Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Аналитический обзор и выбор направления исследований 10
1.1. Анализ планировочных решений автозаправочных станций 10
1.2. Оценка экологической опасности АЗС 21
1.3. Анализ методов и средств нейтрализации паровоздушных углеводородных выбросов топливохранилищ АЗС 24
1.4. Обоснование и выбор направления исследований 36
1.5. Выводы по первой главе 37
ГЛАВА 2. Экспериментальные исследования по оценке загрязненности атмосферного воздуха выбросами АЗС 39
2.1. Характеристика объектов исследования 39
2.2. Методика проведения экспериментальных исследований. 41
2.3. Анализ результатов экспериментальных исследований .
2.3.1. Результаты предварительного исследования 49
2.3.2. Результаты основного эксперимента 65
2.4. Выводы по второй главе 71
ГЛАВА 3. Теоретические исследования закономерностей процессов массообмена в абсорбционном аппарате для улавливания паров бензина 72
3.1. Разработка конструкции абсорбционного аппарата для улавливания паров бензина 72
3.2. Теоретические исследования закономерностей массообмена в абсорбционном аппарате предложенной конструкции 76
3.3. Выводы по третьей главе 86
ГЛАВА 4. Экспериментальные исследования по оценке характеристик предложенного аппарата для абсорбционного улавливания паров бензина 87
4.1. Описание экспериментального стенда 87
4.2. Методика проведения экспериментальных исследований . 89
4.3. Анализ результатов экспериментальных исследований. 94
4.4. Практическая реализация результатов исследований 107
4.5. Выводы по четвертой главе 109
Заключение 110
Библиографический список
- Анализ методов и средств нейтрализации паровоздушных углеводородных выбросов топливохранилищ АЗС
- Анализ результатов экспериментальных исследований
- Теоретические исследования закономерностей массообмена в абсорбционном аппарате предложенной конструкции
- Методика проведения экспериментальных исследований
Введение к работе
Актуальность. В современных городах автозаправочные станции (АЗС) являются неотъемлемой частью городского хозяйства. Так, по приводимым в литературных источниках данным в России за последние 30 лет объем топлива, реализуемого на АЗС, расположенных на селитебных территориях, возрос более чем в 10 раз.
Ввиду специфики технологических процессов, связанных с приемом, хранением и отпуском бензина и дизельного топлива, при проектировании и эксплуатации автозаправочных станций основное внимание уделяется обеспечению их пожаро-взрывобезопасности. Вместе с тем, выбросы загрязняющих веществ в атмосферу города от источников только одной среднестатистической АЗС достигают до 9,9 т/год. При этом основная масса приходится на пары нефтепродуктов.
По существующим нормативам размер санитарно-защитной зоны АЗС устанавливается от 50 м до 100 метров в зависимости от количества топливораздаточных колонок, вида отпускаемого топлива и обслуживаемого транспорта. Однако, проведенный анализ показал, что в большинстве случаев (например, в г. Ставрополе – более 35%) жилая зона располагается в пределах СЗЗ автозаправочных станций, и концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе на границе жилой застройки на 20–30% превышают нормативы ПДК.
Особую проблему составляют выбросы паров топлива из дыхательных систем автозаправочных станций при заполнении опорожненных резервуаров и при хранении топлива («большие» и «малые» дыхания). В условиях АЗС для снижения выбросов паров бензина в атмосферу городов чаще всего применяются системы улавливания легких фракций (УФЛ). Однако применяемые в настоящее время методы и средства УФЛ либо имеют высокую стоимость, либо характеризуются низкой степенью улавливания, либо вызывают неисправности технологического оборудования станции и элементов топливных систем заправляемых автомобилей.
С учетом новых принципов градостроительства – обеспечение биосферной совместимости и прогрессивное развитие урбанизированных территорий - актуальными являются исследования, направленные на совершенствование конструктивно-режимных параметров и повышение эффективности средств улавливания паров нефтепродуктов, содержащихся в выбросах городских автозаправочных станций.
