CC BY
11УДК 66.02.001
A.B. Дмитриев, И.Р. Калимуллин, H.A. Николаев
ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АППАРАТОВ ПРЯМОТОЧНО-ВИХРЕВОГО ТИПА ДЛЯ ОЧИСТКИ КРУПНОТОННАЖНЫХ ГАЗОВЫХ ВЫБРОСОВ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
(Нижнекамский химико-технологический институт, КазНЦ РАН, Казанский государственный технологический университет) E -mail :ieremiada@rambler. ru)
Предложено использование прямоточно-вихревых устройств для очистки крупнотоннажных газовых выбросов промышленных предприятий. Представлены данные об особенностях работы прямоточно-вихревых устройств.
Ключевые слова: крупнотоннажные газовые выбросы, прямоточно-вихревые аппараты
Среди основных проблем защиты окружающей природной среды охрана воздушного бассейна представляется наиболее актуальной, так как загрязненный воздух, по сравнению с другими составляющими среды, обладает наибольшей пространственной мобильностью, загрязняется наиболее быстро и не только ухудшает экологическую обстановку, но и оказывает отрицательное влияние на состояние водного бассейна и почв [1].
Рис. 1. Схема контактной ступени с прямоточно-вихревыми контактными устройствами: 1 - контактный патрубок, 2 - патрубок подачи жидкости, 3 - завихритель, 4 - сепаратор жидкости
Fig. l.The scheme of a contact step with direct-vortex contact devices: 1 - contact socket, 2 - liquid feed socket, 3 - vortex, 4 - liquid separator
-
щественно осложняется тем, что расход газовых выбросов промышленных предприятий часто достигает нескольких миллионов кубических метров в час. Это исключает применение для их очистки реализуемых в промышленных целях абсорбционных аппаратов, поскольку они обладают низкой пропускной способностью по газу (1,5-2,0 м/с), а увеличение их диаметра ведет к возрастанию неравномерности газа и жидкости по сечению аппа-
ратов и существенному снижению эффективности очистки [2].
В связи с этим, важное значение приобретает использование в установках очистки газовых
-
тов, реализующих интенсивные гидродинамические режимы, например, прямоточно-вихревые аппараты, среднерасходная скорость газа в которых достигает 15-30 м/с.
Контактные устройства таких аппаратов представляют собой цилиндрические патрубки диаметром 70-120 мм, оснащенные завихрителем потока газа, а также узлами подачи жидкости и отделения ее от газа. Поток газа, поступающий в контактные устройства, приобретает с помощью завихрителя вращательно-поступательное движение. Жидкость подается в центральную зону контактных устройств и дробится на капли закрученным потоком газа. Под действием центробежной силы капли жидкости перемещаются к периферии контактных устройств и оседают на стенке, образуя слой, который на выходе отделяется от потока газа с помощью сепарационного устройства. Такая организация взаимодействия фаз в зоне их
-
верхность и высокую эффективность массопере-носа за счет интенсивной турбулизации каждой из
фаз. Сочетание прямоточного движения фаз в зо-
-
сти от потока газа позволяет принципиально исключить «захлебывание» прямоточно-вихревых аппаратов и проводить процесс при высоких скоростях газа [3].
Контактные ступени прямоточно-вихре-
-
ройств одинакового размера, количество которых определяется производительностью аппарата. Конструкция контактных ступеней прямоточно-
вихревых аппаратов представлена на рис. 1. Такой
-
ных ступеней исключает необходимость решения вопроса масштабного перехода и позволяет создавать аппараты любой заданной производительности без снижения эффективности. Требуемое качество очистки в аппаратах прямоточно-вихревого
-
го процесса.
Исследования работы прямоточно-вихре-вых контактных устройств проводились на примере процесса абсорбции аммиака водой в контактном элементе с циклонным завихрителем. Диаметр контактной зоны завихрителя 80 мм. Расход газа изменялся от 0,07 до 0,17 м3/с, соотношение массовых нагрузок по фазам (ЬтЮт) изменялось от 0 до 5 кг/кг.
Рис. 2. Зависимость гидравлического сопротивления ЛР аппарата от скорости газа W в живом сечении завихрителя при относительной нагрузке Lm/Gm, кг/кг, равной: 1 - неорошаемый аппарат; 2 - 0,5-1,5; 3 - 2,0; 4 -4,0; 5-5,0 Fig. 2. Dependence of the device hydraulic resistance ДР on gas velocity W in vortex free area at relative load Lm/Gm, kg/kg, equal to: 1 - dry unit; 2-0.5-1.5; 3 - 2.0; 4 - 2.5; 5 - 3.0; 6 - 4.0;
7-5.0
Особенностью работы аппаратов прямо-
точно-вихревого типа с тангенциальными завих-
-
противления орошаемого аппарата ниже величины сопротивления сухого аппарата при малых нагрузках по жидкой фазе. Причем величина этого снижения довольно существенна и может достигать 50% величины сопротивления сухого аппарата. При дальнейшем увеличении нагрузки коэффициент сопротивления растет, асимптотически приближаясь к некоторой прямой. На рис. 2 показана зависимость гидравлического сопротивления АР аппарата от скорости W газового потока. Кривая зависимости при Lm/Gm равном 0,5-1,5 кг/кг лежит существенно ниже кривых сопротивлений
при других значениях относительной нагрузки. Снижение гидравлического сопротивления наблюдается при /.„/Г/,,, до 2,5-3. Дальнейшее увеличение орошения приводит к росту гидравлического сопротивления, разрушению вихревой структуры потока и делает эксплуатацию аппарата неэффективной.
