1068-1 (740677), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Скорость конденсации и диаметр капли для стационарного случая (при постоянной температуре и давлении) и идеального пара можно рассчитать по уравнению Максвелла. При охлаждении парогазовой смеси, движущейся вдоль более холодной поверхности, происходит перенос тепла через прилегающий к ней пограничный слой газа, а затем и конденсация. Если в смеси имеется дисперсная фаза (жидкие или твердые аэрозольные частицы), то конденсация происходит не только на поверхности канала, но и на частицах. Соотношение между массами конденсата, образующегося на частицах и на охлаждаемой поверхности канала, зависит от величины пересыщения и концентрации в смеси дисперсной фазы. При большом количестве центров конденсации в потоке на них конденсируется значительно большее количество пара, чем на стенках канала [22]. Так, при численной концентрации частиц 108 м-3 на них образуется 99 % всего конденсата.
Расчеты и экспериментальные исследования показывают, что конденсационное укрупнение позволяет в обычных условиях увеличить размер частиц от 1 до 10v15 мкм. Конечный размер частиц в значительной степени определяется величиной поверхностной плотности теплового потока и при скорости газа более 30 м/с и численной концентрации более 1012 м-3 слабо зависит от скорости и начального размера, так как в этом случае объем конденсата, образовавшегося на каждой частице, гораздо больше первоначального объема самой частицы. Конденсационное укрупнение частиц в парогазовом потоке целесообразно проводить при сравнительно низких концентрациях дисперсной фазы (до 1012 м-3), высоких тепловых нагрузках и малых скоростях потока (до 30 м/с). При более высоких концентрациях небольшой объем жидкой фазы на каждой частице не может привести к ее ощутимому укрупнению. Увеличение скорости потока приводит к росту энергозатрат на проведение процесса при незначительном увеличении конечного размера частиц.
Механизм осаждения частиц на стенку канала в конденсационном центробежном сепараторе аналогичен другим прямоточным центробежным сепараторам, поэтому основные закономерности процесса аналогичны.
Экспериментально установлено, что в общем случае увеличение осевой составляющей скорости потока снижает общую эффективность сепарации жидкой фазы, а тангенциальной v повышает, однако чрезмерное ее увеличение может привести к срыву жидкой пленки с поверхности осаждения и вторичному уносу. В целом движение восходящего или нисходящего закрученного двухфазного потока отличается широким диапазоном допустимых нагрузок по газу и жидкости (по сравнению с осевым), при этом брызгоунос определяется полной скоростью газа на границе раздела фаз.
На рис. 5 представлены графики экспериментальной зависимости величины брызгоуноса от средней осевой скорости парогазового потока при различных значениях угла закрутки потока. Для каждой кривой характерно наличие оптимальной скорости потока, при которой унос минимален.
Ее значение зависит от угла закрутки и в исследованных интервалах изменения параметров лежит в пределах от 14 до 22 м/с, что в целом соответствует обычным значениям для центробежных сепараторов, в которых наивысшая степень очистки (и, соответственно, минимальный унос) достигается при значениях rгw2 от 150 до 600 кг/(мЧс2) и скоростях газа от 10 до 20 м/с (для циклонов диаметром до 200 мм v до 50 м/с). При меньшей скорости дисперсная фаза не успевает отсепарироваться, а при больших увеличивается вторичный унос v вследствие увеличения полной скорости потока на границе раздела фаз происходит срыв пленки конденсата. При скоростях, существенно больших оптимальных значений (выше 35v40 м/с), величина уноса уже практически не зависит от угла закрутки потока, что, видимо, свидетельствует о срыве пленки исключительно турбулентными пульсациями газа.
При оптимальных скоростях потока в исследованном интервале значений угла закрутки эффективность сепарации дисперсной фазы составляет от 97.5 до 99.5 %.