Работа выполнялась в соответствии с тематическим планом научно-исследовательских работ ФГБОУ ВПО Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета.
Цель работы – повышение экологической безопасности расположенных на селитебных территориях автозаправочных станций посредством совершенствования средств очистки выбросов в атмосферу от паров нефтепродуктов.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:
- анализ планировочных решений и особенностей размещения автозаправочных станций в городской застройке;
- анализ факторов, вызывающих загрязнение атмосферного воздуха застроенных территорий парами нефтепродуктов при эксплуатации АЗС;
- расчетная оценка массы выбросов в атмосферу города паров нефтепродуктов от источников АЗС и обусловливаемых ими концентраций;
- натурные исследования по оценке фактического уровня загрязнения атмосферного воздуха в жилой застройке парами нефтепродуктов при эксплуатации АЗС;
- анализ методов и средств, применяемых в настоящее время для снижения выбросов в атмосферу города паров бензина;
- разработка конструкции аппарата для очистки выбросов АЗС от паров бензина;
- теоретические и экспериментальные исследования по оценке характеристик предлагаемого аппарата для очистки выбросов АЗС от паров бензина.
Основная идея работы состоит в использовании для очистки выбросов от паров бензина метода абсорбции с использованием керосина в качестве сорбента.
Методы исследования включали: аналитическое обобщение известных научных и технических результатов, экспериментальные исследования, обработку экспериментальных данных методами математической статистики.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована применением классических положений теоретического анализа, планированием необходимого объема экспериментов, подтверждена удовлетворяющей требуемым критериям сходимостью полученных результатов экспериментальных исследований с результатами других авторов.
Научная новизна работы:
- на основе анализа закономерностей массообменных процессов в абсорбционном аппарате предложенной конструкции получено уравнение, описывающее закономерности обмена количеством массы в объеме контактных камер, характеризующее реализуемые в нем процессы;
- экспериментально установлены зависимости для оценки эффективности улавливания паров бензина с учетом конструктивно-режимных параметров работы предложенного аппарата – скорости газового потока в сечении контактной камеры; высоты загрузки в контактной камере; степени заполнения сорбентом контактных камер; вида сорбента;
- на основании результатов экспериментальных исследований получена зависимость, характеризующая гидравлическое сопротивление аппарата с учетом конструктивно-режимных параметров его работы;
- по результатам натурных измерений получены и обобщены данные о фактическом загрязнении атмосферного воздуха парами нефтепродуктов на границе жилой застройки и санитарно-защитной зоны городских автозаправочных станций.
Практическое значение работы:
- разработана конструкция аппарата абсорбционной очистки выбросов от паров нефтепродуктов от резервуаров хранения топлива, новизна которой подтверждена патентом на полезную модель.
Реализация результатов работы:
- на автозаправочной станции ООО «АЗС-70» (г. Ставрополь) прошла опытно-промышленные испытания установка для абсорбционной очистки выбросов АЗС от паров бензина;
- материалы диссертационной работы используются кафедрой «Безопасность жизнедеятельности в техносфере» ФГБОУ ВПО Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета при подготовке бакалавров по направлению 280700.62 Техносферная безопасность;
- материалы диссертационной работы используются кафедрой «Защита в чрезвычайных ситуациях» ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный университет» при подготовке специалистов по направлению 280700.62 Техносферная безопасность.
На защиту выносятся:
- полученное на основе анализа закономерностей массообменных процессов в абсорбционном аппарате предложенной конструкции уравнение, описывающее закономерности обмена количеством массы в объеме контактных камер, характеризующее реализуемые в нем процессы;
- экспериментально установленные зависимости для оценки эффективности улавливания паров бензина с учетом конструктивно-режимных параметров работы предложенного аппарата – скорости газового потока в сечении контактной камеры; высоты загрузки в контактной камере; степени заполнения сорбентом контактных камер; вида сорбента;
- полученная на основании результатов экспериментальных исследований зависимость, характеризующая гидравлическое сопротивление аппарата с учетом конструктивно-режимных параметров его работы;
- полученные по результатам натурных измерений и обобщения данные о фактическом загрязнении атмосферного воздуха парами нефтепродуктов на границе жилой застройки и санитарно-защитной зоны городских автозаправочных станций.
