Янв 04 2001

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ

Опубликовано в 01:07 в категории Экология города

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ

САНИТАРНОЙ ОЧИСТКИ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА ОТ ОКСИДА СЕРЫ (IV) В ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ

ЭРЛИФТНОЙ УСТАНОВКЕ.

И.Е. Малеев, М.И. Гавриленко, В.И. Никитин

Одесский государственный университет им. И.И. Мечникова

Среди проблем защиты окружающей среды, особенно остро проявляющихся в последнее время, особо остро стоит проблема загрязнения атмосферного воздуха кислыми газами, в том числе и оксидом серы (IV). Одним из источников такого загрязнения являются промышленные предприятия. Несмотря на то, что с экономическим кризисом и общим спадом производства уровень загрязнения атмосферного воздуха из стационарных источников снизился, в некоторых регионах Украины, и в Одесской области в том числе, наблюдается тенденция к увеличению выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. Это связано с тем, что топливно-энергетические комплексы, производства по переработки нефтепродуктов и их транспортировки, а также предприятия химической промышленности продолжают работать, хотя и с меньшей интенсивностью. По данным отдела защиты атмосферного воздуха при Институте Газа Национальной Академии Наук Украины, решение проблемы еще более усложняется тем, что энергетический кризис заставляет использовать запасы низкокачественного топлива, которые содержат значительное количество различных производных серы - уголь (содержание производных серы до 8%), торф (содержание до 9,5%), мазут (содержание до 3%), сланцы (содержание до 15%). И именно это топливо, по различным оценкам, в будущем станет основным источником получаемой в нашей стране энергии. На данный момент на отечественных производствах нет единой промышленной системы сероулавливания. Это объясняется долговременной недооценкой масштаба и результатов загрязнения газо-подобными выбросами различных объектов производства, а также отсутствием действенных механизмов, стимулирующих реализацию природоохранных мероприятий в дан-

ных областях. Немаловажную роль в загрязнении атмосферы оксидом серы (IV), особенно в городской черте, играет интенсивное и нерациональное развитие автомобильного транспорта. Исходя из выше сказанного, в городе Одессе сложилась неблагоприятная экологическая ситуация, на что обратили внимание многие ведущие специалисты, работающие в данной области [1].

Известны различные способы очистки газообразных технологических выбросов от оксида серы (IV). К их числу относятся азотсодержащие органические основания, обладающие целым рядом преимуществ по сравнению с используемыми в настоящее время. Однако их широкое применение для целей газоочистки во многом зависит от оптимального выбора сорбента, что возможно сделать лишь на основании всестороннего изучения взаимодействия оксида серы (IV) с различными классами азотсодержащих оснований, исследования физико-химических характеристик продуктов взаимодействия.

В последнее время эрлифтные аппараты широко используются в качестве массообменных аппаратов для осуществления различных процессов в газожидкостных системах. Существует достаточное количество работ, посвященных изучению гидродинамических и массообменных характеристик аппаратов этого типа. Однако получение достоверных данных является весьма непростой задачей из-за трудностей в прогнозировании гидродинамического поведения исследуемого аппарата. В основном все подходы для расчетов базируются на том, что характеристики однофазных потоков приблизительно можно использовать и для характеристик многофазных потоков. Вместе с тем данные, приводимые в литературе, свидетельствуют, что поведение этих систем различно. В связи с этим были продолжены ранее начатые [ 2, 3 ] исследования по изучению гидродинамических и массообменных характеристик аппарата эрлифтного типа.

Нами была предпринята попытка математической обработки результатов, полученных в ходе выполнения эксперимента, и вывода различных рядов критериальных уравнений, которые позволили нам говорить о создании математической модели эрлифтного аппарата типа ”труба в трубе”, состоящий из двух стеклянных трубок различного диаметра и находящихся одна в другой. Основные технические характеристики и параметры данного эрлифтного аппарата, а также принципиальная схема экспериментальной установки были представлены нами в ранее опубликованной статье [4]. Влияние на гидравлическое сопротивление аппарата и газосодержание таких переменных, как скорость потоков газа и жидкости, диаметра колонны, параметров газораспределительных устройств и характеристик жидкостей, изучалось широким кругом исследователей. Однако влияние формы поперечного сечения секций восходящего и нисходящего потоков, а также влияние отклонения колонны от вертикального положения и высоты жидкости в аппарате, остается малоизученно. Влияние изменения формы сечения секций восходящего и нисходящего потоков (площади поперечного сечения центральной трубы и кольцевого пространства равны и составляют 0,1 дм3) стало возможным благодаря конструктивным особенностям данного эрлифтного аппарата. Так как существует возможность подавать газо-воздушную смесь (ГВС) в пространство между трубами, или в центральную трубу, поперечное сечение секций восходящего и нисходящего потоков соответственно будут или круглого, или кольцевой формы. Жидкой фазой в опытах были дистиллированная вода и растворы азотсодержащих оснований различных концентраций (гексаметилентетрамин, карбамид, моноэтаноламин, диэтаноламин). Степень наклона колонны характеризовалась углом a между вертикалью и продольной осью колонны в ее наклонном положении.