Объяснить эффект снижения гидравлических потерь можно тем, что при взаимопроникающем движении газа и вращающегося капельного слоя происходит перераспределение энергии, идущей на создание крутки потока, в энергию вращения капельного слоя. В результате крутка газового потока падает. При малых нагрузках по жидкости затраты энергии на транспорт дисперсной фазы незначительны и общее сопротивление аппарата, обусловленное падением крутки газового потока, снижается. При дальнейшем увеличении ЬтЮт возрастают затраты энергии на транспортировку жидкой фазы, что приводит к увеличению общего сопротивления аппарата [4].
Рис. 3. Зависимость эффективности поглощения Е аммиака от скорости газа W при значениях плотности орошения q, м3/м2-ч, равных: 1 - 80; 2 -120; 3 - 160; 4 - 200 Fig. 3. Dependence of the ammonia sorbtion efficiency E on gas velocity W at spraying density q, m3/m2-h, equal to: 1 - 80; 2 -120; 3-160;4- 200
Практически реализовать эффект снижения сопротивления можно подбором таких режимов работы аппарата и удельных нагрузок, которые позволят проводить процесс очистки с минимальными затратами.
--
менным устройствам как барботажные колонны. Эффективность работы прямоточно-вихревых устройств показана на рис. 3, на примере абсорбции аммиака из воздуха.
Таким образом, прямоточно-вихревые устройства являются наиболее применимыми аппаратами для очистки крупнотоннажных газовых выбросов промышленных предприятий, так как смогут обеспечить хорошее качество очистки при больших нагрузках, когда применение традиционного массообменного оборудования невозможно.
ЛИТЕРАТУРА
1. Николаев А.Н., Дмитриев A.B., Латьшов Д.Н. Очистка газовых выбросов ТЭС, работающих на твердом и жидком топливе. Казань: Новое знание. 2006. 136 с.
2. Скобло А. И. и др. Процессы и аппараты нефгегазопере-работки: Учебник для вузов. М.: ООО Недра-Бизнесцентр. 2000. 677 с.
3. Калимуллин И.Р., Дмитриев Л.В., Гафиятов И.З., Николаев Н.А. Прямоточно-вихревое контактное устройство. Патент 1Ш №80352 МПК7 ВОЮ 3/00. 2009. Бюлл. 4.
4. Овчинников А.А. Динамика двухфазных закрученных турбулентных течений в вихревых сепараторах. Казань.: Новое знание. 2005. 288 с.
УДК 66.048.375
В.Н. Павлечко, А.В. Минахметов, Н.А. Николаев
СВЯЗЬ ИНТЕНСИВНОСТИ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ ЖИДКОСТИ В СЕКЦИОННОЙ, ДИФФУЗИОННОЙ И КОМПЛЕКСНОЙ МОДЕЛЯХ
(Белорусский государственный технологический университет, Казанский государственный технологический университет) E-mail: [email protected]
Рассматривается возможность нахождения связи между числом ячеек идеального перемешивания в секционной модели и числом Пекле в диффузионной модели с интенсивностью перемешивания жидкости в комплексной модели.
Ключевые слова: секционная модель, модель идеального перемешивания, диффузионная модель
-
цессов широко используются модели Мерфри и Хаузена [1, 2], первая из которых получила наибольшее распространение. Эти модели различаются условиями связи идеальной и реальной тарелок. В модели Мерфри при анализе эффективности в паровой фазе совпадают составы поступающего на идеальную и реальную тарелки пара и выходящей из них жидкости, при анализе эффективности в жидкости равны концентрации выходящего пара и поступающей жидкости. В модели Хаузена одинаковы составы пара и жидкости, поступающие на обе тарелки.
В отличие от известных, в комплексной модели составы поступающих и выходящих фаз
.
Причем концентрация легколетучего компонента в паровой фазе, поступающей на идеальную тарелку, меньше соответствующей величины для реальной тарелки, а его концентрация после идеальной тарелки больше, чем после реальной, как
это и должно быть. Составы фаз на идеальной и реальной тарелках выравниваются в некоторой плоскости, удаленной на расстоянии /г для пара и для жидкости от места их ввода. Прочие особенности моделей Мерфри и Хаузена имеют место и в комплексной модели. В работе [3] предложено определять расстояния /г и в зависимости от коэффициента фазового равновесия
И • И1 «-Ц-, (1)
т • 1
где /г, - безразмерное расстояние от места ввода
пара и жидкости соответственно до поверхности
-
вительной тарелках; т - коэффициент фазового равновесия.
Степень перемешивания жидкости в различных моделях оценивается по-разному [4]. В ячеечной (секционной) модели перемешивание жидкости оценивается числом секций (ячеек) полного смешения, между которыми жидкость движется в режиме идеального вытеснения. В