Апробация. Основные положения результатов работы докладывались и обсуждались на: международной научно-практической конференции «Экология и безопасность жизнедеятельности» (Пенза, 2007–2008 г.г.); международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы безопасности жизнедеятельности: интеграция науки и практики» (Ставрополь, 2008, 2009 г.г.); международной научно-практической конференции «Природноресурсный потенциал, экология и устойчивое развитее регионов России» (Пенза, 2010 г.); международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы безопасности жизнедеятельности и защиты населения и территорий в чрезвычайных ситуациях» (Ставрополь, 2010, 2011 г.г.); международной научно-практической конференции «Безопасность городской среды» (Ярославль, 2010 г.); международной конференции «Антропогенная трансформация природной среды» (Пермь, 2010 г.); международной научно-практической конференции «Современные проблемы качества природной и техногенной сред» (Тамбов, 2010 г.); международной молодежной научной конференции «Научный потенциал XXI века» (Ставрополь, 2012 г.); региональной научно-технической конференции «Вузовская наука – Северо-Кавказскому региону» (Ставрополь, 2007-2012 г.г.); ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ФГБОУ ВПО «Северо-Кавказский государственный технический университет» (Ставрополь, 2007-2012 г.г.); ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ФГБОУ ВПО Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета (2010, 2011, 2013 г.г.).
Публикации. Основные результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 16 работах, в числе которых 4 статьи, опубликованные в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ, и 1 патенте.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, библиографического списка и приложений. Общий объем работы: 132 страницы, в том числе: 112 страниц – основной текст, содержащий 21 таблицу на 29 страницах, 26 рисунков на 25 страницах; список литературы из 130 наименований на 15 страницах; 2 приложения на 5 страницах.
Анализ методов и средств нейтрализации паровоздушных углеводородных выбросов топливохранилищ АЗС
Склад представляет собой железобетонный футляр-саркофаг, стены которого выполняются из панелей стеновых лёгкобетонных, и в котором на железобетонных опорах ниже уровня земли установлены резервуары, днища которых находятся на отм. - 1,0 м. Крыша саркофага выполняется из пустотелых железобетонных плит [18].
Все резервуары установлены на железобетонные столбики высотой 0,2 м от основания (фундамента) склада. Основание склада выполняется с уклоном в сторону приёмника утечек. Приёмник утечек оборудуется трубой контроля герметичности резервуаров с заглушкой из перфорированной асбоцементной трубы диаметром 273 мм [18].
Пространство под резервуарами засыпается промытым крупным гравием, а прочее свободное пространство — мелкозернистым песком с уплотнением. Резервуары рассчитаны на избыточное давление паров не более 0,07 МПа [18]. Каждый резервуар оборудуется: - двумя технологическими шахтами с расположенным в них технологическим оборудованием; - горловиной с крышкой, имеющей прокладку из маслобензостойкой резины; - топливопроводом наполнения, оснащённым расположенным в сливном колодце приёмным патрубком с муфтой МСМ и фильтром грубой очистки; - топливопроводом выдачи; - замерным колодцем для метр-штока, который используется при определении уровня топлива в резервуарах; - трубопроводом газоуравнительной системы; - дыхательной трубкой, оборудованной совмещённым механическим клапаном с огневым преградителем типа СМДК-50. Клапан устанавливается на конце вертикального участка дыхательного трубопровода на высоте 4,5 м от уровня планировочной отметки земли и служит для выравнивания давлений в резервуаре и окружающем пространстве при «малых» дыханиях [18].
