Введение к работе
Актуальность темы:
Дезодорация больших объемов атмосферного воздуха является актуальной задачей для систем жизнеобеспечения современных мегаполисов. В современных городах одним из факторов, влияющих на ухудшение состояния среды обитания, является загрязнение воздушного бассейна. К основным источникам загрязнения относятся автотранспорт, крупные промышленные предприятия и объекты городского Водоканала. Формирование городских агломерации и одновременно дефицит земель пригодных для жилищного строительства приводит к тому, что жилые районы приближаются к очистным сооружениям систем канализации, водоотведения и полигонам твердых бытовых отходов. Так же вопросы загрязняющих веществ остро затрагивают и предприятия городского хозяйства, занимающихся очисткой канализационных стоков.
Для дезодорации больших объемов воздуха вблизи объектов загрязнения широко используются орошаемые насадочные колонны. В качестве насадочных тел широко используются кольца Рашига, кольца Палля, седла Берля и пр. Также, на данный момент, в орошаемых колоннах все чаще находят применения насадки из новых материалов - на основе полимеров. В данном исследовании рассмотрен новый вид насадки -пористая полимерная насадка в виде колец, изготовленная методом пневмоэкструзии. Данный метод позволяет, в широком диапазоне, изменять структуру материала, а именно плотность напыления и толщину нити. Варьирование данных параметров позволяет создавать насадку различной толщины, плотности и пористости. В связи с этим исследования гидродинамических свойств новых типов насадки скрубберов, является актуальной задачей.
Степень разработанности темы: На сегодняшний день существуют различные способы дезодорации воздуха такие как: адсорбционный, абсорбционный, аэрозольный и т.д. В диссертационной работе выбран абсорбционный способ, который, на взгляд автора, наиболее предпочтителен для обработки больших объемов газовоздушной смеси.
Процессы дезодорации в данном случае происходят в орошаемых колоннах с наполнителем из различных тел. Исследованию процессов, протекающих в абсорберах, посвящены работы целого ряда исследователей, таких как: Кафаров В.В., Дытнерский Ю.И. и др. Кисаров В.М. и Шестопалов В.В. в своих исследованиях заложили основы математического моделирования процесса абсорбции в неподвижном слое абсорбента
Несмотря на большое количество работ по совершенствованию абсорбционных систем с колоннами орошаемого типа, работ, посвященных
применению пористой полимерной насадки, полученной методом пневмоэкструзии, в литературе не встречается.
Цели и задачи работы: Разработать математическую модель и методику расчета для проектирования абсорбционных систем дезодорации в системах жизнеобеспечения, с применения пористых материалов, полученных методом пневмоэкструзии, в качестве наполнителя орошаемых колонн.
Достижение поставленной цели потребовало решение следующих задач:
Проанализировать теоретические и провести экспериментальные исследования насадочных колонн орошаемого типа для дезодорации воздуха с использованием насадки в виде колец на основе полимерных пористых материалов, полученных методом пневмоэкструзии.
Разработать математическую модель и методику гидродинамического расчета орошаемых колонн с наполнителем из пористого полимерного материала;
Создать опытные образцы абсорбционных систем дезодорации воздуха и оценка эффективности их работы;
Внедрить результаты работы на предприятиях соответствующего профиля и в учебном процессе специализированных кафедр;
Научная новизна работы:
Разработаны научные основы создания абсорбционных орошаемых колонн с наполнителем из полимерного пористого материала, для дезодорации воздуха в системах жизнеобеспечения, а именно:
Предложена методология расчета абсорбционных орошаемых колонн с новым видом наполнителя, позволяющая в первом приближении оценить работоспособность системы дезодорации
Разработана математическая модель гидродинамического процесса, происходящего в колоннах орошаемого типа в системе дезодорации.
Получены экспериментальные данные гидродинамического процесса, проходящего в абсорберах с наполнителем из пористого полимерного материала.
Теоретическая ценность: Разработанная математическая модель и методика расчета позволят снизить трудозатраты проектировщиков на предпроектном этапе выполнения технического задания. Так же материалы диссертационной работы используются в учебном процессе магистрантов специализированных кафедр.
Практическая ценность работы:
Материалы данной работы были использованы при проектировании систем дезодорации воздуха для ГУП «Водоканал» города Сочи, а также при разработки экспериментальных установок дезодорации воздуха для ГУП «Водоканал» города Санкт-Петербург.
Положения, выносимые на защиту;
Разработанная математическая модель и методика расчета орошаемой колонны насадочного типа с применением насадки из пористого пневмоэкструдированного полимерного материала.
Результаты экспериментального исследования орошаемой колонны насадочного типа с применением насадки из пористого пневмоэкструдированного полимерного материала.
Результаты анализа эффективности экспериментального образца по разработанной теоретической модели расчета орошаемой колонны насадочного типа с применением насадки из пористого пневмоэкструдированного полимерного материала.
Достоверность теоретических положений, расчетов,
экспериментальных данных и выводов подтверждается созданием эффективной системы дезодорации для различных промышленных объектов при больших объемах, обрабатываемых газовоздушных смесей и соответствием характеристик этих промышленных объектов техническим заданиям и положительными результатами испытаний.
Апробация: Основное содержание диссертации отражено в 6 публикациях, в том числе в 5 журналах, рекомендованных ВАК РФ и 1 в материалах международной конференции.
По результатам работы в период с 2013 по 2017 гг. были представлены и обсуждены доклады на 6 различных конференциях:
XLIII научной и учебно-методической конференции НИУ
ИТМО (Санкт-Петербург 2014 год)
XLIV научная и учебно-методическая конференция НИУ
ИТМО (Санкт-Петербург 2015 год)
Конгрессе молодых ученых (Санкт-Петербург 2015 год)
VII Международной научно-техническая конференции «Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке» (Санкт-Петербург 2015 год)
IV Всероссийском конгрессе молодых ученых (Санкт-Петербург 2015 год)
XL VI Научная и учебно-методическая конференция Университета ИТМО (Санкт-Петербург 2017 год)
Внедрение результатов работы.
На основе выполненных научных исследований, при непосредственном участии автора, созданы промышленные образцы системы дезодорации.
Материалы работы были использованы при проектировании систем дезодорации воздуха для ГУП «Водоканал» города Сочи, а также при разработки экспериментальных установок дезодорации воздуха для ГУП «Водоканал» города Санкт-Петербург
Результаты данных исследований используются в учебном процессе профильных кафедр университета ИТМО
Объем и структура. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и содержит 93 страницы, 29 таблиц, 63 рисунка, 3 приложения. Список использованной литературы включает 111 наименований работ отечественных авторов.