Введение к работе
Актуальность работы. Сокращение выбросов токсичных веществ в атмосферу является одной из важнейших задач современных химических производств. При решении этой задачи очистка отходящих газов от тумана серной кислоты является сложной научно-технической и экологической проблемой. При двухконтактном способе производства серной кислоты образующийся после первого моногидратного абсорбера туман серной кислоты попадает в систему и приводит к коррозии дорогостоящего оборудования.
Современное крупнотоннажное производство серной кислоты основано на применении громоздкого и дорогого абсорбционного оборудования. Несмотря на всю очевидность дороговизны насадочных колонн, эти аппараты, тем не менее, используются, так как они по надежности проверены временем. После насадочных колонн очистку отходящих газов осуществляют в рукавных фильтрах. Однако механизм и кинетика процесса очистки отходящих газов от паров и тумана серной кислоты до сих пор изучены недостаточно. Разработчики аппаратов для улова тумана серной кислоты базируются, в основном, на данных опытно-промышленных испытаний. Научных работ, описывающих закономерности работы фильтрующих элементов, относительно мало. Поступающие на заводы фильтрующие элементы изготовлены преимущественно зарубежными фирмами. Однако анализ технико-экономической эффективности работы фильтров в промышленных условиях показывает, что действующие фильтры дороги и не удовлетворяют современным требованиям по эффективности.
Экспериментальные исследования выполнены по заказу ООО ПГ «Фосфорит», г. Кингисепп.
Цель работы состоит в снижении количества серной кислоты в отходящих газах, выбрасываемой в окружающую природную среду из-за недостаточно качественной работы брызготуманоулавливающего оборудования, а также разработка и исследование высокоэффективного пакета фильтровального материала с плоскопараллельной упаковкой волокон.
В связи с этим в настоящей работе решены следующие задачи:
1. Проанализирован состав отходящих газов производства серной кислоты с целью определения концентрации серной кислоты в тумане и размера частиц аэрозоля.
2. Исследованы существующие способы очистки газовых выбросов от брызг и тумана серной кислоты при ее производстве и методы предотвращения образования тумана при концентрировании серной кислоты, а также представлен обзор состояния рынка волокнистых фильтрующих материалов.
3. Проведены экспериментальные исследования по выбору оптимального варианта комбинации различных фильтровальных материалов.
4. Разработаны основы производства фильтровального материала с плоскопараллельной упаковкой волокон и исследованы его эффективность и гидравлическое сопротивление.
5. Разработаны рекомендации по совершенствованию технологического процесса производства серной кислоты на основе применения новой конструкции брызготуманоуловителя с высокоэффективным пакетом фильтровального материала с плоскопараллельной упаковкой волокон, обеспечивающего повышение экономической эффективности производства и снижение газовых выбросов тумана серной кислоты до норм ПДВ.
Научная новизна. Доказано, что образование тумана серной кислоты при ее производстве неизбежно, а в процессе концентрирования серной кислоты представляется возможным предотвратить образование тумана. На основании анализа дисперсного состава отходящих газов показано, что основным механизмом фильтрации является диффузионный механизм, что подтверждается и экспериментальными исследованиями. Экспериментально определено, что удерживающая способность стекловолокнистого фильтрующего материала, обеспечивающая наибольшую эффективность при заданных режимах работы аппарата, составляет 184 кг/м3. Впервые исследовано влияние обработки низкотемпературной плазмой на эффективность и гидравлическое сопротивление стекловолокнистых фильтрующих материалов: гидравлическое сопротивление не изменяется, а эффективность увеличивается в среднем на 7 – 10%. Разработаны основы технологии изготовления многослойного фильтра с плотной упаковкой слоев для очистки газов от мелкодисперсного тумана. Впервые предложена трехступенчатая очистка газов от тумана с задержанием брызг, задержанием крупнодисперсного тумана и очисткой газа от мелкодисперсного тумана.
Практическая значимость работы. Разработана и испытана конструкция элемента промышленного рукавного фильтра для эффективной очистки газов от тумана серной кислоты. Разработана технология изготовления фильтра. Результаты работы доведены до внедрения в производство на ООО ПГ «Фосфорит», г. Кингисепп.
Личный вклад автора состоит в разработке основных идей диссертации, в постановке и решении задач теоретического, экспериментального и прикладного характера в ходе выполнения исследовательской работы. При непосредственном участии автора разработаны эспериментальные установки, обоснованы методики и выполнены экспериментальные исследования, проанализированы и обобщены полученные результаты, разработаны основы технологии изготовления многослойного фильтрующего элемента с плотной упаковкой слоев и дренажным промежуточным слоем, научно обоснованы конструктивные параметры и режимы работы новых фильтрующих элеметов. Автору принадлежат основные идеи опубликованных в соавторстве статей.
Автор защищает:
1. Экспериментально доказано, что основным механизмом фильтрации при очистке газа от тумана серной кислоты волокнистыми фильтрами является диффузионный механизм, что подтверждается и теоретически на основании анализа дисперсного состава газа.
2. Результаты исследования процесса очистки газов от тумана серной кислоты разработанным фильтровальным материалом.
3. Основы технологии изготовления фильтровального материала с плоскопараллельной упаковкой волокон.
4. Конструкцию фильтровального элемента, который является частью конструкции аппарата для очистки отходящих газов от тумана серной кислоты в производстве серной кислоты и при ее концентрировании.
Апробация работы. Основные материалы диссертации были доложены на отчетных научно – технических конференциях КГТУ (г. Казань, 2005 – 2006); Международной научно-технической и методической конференции «Современные проблемы специальной технической химии» (г. Казань, 2006 – 2007); научно-практической конференции студентов и аспирантов «Наука и инновации в решении актуальных проблем города» (г. Казань, 2010); Всероссийской научной конференции молодых ученых (г. Новосибирск, 2011); 4 Межвузовской научно-практической конференции (г. Казань, 2011).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 статей, из них 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки России, и 8 тезисов Международных и Всероссийских конференций.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 132 страницах, состоит из введения, 4 глав, списка использованной литературы из 115 наименований и приложений на 30 страницах. Работа содержит 39 рисунков и 10 таблиц.