Бензин и дизельное топливо поступают на АЗС в автомобильной цистерне. Прибывшая на разгрузочную площадку автоцистерна сливает моторное топливо через герметичную сливную муфту в соответствующий резервуар принудительным способом, насосом автоцистерны. Во время приёма топлива на разгрузочной площадке находятся два человека — водитель автоцистерны и оператор. Согласно нормативным требованиям отпуск горючесмазочных материалов (ГСМ) через ТРК в процессе разгрузки автоцистерны не осуществляется. Средняя продолжительность разгрузки составляет 20 минут [18].
Трубопроводы линии подачи и выдачи топлива расположены в подземных бетонных лотках, засыпанных песком с уплотнением. Запорные вентили трубопроводов выдачи топлива находятся в колодцах возле разгрузочной площадки [18]. Для сбора условно чистых ливневых стоков и аварийных проливов ГСМ используется система ливневой канализации, включающая: - открытые железобетонные лотки, расположенные по периметру разгрузочной площадки и забранные металлическими решётками; - дренажный трубопровод, связывающий лотки с резервуаром сбора крупных утечек и ливневых вод; - заглубленный стальной резервуар ёмкостью 4 м , выполняющий роль сборника ливневых вод и аварийных проливов ГСМ. По мере наполнения резервуара загрязнённые нефтепродуктами сточные воды и осадок вывозятся спецавтотранспортом в места, согласованные с природоохранными службами [18].
На АЗС могут размещаться следующие служебные и бытовые здания (помещения) для персонала АЗС: операторная, администрации, котельной, приема пищи, службы охраны, а также санузлы, кладовые для спецодежды, инструмента, запасных деталей, приборов и оборудования [18].
Помимо указанных, на территории многотопливных АЗС, АГНКС или АГЗС (кроме АГЗС с одностенными резервуарами), а также на территории АЗС с подземными резервуарами для хранения жидкого моторного топлива допускается размещать здания (помещения) сервисного обслуживания пассажиров, водителей и их транспортных средств. Для сервисного обслуживания пассажиров и водителей могут предусматриваться магазин сопутствующих товаров, кафе и санузлы, для сервисного обслуживания транспортных средств - посты технического обслуживания и мойки автомобилей [18].
На территории АЗС не допускается размещение помещений категорий «А», «Б» (за исключением помещений для оборудования со сжатым природным газом и перекачивания сжиженного углеводородного газа, которое относится к технологической системе АЗС) и «Г» (за исключением котельной). В помещениях сервисного обслуживания транспортных средств не допускается предусматривать технологические процессы, в которых обращаются горючие газы, легковоспламеняющиеся жидкости, а также горючие пыли (например, окраска и т.п.). На территории АЗС с надземными резервуарами для хранения жидкого моторного топлива и АГЗС с одностенными резервуарами размещение котельной категории "Г" не допускается [2, 18, 21, 55, 67].
Минимальные расстояния от АЗС жидкого моторного топлива до смежных объектов (табл. 1.1, рис. 1.3) определяются [67]: - от стенок резервуаров (сосудов) для хранения топлива и аварийных резервуаров, наземного и надземного оборудования, в котором обращается топливо и/или его пары, корпуса ТРК и раздаточных колонок СУГ или сжатого природного газа, границ площадок для автоцистерны (АЦ) и технологических колодцев, от стенок технологического оборудования очистных сооружений, от границ площадок для стоянки транспортных средств и от наружных стен и конструкций зданий АЗС. Расстояния от зданий (помещений) для персонала АЗС, сервисного обслуживания водителей, пассажиров и их транспортных средств до объектов, не относящихся к АЗС не регламентируются; - до границ земельных участков детских дошкольных учреждений, общеобразовательных школ, школ-интернатов, лечебных учреждений со стационаром, одноквартирных жилых зданий, а для жилых и общественных зданий другого назначения - до окон (дверей); - до ближайшей стены (перегородки) помещения (при расположении помещений различного функционального назначения в одном здании). Минимальные расстояния до автомобильных дорог и улиц населенных пунктов определяются в зависимости от их категории, а именно [67]: - до магистральных дорог и магистральных улиц общегородского значения - как для автомобильных дорог общей сети I, II и III категорий;
Анализ результатов экспериментальных исследований
По гидродинамическим характеристикам абсорберы Вентури условно подразделяются на высоконапорные (с гидравлическим сопротивлением до 30 кПа) и низконапорные (с гидравлическим сопротивлением не выше 3-5 кПа).