Значение минимального расхода пара на смешение, обеспечивающего улавливание аэрозольных частиц, зависит от их начальной концентрации, а также температуры и влажности очищаемого газа. При концентрации от 108 до 1012 м-3, температуре газа от 20 до 80 ¦С и влажности от 40 до 80 % минимальный расход пара составляет от 20T50 г/кг. Увеличение расхода пара сверх минимального практически не сказывается на эффективности.
Получено, что при оптимальных режимах работы дисперсный состав пыли в шламе практически совпадает с дисперсным составом исходного порошка (независимо от его плотности и смачиваемости). Следовательно, эффективность улавливания частиц размером от 0.1 до 10 мкм в конденсационном центробежном сепараторе при концентрации от 108 до 1012 м-3 не зависит от их исходного диаметра, что подтверждает выводы теоретического анализа. Частицы размером 5T10 мкм в прямоточных центробежных сепараторах улавливаются на 95T100 % даже без конденсационного укрупнения [23]. Следовательно, и частицы меньшего диаметра в конденсационном центробежном сепараторе улавливаются практически полностью, и фракционная эффективность сепарации ограничивается исключительно величиной брызгоуноса.
Опытно-промышленные испытания. Характерные результаты опытно-промышленных исследований по очистке газовых выбросов известковой печи биохимического завода в пленочном аппарате с винтовой шероховатостью высотой 3 мм при скорости газа 10 м/с представлены в табл. 2. Получено, что изменение концентрация извести в воде в пределах от 20 до 100 г/л не оказывает существенного влияния на эффективность очистки газа. Даже при сравнительно небольшой скорости газа из-за низкого напора промышленного вентилятора (до 100 мм. вод. ст) достигнута эффективность очистки от газообразных примесей, обеспечивающая предельно допустимые выбросы (ПДВ). При искусственном распылении жидкости достигнуто увеличение эффективности очистки, которая при улавливании пыли составила 96 %.
На основании полученных данных рассчитан промышленный пленочный трубчатый аппарат производительностью 20000 м3/ч. Потребность в извести составляет 4 кг/ч, удельные энергозатраты 0.5 кВтЧч/тыс.м3. Разработанный пленочный трубчатый аппарат и технологическая схема для очистки газовых выбросов известковой печи АО ?Красноярский БХЗ¦ позволяют снизить вредные выбросы до установленных ПДВ при низких энергозатратах.
Исследования эффективности улавливания аэрозольных частиц в конденсационном центробежном сепараторе проводились также в условиях опытно-промышленных испытаний на экспериментальном производстве Всесоюзного научно-исследовательского технологического института антибиотиков и ферментов медицинского назначения (ВНИТИАФ, г. Санкт-Петербург). Испытания проводились при производстве антибиотиков инозина и актиномицета.
Для аэрации культуральной жидкости в процессах выращивания посевного материала и ферментации в производстве используется стерильный воздух. После прохождения ферментера объемом 0.5 м-3 воздух содержит около 10 мг/м3 веществ, относящихся к первой категории вредности v в основном отдельных бактерий и их скоплений с размерами от 0.1 до 10 мкм. Попадая в окружающий воздух, они могут оказать неблагоприятное воздействие на организм человека в основном в виде различного рода аллергических заболеваний и отравлений.
В целях охраны окружающей среды для очистки отходящего технологического воздуха на выходе из ферментера был установлен однокамерный двухступенчатый конденсационный центробежный сепаратор с диаметром рабочих камер 30 мм и длиной 250 мм. Расход воздуха из ферментера составлял от 350 до 450 л/мин (от 0.0058T0.0075 м3/с) при температуре 30¦1 ¦С. Пар в количестве до 0.1 кг/кг подавался из паровой сети цеха. В качестве хладоагента использовалась вода c температурой от 2 до 15 ¦С.
В качестве закручивающего устройства использовались шестизаходные шнековые (винтовые) завихрители с шагом 96 мм (углом закрутки 45¦). При испытаниях численная концентрация аэрозольных частиц (бактерий) в газе до и после сепаратора определялась по числу колоний, образовавшихся в питательной среде (агар-агаре) после пропускания газа и выдержке в благоприятных условиях в течение 24T 72 часов по методике ВНИТИАФ.