При изменении формы поперечного сечения секции восходящего потока от круглой к кольцевой, абсолютные значения гидравлического сопротивления возрастают не более, чем на 30 - 35%. В данной работе зависимости гидравлического сопротивления (выраженные в мм.вод.ст.) от расхода ГВС (л/мин) и объема сорбента (мл) в аппарате представлены ниже в виде критериальных уравнений. При подаче ГВС в центральную трубу (уравнения 1 - 4) и при вводе ГВС в кольцевое пространство (уравнения 5 - 8 ) имеют следующий вид:

1. Vo = 500 мл, DР = 47.01 × Q0.826 5. - Vo = 500 мл, DР = 31.227 × Q0.819

2. Vo = 1000 мл, DР = 70.5 × Q0.779 6. - Vo = 1000 мл, DР = 44.68 × Q0.813

3. Vo = 1500 мл, DР = 104.2 × Q0.713 7. - Vo = 1500 мл, DР = 64.45 × Q0.768

4. Vo = 2000 мл, DР = 138.7 × Q0.696 8. - Vo = 2000 мл, DР = 101.16 × Q0.709

где: Vo - объем сорбента в аппарате; DР - гидравлическое сопротивление;

Q - расход газо-воздушной смеси.

Из приведенных уравнений видно, что гидравлическое сопротивление зависит от формы поперечного сечения секций восходящего и нисходящего потоков. Когда секция восходящего потока имеет круглую форму поперечного сечения, абсолютные значения гидравлического сопротивления выше, чем при работе аппарата с кольцевой формой поперечного сечения секции восходящего потока.

Влияние изменения угла наклона колонны на гидравлическое сопротивление определялось нами при подаче ГВС в центральную трубу. Данные приведенны в виде критериальных уравнений:

Vo - 500 мл a = 0о ; DР = 256.08 × Q0.3302 a = 1о ; DР = 246.79 × Q0.3468

a = 2о ; DР = 242.47 × Q0.3549 a = 3о ; DР = 243.39 × Q0.3556

Vo - 1000 мл a = 0о ; DР = 458.79 × Q0.2327 a = 1о ; DР = 453.12 × Q0.237

a = 2о ; DР = 455.47 × Q0.2336 a = 3о ; DР = 457.59 × Q0.2313

Vo - 1500 мл a = 0о ; DР = 660.69 × Q0.1645 a = 1о ; DР = 657.07 × Q0.1675

a = 2о ; DР = 654.98 × Q0.1747 a = 3о ; DР = 651.63 × Q0.185

где: a - угол наклона колонны от вертикальной оси, градус; Vo - объем сорбента в аппарате, мл; DР - гидравлическое сопротивление, Па; Q - расход ГВС, л/мин.

Рис. 1. Зависимость газосодержания от расхода ГВС и объема сорбента (Vo) . Ввод ГВС в центральную трубу.

1. –  4. Vo =   500мл; 5. – 8. Vo = 1000мл; 9. – 10. Vo = 1500мл.   

1. a = 00;       2.   a = 10;         3.  a = 20;       4.  a = 30;

5. a = 00;       6.   a = 10;         7.   a = 20;      8.  a = 30;

9. a = 00;       10. a = 10;         11. a = 20;      12. a = 30.

Из приведенных критериальных уравнений можно сделать вывод, что угол наклона колонны практически не влияет на гидравлическое сопротивление при малых объемах сорбента в аппарате ( от 500 до 1000 мл). При достаточно больших объемах сорбента ( от 1500 мл) с увеличением угла наклона колонны происходит незначительное уменьшение гидравлического сопротивления в эрлифтном аппарате.

Влияние угла наклона на значения газосодержания при подаче ГВС в центральную трубу представлено на рис.1. Из данных видно, что с увеличением отклонения колонны от вертикали на угол (a) газосодержание уменьшается. Одна из причин данного явления заключается в том, что пузырьки газа поднимаются вверх (при наклоне колонны) по верхней стенке колонны, и с увеличением угла a их коалисценция происходит более интенсивно. Аналогичные результаты наблюдались и у авторов [5].

Такое большое внимание к гидродинамическим особенностям аппарата обусловлено тем, что эти данные являются основой для дальнейшего изучения таких массообменных характеристик, как межфазная поверхность контакта, коэффициент массопередачи и других, которые необходимы для составления математической модели аппарата, после чего можно будет с уверенностью говорить о целесообразности применения для санитарной очистки воздуха аппаратов эрлифтного типа с водными растворами азотсодержащих оснований с его практической реализацией в производственных условиях.

Литература

1. Эннан А.А., Шихалеева Г.Н., Кудинский О.Ю. / Экологическое состояние микрорайона «лузановский» г.Одессы // Одесса. ”Астропринт” - 1998. - ”Экология городов и рекреационных зон” - Материалы международной научно-практической конференции. - С. 369 - 374.

2. Гавриленко М.И., Малеев И.Е. Никитин В.И. / Гидродинамические и массообменные характеристики плоского эрлифтного аппарата // Изв. ВУЗов. Химия и хим. технология.- 1998. - 41, №3. - стр. 101 - 104.

3. Малеев И.Е., Гавриленко М.И., Никитин В.И. / Изучение гидродинамических и массообменных характеристик аппарата эрлифтного типа в процессе сорбции оксида серы (IV). // Вести ВУЗов. Химия и хим.технология. - 2000. - 43, №2. – стр. 41 - 4З.

4. Малеев И.Е., Гавриленко М.И., Никитин В.И. / Санитарная очистка воздуха от оксида серы (IV) водными растворами гексаметилентетрамина // Одесса. ”Астропринт” - 1998. - ”Экология городов и рекреационных зон” - Материалы международной научно-практической конференции. - С. 263 - 267.

5. Yamashita F. / Effect of liquid depth, column inclination and baffle plates on gas holdup in duddle columns. // J. Chem. Eng. Jap., - 1985, - 18,№4 - p. 349 - 353.

Нет пока ответов

Комментарии закрыты.