В абсорберах Вентури вся жидкость выносится вместе с газом из рабочего объема аппарата, а количество брызгоуноса определяется конструкцией каплеуловителей, в качестве которых за абсорберами Вентури во многих случаях применяются циклоны НИИОГаза.
Промышленные абсорбционные установки подразделяются на системы с однократным и системы с многократным использованием абсорбера.
В первом случае не предусматривается регенерация абсорбента. Этот вариант используется для получения в результате абсорбции готового продукта или полупродукта. Такая схема применяется для очистки газов от примесей, если поглотитель достаточно дешев, а извлекаемый компонент не представляет ценности или выделяется в незначительных количествах [32, 33]. Гораздо чаще используются схемы с многократным использованием абсорбента [30]. Десорбция компонента осуществляется путем отдувки воздухом или паром.
Примером использования абсорбционных систем для улавливания и рекуперации паров бензина является установка АСУР-ПБ [50]. В основу работы установок положен принцип абсорбции. В качестве абсорбента могут быть использованы производные нефти, в частности, дизельное топливо.
Установка АСУР-ПБ-40 состоит из абсорбционной колонны, насоса, и пульта управления. В абсорбционном блоке происходит улавливание парообразных углеводородов абсорбентом - дизельным топливом. Входнойпатрубок абсорбционного блока соединен с коллектором, который объединяет дыхательные трубопроводы резервуаров с бензином. Абсорбент поступает в установку из резервуара с дизельным топливом [50].
Установка АСУР-ПБ-40 работает на АЗС в двух режимах: «большого дыхания» и «малого дыхания». При «большом дыхании» паровоздушная смесь, всегда имеющаяся над поверхностью бензина в резервуарах, подается в абсорбционный блок за счет избыточного давления, возникающего в резервуарах при операциях слива бензина из автоцистерн. При этом расход ПВС может достигать 40 м7ч. На режиме «большого дыхания» установка АСУР-ПБ-40 пропускает через блок абсорбции за час 500 л дизельного топлива [50].
На режиме «малого дыхания» давление в резервуарах может подняться за счет суточного колебания температуры, однако выбросы ПВС из резервуаров при этом существенно меньше. При этом режиме нет постоянного расхода дизельного топлива через абсорбер, а только периодическое его обновление [50].
При необходимости увеличения полноты улавливания паров до 95% возможно применение холодильной установки для охлаждения абсорбента [50].
Совместные газовые обвязки или газоуравнительные системы резервуаров и автомобильных цистерн в нашей стране не используются из за технических трудностей по оборудованию автоцистерн дополнительными муфтами и клапанами, а также из-за отсутствия регенерационных установок по конденсации паров бензинов на нефтебазах, куда автоцистерны приходят под налив продукта [35]. С целью уменьшения объема выбросов в атмосферу паров углеводородов также прибегают к следующим средствам: более тщательная герметизация емкостей; снижение абсолютных значений и амплитуды колебаний температуры в газовом пространстве и хранимых продуктов; уменьшение газового пространства в резервуаре [35, 102].