Таблица 2
Результаты экспериментальных исследований
| Наименование показателя | До очистки | После очистки | Эффективность, % | |
| 1 2 3 | Концентрация пыли, мг/м3 Концентрация NO2, мг/м3 Концентрация SO2, мг/м3 | 19 29 80 | 7 3 8 | 63.2 89.7 90.0 |
Испытания проводились при оптимальных для работы аппарата условиях, параметры которых были найдены при лабораторных исследованиях. Подача пара осуществлялась по трем схемам v только в первую ступень, только во вторую ступень и в обе ступени в равных количествах. Нестабильность концентрации дисперсной фазы в газе привела к слабой воспроизводимости результатов экспериментов. В табл. 3 приведены интервалы изменения эффективности сепарации дисперсной фазы в зависимости от расхода и схемы подачи пара.
Таблица 3
Результаты опытно-промышленных испытаний
| Схема подачи | Удельный расход пара, г/кг | ||
| 20 | 50 | 100 | |
| Эффективность сепарации, % | |||
| Первая ступень | 30 v 50 | 50 v 80 | 70 v 100 |
| Вторая ступень | 0 v 30 | 20 v 50 | 40 v 80 |
| Две ступени | 40 v 80 | 80 v 100 | 100 |
Из таблицы видно, что при подаче пара в обе ступени в количестве 50v100 г/кг конденсационный центробежный сепаратор обеспечивает высокую степень очистки газа от аэрозольных частиц, а при расходе пара 100 г/кг достигается полная очистка.
Таким образом, опытно-промышленные испытания подтвердили возможность применения и высокую эффективность конденсационного центробежного сепаратора для тонкой очистки технологических газов и промышленных выбросов с небольшим содержанием механических примесей от высокодисперсных аэрозольных частиц.
Выводы
1. На основании всестороннего изучения способов очистки газа показано, что для осуществления одновременного улавливания газообразных и дисперсных примесей наиболее эффективны пленочные и центробежные конденсационные аппараты, реализующие дисперсно-кольцевой режим взаимодействия фаз.
2. Разработанные аппараты обеспечивают высокую эффективность очистки газа от дисперсных и газовых выбросов и позволяют существенно снизить загрязнение атмосферы.
3. Проведенные исследования и полученные результаты промышленной апробации свидетельствуют о перспективности применения разработанных подходов для усовершенствования процесса очистки.
Список литературы
Известия 1998. 11 апр. ¦ 67 (25167). С. 1.
Коновалов Н.М., Войнов Н.А., Мар-ков В.А., Николаев Н.А. Массоотдача при свободном стекании пленки жидкости по наружным и внутренним поверхностям труб // Теор. основы хим. технол. 1993. ¦ 3.С. 309v314.
Ершов А.И. Разработка, исследование и применение элементных ступеней контакта с взаимодействием фаз в закрученном потоке. Дис. ... докт. техн. наук. Л., 1975. 304 с.
Klein H., Schmidt P. Vergleichende Untersuchungen zvischen Drehstromungsentstauber und Zyklon // Verfahrenstechnik. 1971. Bd. 5. ¦ 8. S. 316-319.
Мельников Е.П. Вихревые пылеуловители. Обзорная информация М., 1975. 45 с.
Исаков В.П., Сугак Е.В. Конденсационный центробежный сепаратор // Промышленная и санитарная очистка газов. 1982. ¦ 6. С. 2v4.
Гупта А., Лилли Д., Сайред Н. Закрученные потоки. М., 1987. 588 с.
Коновалов Н.М., Войнов Н.А., Николаев Н.А. Массоотдача в турбулентных пленках в условиях вертикального прямоточного движения газо-жидкостного потока // Теор. основы хим. технол. 1997. ¦ 1. С. 17v22.
Клименко А.П. Методы и приборы для измерения концентрации пыли. М., 1978. 208 с.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
