Экология /4.Промышленная экология и медицина труда.

к.т.н. Питак И.В., к.т.н. Моисеев В.Ф.

Национальный технический университет

«Харьковский политехнический институт», Украина

Выбор перспективного газоочистного оборудования

Основными источниками загрязнения атмосферного воздуха являются промышленные предприятия, транспорт, тепловые электростанции, животноводческие комплексы. Каждый из этих источников связан с выделением большого количества токсичных органических и неорганических веществ. Выбор метода очистки воздуха от промышленных выбросов зависит от многих факторов: вида выбрасываемой примеси; дисперсного состава примесей при выбросах; концентрации извлекаемого компонента в выбросе; объема и температуры выброса; требуемой степени очистки; возможности использования продуктов рекуперации. Выбор воздухоочистного аппарата или сооружения проводят на основании результатов расчетов их экономической эффективности, что и является целью настоящей работы.

Роторный массообменный аппарат с тороидальной камерой относится к устройствам для пылеулавливания и тепло-массообмена в системах газ-жидкость, газ-жидкость-твердое тело, жидкость-жидкость и может найти применение для проведения процессов абсорбции, десорбции, ректификации и пылеулавливания. Экспериментально определены гидравлические характеристики роторного массообменного аппарата.

Перспективным способом интенсификации процессов тепло-массобмена и пылеулавливания является гидродинамическое воздействие на поток путем его закрутки[1]. По данным литературных источников[2] вихревые контактные устройства обеспечивают высокую степень перемешивания, отличаются высокой производительностью без захлебывания, позволяют увеличить коэффициенты массопередачи в 7-6 и более раз [3].

Закрученное движение создается специальным устройством, в котором газовому потоку придается вращение вокруг оси канала [4]. Аппарaты, работающие по такому принципу во многих случаях обладают более высокими технико-экономическими показателями_, чем аналогичные устройства, основанные на осевом движении потока. В вихревых контактных устройствах можно выделить четыре последовательных, гидродинамически однородных зон: диспергирование жидкости газовым потоком на капли и их совместное прямоточное движение; прохождение двухфазного потока через завихритель, сопровождающееся осаждением основной массы капель на лопатках завихрителя; вторичное диспергирование жидкости на капли в результате срыва пленки с верхних кромок лопастей завихрителя и движение капель к периферии контактного устройства под действием центробежной силы; образование на стенке контактного устройства жидкостной пленки из осаждающихся капель и ее движение вверх совместно с газовым потоком [5].

Конструкция данного аппарата позволяет достичь высокой степени очистки воздуха от пыли при значительном снижении удельного расхода воды на орошение по сравнению с известными газоочистными устройствами.

Особенностью данного аппарата, есть то что кроме осуществления массообмена он выступает в качестве вентилятора. Поэтому для целей практического применения, а также для сравнения с другими аппаратами и проведение массообмена необходимо знать его гидравлические и энергетические характеристики. Схема лабораторной установки приведенная на рис. 1.

Аппарат состоит из корпуса 1, что представляет собою полый тор. Внутри корпуса расположенное колесо 2 с радиальными лопатками 3. Колесо через подшипниковый узел 4 приводится в действие электродвигателем 5. Внутренняя поверхность тора разделенная перегородкой на всасывающую и нагнетающую полость. Во всасывающей полости тора расположен патрубок 6 для подачи газового потока и патрубок 7 для подачи жидкости. В нагнетающей полости перед перегородкой расположен патрубок 8 для отвода очищенного газового потока и жидкостной смеси. Жидкость и газ поступают в всасывающий патрубок и в этот же патрубок подается вода на орошение. Внутри аппарата происходит контактное взаимодействие двух фаз в условиях развитого турбулентного и вихревого движения, в результате которого пыль переходит из газовой фазы в жидкость. Грязная вода и очищенный воздух через нагнетательный патрубок выводятся из аппарата в сепаратор-отстойник 8, в котором происходит каплеотделение. Очищенный воздух выводится из сепаратора-отстойника через штуцер 9.

Рис. 1 Схема лабораторной установки роторного массообменного аппарата

Принудительная закрутка газового потока вращающимся колесом с лопатками позволяет в значительной степени интенсифицировать процесс мокрой очистки газа. Улавливание пыли проводится при интенсивном гидродинамическом воздействии в нескольких режимах: на кольцевой пленочной струе, влекомой потоком газа вдоль поверхности тора; на влажных лопатках; в зоне брызг, создаваемых вращающимся колесом; на внутренних поверхностях тора.

В результате проведенных гидравлических испытаний также была получена универсальная характеристика торообразного аппарата (рис. 2 а, б, в).

Рис. 2 Универсальная характеристика роторного массообменного аппарата

а - зависимость создаваемого напора от коэффициента расхода

б - зависимость мощности аппарата от коэффициента расхода

в - зависимость КПД от коэффициента расхода

В отличия от вихревых компрессоров, в которых значение коэффициента расхода находится в пределах от 0,3 до 0,6 в нашем случае рассматривается значение коэффициента расхода от 0,2 до 0,3 (см. рис. 2 а). Такая величина коэффициента расхода связанна с особенностями масштабного перехода. Наш аппарат является тихоходным, относительно большой по геометрическим размерам и имеет тенденцию к росту. Низкий коэффициент расхода свидетельствует о возникновении интенсивного вихревого движения только в меридиональном сечении.

Зависимость мощности от расхода воздуха рассмотренного аппарата отличается от характеристик центробежных вентиляторов (см. рис. 2 б). С уменьшением расхода воздуха вихревого аппарата его мощность возрастает, достигая максимума при расходе = 0 [6]. Зависимость КПД имеет другую форму, если сравнивать с характеристикой других аппаратов. КПД падает с увеличением расхода (см. рис. 2 в). Это объясняется тем, что в лабораторной установке несовершенна проточная часть. Т.е, при больших расходах возникают местные сопротивления на входе и выходе из аппарата, что ведет к потере напора.

Учитывая выше сказанное можно сделать следующие выводы: достоинством аппарата является: создание высоких напоров, простая конструкция колеса и корпуса, возможность работы при меньших числах оборотов, высокоэффективная очистка газовых выбросов.

Литература:

1. Анюхин В.Д. Теория и расчет вихревых турбомашин: Учебное пособие. – М.: ВЗМИ, 1968. -73 с.

2. Авторское свидетельство СССР № 1604388, kл. В 01 D 3/30

3. Байбаков О.В. Вихревые гидравлические машины. – М.: Машиностроение, 1981. –197 с.

4. Бондаренко Ю.А., Козлов А.Т. Современное состояние и тенденции развития вихревых компрессоро: Обзорная информация ЦИНТИхимнефтемаш. Сер. ХМ-5. – М., 1978. – 51 с.

5. Виршубский И.М. и др. Вихревые компрессоры. – Л.: Машиностроение. Ленинградское отделение, 1988. – 271 с. ил.

6. Г.А. Ткач, М.П. Хусточкин, П.П. Хусточкин, и др. Аппарат для проведения процессов абсорбции и газоочистки. г. Харьков, Вестник НТУ «ХПИ», 1989 г.