В зарубежной практике в качестве средства уменьшения выбросов паров углеводородов из-за простоты и дешевизны очень часть используются плавающие крыши и понтоны. Доля резервуаров с такими устройствами за рубежом достигает 60%, тогда как в России только около 20% [35, 102]. Однако применение этих средств связано с несколькими конструктивными и технологическими проблемами, а именно: - потопление и заклинивание плавающей крыши или понтона из-за неравномерной нагрузки от атмосферных осадков, перекоса направляющих труб, образования твердых отложений на стенках резервуаров; - потери углеводородов со смоченных стенок резервуаров; - возможность загрязнения хранимого нефтепродукта примесями из атмосферного воздуха; - повышенная пожаро-взрывоопасность [35, 102].
Известен также способ сокращения потерь от испарения паров бензинов применением защитных эмульсий. При этом, на поверхность нефтепродукта наливается текучая концентрированная эмульсия с меньшей плотностью, чем у защищаемого нефтепродукта. Достоинством данного способа сокращения потерь от испарения является то, что эмульсия хорошо распространяется по всей поверхности нефтепродукта, изолируя её от газового пространства, независимо от степени отклонения стенки резервуара от цилиндрической формы. Но для АЗС применять такой способ не представляется возможным, так как имеется вполне определенная вероятность ее попадания в топливные баки автотранспорта. Имеется также и другой недостаток: при опорожнении резервуаров в случае низкого уровня слива нефтепродукта защитная эмульсия также сливается из резервуаров, вследствие чего забиваются и могут выходить из строя насосы и фильтры [2, 35, 102].
Теоретические исследования закономерностей массообмена в абсорбционном аппарате предложенной конструкции
Для улавливания паров бензина из выбросов АЗС предложена конструкция абсорбционного аппарата, схема которого представлена на рис. 3.1 [114].
Устройство относится к средствам очистки газов в пеноподобном слое, образуемом путем диспергирования жидкости закрученным потоком обрабатываемого газа. Коэффициент межфазного переноса от закрученного газовоздушного потока к жидкому сорбенту в 3-5 раз выше, чем коэффициент межфазного переноса в незакрученном газовоздушном потоке.
Конструктивное исполнение предлагаемого устройства направлено на повышение эффективности работы устройства за счет обеспечения повышения массообменных процессов между очищаемым газом и сорбентом при повышении формирования и стабилизации пеноподобного слоя, обеспечивающего поглощение вредных примесей из очищаемого газовоздушного потока и предотвращения смешивания загрязненного и очищенного газовоздушного потоков.
Предлагаемое устройство содержит металлический цилиндрический корпус, состоящий из трех герметично соединенных блоков, разделенных горизонтальными перегородками: технологического, сепарационного и блока-поддона.
Технологический блок снабжен входным патрубком загрязненного воздуха. Ось входного патрубка направлена перпендикулярно вертикальной оси корпуса, а боковые поверхности направлены по касательной к цилиндрической поверхности корпуса. Патрубок расположен на равном удалении от смежных по отношению к нему контактных камер. Входной патрубок загрязненного воздуха выполнен в форме параллелепипеда.
Внутри технологического блока размещены рабочие контактные камеры. При этом одна из камер размещена в центре технологического блока соосно его вертикальной оси, а шесть других расположены по окружности равноудаленно как друг от друга, так и от контактной камеры в центре технологического блока.
В нижнем торцевом сечении контактные камеры снабжены опорным решетчатым элементом и конфузорами с углом сужения 15-20 градусов, а в верхнем торцевом сечении - диффузорами с углом расширения 15 градусов. Внутренний объем контактных камер до 80% заполнен насыпными насадками (например, седлами Берля или кольцами Рашига).
Контактные камеры вертикально смонтированы в отверстиях горизонтальной перегородки, установленной внутри технологического блока и отделяющей его от блока-поддона. В перегородке в промежутках между отверстиями, расположенными по окружности, выполнены радиальные щелевые прорези. Кроме того, перегородка снабжена направляющими лопатками, равномерно закрепленными по окружности на нижней ее плоскости перегородки.
В верхней части технологический блок отделяется от сепарационного блока горизонтальной перегородкой, в отверстиях которой закреплены верхние концы контактных камер. В сепарационном блоке расположен пластинчатый сепаратор, предназначенный для удаления остаточного конденсата из газовоздушного потока.
