Введение к работе
*)
Актуальность проблемы.
Газовые выбросы лесоперерабатывающих и целлюлозно-бумажных предприятий только по Красноярскому краю оцениваются в 25 тыс.т в ' год. Большинство газовых выбросов имеют сложный состав, включают твердые, жидкие и газообразные примеси. Например, выбросы известковых печей биохимических предприятий содержат сернистый ангидрид, оксиды азота, углекислый газ и частицы пыли. Отработанный газ из ферментеров содержит капли субстрата, микроорганизмы и газообразные продукты метаболизма. Газо-паровые выбросы гидролизного отделения содержат органические кислоты, фурфурол, метилфурфурол, дисперсные частицы. Многокомпонентный состав выбросов затрудняет процесс очистки, в каждом конкретном случае требуется индивидуальный подход к выбору оптимальных проектных решений.
Задача часто усложняется большими объемами выбросов (десятки ты-. сяч кубометров в час), их высокой температурой (85-г140С), низкой концентрацией примесей (25-^800 мг/м^) и значительной долей высокодисперсных частиц (менее 5 мкм), что требует больших расходов абсорбентов, использования интенсивных методов очистки и охлаждения.
Существующее оборудование не обеспечивает требуемой эффективности очистки, многие технологические процессы вообще не оснащены системами газоочистки.
Проблема защиты окружающей среды может быть решена за счет внедрения замкнутых технологий, которые пока не получили достаточного развития, и создания высокоэффективного оборудования для очистки газовых выбросов. Достижение требуемой эффективности очистки больших объемов газовых выбросов от газообразных и дисперсных примесей возможно в результате разработки и внедрения высокоскоростных аппаратов.
Особый практический интерес для повышения интенсивности гидродинамических и массообменных процессов представляет дисперсно-кольцевой режим течения газо-жидкостных потоков. Хотя принципы конструирования трубчатых пленочных аппаратов, в которых реализуется этот режим, разработаны сравнительно давно, их широкое использование в промышленности сдерживается недостаточной изученностью гидродинамических, тепло-и массообменных процессов, отсутствием надежных обоснованных методов расчета и рекомендаций для промышленного использования.
*' В руководстве работой в качестве научного консультанта принимал участие д.т.н., профессор Сибирской аэрокосмической академии Е.В.Сугак
Цель и задачи исследований.
Целью работы является разработка оборудования и технологии для очистки промышленных газовых выбросов в процессах химической и биохимической переработки растительного сырья.
В соответствии с целью в работе решаются следующие задачи:
сбор и анализ данных об источниках газовых выбросов и их составе, сравнительный анализ способов и аппаратов, применяемых для очистки;
исследование гидродинамических, тепло- и массобменных процессов при восходящем и нисходящем дисперсно-кольцевом режиме течения газожидкостных потоков;
исследование процесса осаждения аэрозольных частиц при дисперсно-кольцевом режиме течения в трубчатых пленочных аппаратах;
опытно-промышленные испытания технологии и оборудования для очистки отходящих газов известковой печи и воздуха от частиц дрожжей;
разработка технологических схем очистки промышленных газов, конструкций трубчатых пленочных аппаратов, работающих в дисперсно-кольцевом режиме, и методики их расчета.
Научная новизна.
Изучены основные закономерности гидродинамических, тепло- и массо-обменнных процессов в жидкой и газовой фазах при восходящем и нисходящем дисперсно-кольцевом течении газожидкостного потока.
Получены зависимости для определения области дисперсно-кольцевого режима, доли уноса, средней толщины пленки, коэффициентов гидравлического сопротивления, тепло- и массоотдачи.
Изучен процесс очистки газа от дисперсных частиц, получено уравнение для расчета эффективности их улавливания пленкой жидкости.
Разработаны научные основы расчета пленочного трубчатого аппарата при дисперсно-кольцевом режиме для очистки промышленных газовых выбросов от газообразных примесей и дисперсных частиц.
Предложены конструкции трубчатых пленочных аппаратов и технологические схемы очистки газовых выбросов.
Практическая ценность.
Предложены методы расчета гидродинамических, тепло- и массообмен-ных процессов и оценки эффективности очистки газов в пленочных трубчатых аппаратах, работающих в дисперсно-кольцевом режиме.
Разработаны конструкции аппаратов для очистки газовых выбросов, получен патент на конструкцию трубчатой насадки пленочного аппарата.
Возможность и целесообразность использования разработанных методов и конструкций подтверждена результатами экспериментальных исследований и опытно-промышленных испытаний.
Реализация работы.
Результаты работы использовались при расчетах и проектировании опытно-промышленной и промышленной установок очистки дымовых газов производительностью 30000 м3/ч шахтной печи производства извести, опытной установки очистки воздуха от кормового белка дрожжевого цеха АО «Красноярский БХЗ».
Апробация работы.
Результаты исследований докладывались и обсуждались на научно-практических конференциях «Эколого-экономические проблемы лесного комплекса» (Санкт Петербург, 1997), «Сырьевые ресурсы Нижнего Приан-гарья: геология, технология добычи и переработки, инвестиции» (Красноярск, 1997), Всероссийской научно-технической конференции «Перспективные материалы, технологии, конструкции» (Красноярск, 1998), региональной научно-методической конференции «Непрерывное экологическое образование» (Красноярск, 1998), научно-практической конференции «Проблемы химико-лесного комплекса» (Красноярск, 1998), международной научной конференции «Методы кибернетики химико-технологических процессов» KXTTI-V-99 (Казань, 1999), семинарах и конференциях Сибирского государственного технологического университета (1996-1999).
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 26 работ, одно техническое решение защищено патентом России.
Объем и структура работы.