосферу.
Объем суспензии на выходе из скруббера за время подачи пыли измеряется с помощью мерной емкости 7. Направление потока суспензии в сливную или мерную емкость
производится поворотным желобом 6. Опорожнение емкостей обеспечивается кранами К2 и КЗ.
В качестве исследуемого материала были использованы пробы пылевидного ПВХ, отобранные после циклона промышленной установки сушки. Средний размер частиц пыли в пробах составлял 5 - 8 мкм, плотность частиц пыли - 1160 кг/м .
Исследование проводили при установке в скруббере Вентури горловин диаметром 40 и 50 мм и форсунок с отверстиями сопла 3 и 3,8 мм.
Входные параметры изменяли в следующих диапазонах: скорость воздуха в горловине скруббера от 45 до 65 м/с; концентрация пыли во входящем потоке воздуха от 1 до 8 г/м3; расход орошающей воды от 55 до 300 л/ч, что соответствовало объемной плотности орошения от 0,12 до 0,64 л/м . Диапазон скоростей выбран с таким расчетом, чтобы сопротивление скруббера не превышало 3 кПа.
Концентрацию пыли во входящем потоке воздуха определяли по величине подачи пыли питателем и расходу воздуха. Концентрацию пыли в выходящем потоке рассчитывали по концентрации пыли в орошающей жидкости в мерной емкости и времени опыта. Концентрацию пыли в орошающей воде определяли путем отбора проб из мерной емкости и фильтрованием их через бумажные фильтры на вакуум-фильтровальной установке с последующей сушкой фильтров с осадками пыли до постоянного веса.
Опыты по определению эффективности пылеулавливания 1] проведены с постоянными скоростями воздуха в горловине w при переменных плотностях орошения т = бж / бг (бж _ объемный расход воды на орошение, Qт - объемный расход воздуха). Результаты опытов приведены на рис. 3.
Из графиков видно, что эффективность экспоненциально возрастает и при значениях т > 0,5 л/м3 и w > 55 м/с достигает величин 1]> 99,5%, что достаточно для обеспечения концентрации пыли ПВХ в газовых выбросах не выше предельно допустимой концентрации. Максимальная степень очистки воздуха от пыли ПВХ (] = 99,98%) достигается при
значениях w = 65 м/с и т = 0,64 л/м3. Следует отметить, что при высоких значениях плотности орошения влияние скорости воздуха в горловине скруббера на степень очистки проявляется в меньшей степени.
100 90 80 70 60 50
0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 0,5 0,65
ггцл'мЭ
Рис. 3. Влияние плотности орошения т на степень очистки воздуха 1] от пыли ПВХ при скоростях воздуха в горловине (м/с): 1 - 45; 2 - 55; 3 - 65
Аналитическая аппроксимация полученных графических зависимостей приводит к известной формуле [1, 81]
^ ^ ^^--, (2)
?] = 1 - exp(-cда^/Stk), (1)
где С — коэффициент, зависящий от длины горловины; т — плотность орошения (удельный расход орошающей жидкости), л/м3; Stk = ё^рт /(18тг^к) —
критерий Стокса; 5 — средний (медианный) размер частиц, м; рт — плотность частиц пыли, кг/м ; тг — вязкость газа, Па • с; ёк — диаметр капли, м.
Диаметр капли принимали расчётной величиной, используя формулу Л.А. Витман с авт. [2, 274]:
= 4,55^с (1 — д/1 — т<га(а/2))
где — диаметр сопла, м; ц — коэффициент расхода сопла; а — угол раскрытия сопла; Re = 4Qжрж /(риж^с) — критерий Рейнольдса; Qж — расход жидкости через форсунку, м/с; рж, тж — плотность и вязкость жидкости (воды), кг/м , Па • с.
Отклонение результатов расчёта эффективности по формуле (1) от опытных данных не превышает 7%.
Исследовано влияние загрязнения орошающей воды на эффективность очистки запыленного воздуха в скруббере Вентури. Опыты проводили при фиксированных значениях скорости газа и плотности орошения. Концентрацию пыли в подаваемом на очистку воздухе поддерживали в диапазоне от 1 до 1, 2 г/м . Концентрацию ПВХ в орошающей воде постепенно повышали до максимальной величины 6%. Результаты опытов при значениях параметров w = 65 м/с и т = 0,64 л/м3 приведены на рис. 4.
98 97 96
95
хД
Рис. 4. Зависимость степени очистки воздуха ц в скруббере Вентури от концентрации
X твердой фазы в орошающей воде
Из опытной кривой видно, что эффективность очистки газа в аппарате снижается при увеличении концентрации твердой фазы в воде, но остается в пределах приемлемых значений до концентрации X = 4%. При таких значениях концентраций можно использовать в промышленности рециркуляцию орошающей жидкости с промежуточным её осветлением и выделением уловленного продукта.
Литература
1. Оборудование, сооружения, основы проектирования химико-технологических процессов защиты биосферы от промышленных выбросов: учеб. пособие для вузов / А.И. Родионов и [др.]. - М.: Химия, 1985. - 352 с;
2. Муштаев В.И., Ульянов В.М. Сушка дисперсных материалов. - М.: Химия, 1988. - 352 с.