Сепарационный блок снабжен патрубком выхода очищенного воздуха, а блок-поддон - патрубком слива жидкого шлама и регулятором подачи и поддержания уровня жидкости.
Устройство работает следующим образом. Подлежащий очистке газовоздушный поток, содержащий органические углеводородосодержащие примеси, через тангенциальный патрубок поступает в технологический блок устройства в закрученном режиме, равномерно распределяется в межкамерном пространстве и через щелевые прорези в нижней горизонтальной перегородке опускается к поверхности жидкого абсорбента в блоке-поддоне.
Очищаемый газовоздушный поток, проходя между направляющими лопатками, получает дополнительное ускорение, увеличивая интенсивность перемешивания очищаемого газа с жидким сорбентом и формируя при этом пенообразный слой из смеси поступающего газа и жидкого сорбента, с частичным поглощением пенообразным слоем вредных примесей. Полученная газожидкостная смесь через конфузоры поступает в рабочие контактные камеры, заполненные насадками Берля на 80% по высоте, которые повышают площадь контакта очищаемого газа с сорбентом, где и происходит окончательный процесс очистки газовоздушного потока от углеводородосодержащих примесей в закрученном пенообразном слое.
Конфузоры способствуют снижению гидравлического сопротивления и обеспечивают режим гидравлической устойчивости на входе в контактные камеры, тем самым обеспечивая стабилизацию пеноподобного слоя и, соответственно, более равномерный подвод газожидкостного потока к контактным камерам.
Насадки, заполняющие внутренний объем контактных камер, создают повышенное гидравлическое сопротивление поступающему жидкому потоку, обеспечивая режим дополнительной гидравлической устойчивости и, соответственно, способствуя повышению стабилизации пенного слоя в контактных камерах, что также повышает устойчивость гидродинамического режима работы устройства.
Кроме этого, использование насадок повышает площадь контакта очищаемого газа с сорбентом, тем самым способствует повышению массообменных процессов, и, следовательно, повышая степень очистки газовоздушного потока.
Очищенный от примесей газовоздушный поток, проходя через диффузоры, в которых происходит основная сепарация капельного сорбента, оседающего на стенки диффузора, поступает в сепарационный блок, где окончательно происходит отделение капельного сорбента в пластинчатом сепараторе.
При этом горизонтальная перегородка, отделяющая технологический блок от сепарационного, предотвращает доступ загрязненного газовоздушного потока в сепарационный блок с поступающим в него очищенным газом, не допуская смешивания двух потоков.
Очищенный газ отводится через выходной патрубок. Через патрубок слива из блока-поддона удаляется отработанный сорбент в виде жидкого шлама, содержащий углеводородосодержащие примеси.
Методика проведения экспериментальных исследований
Матрица планирования эксперимента приведена в табл. 4.2 [39].
В качестве функций отклика рассматривались степень улавливания паров бензина и аэродинамическое сопротивление аппарата.
Степень улавливания оценивалась как отношение массы уловленных паров к массе паров, содержащихся в паровоздушной смеси, поступающей Таблица 4.1 - Уровни и интервалы варьирования определяющих факторов
Наименование фактора Интервалы варьирования Уровни факторов основной 0 верхний+1 нижний-1 дк - скорость очищаемой паровоздушной смеси в контактной камере, отнесенная к 1 м/с 1,5 2,5 4 1 h3 - высота насыпной загрузки в контактной камере, отнесенная к высоте контактной камеры 0,3 0,5 0,8 0,2 К - уровень подъема жидкого сорбента в контактной камере, отнесенный к высоте контактной камеры 0,25 0,25 0,5 0 на очистку где Mls М2 - масса паров бензина до и после аппарата соответственно, г. В свою очередь М =cL (4.2)
Адекватность полученных регрессионных зависимостей и значимость коэффициентов в них оценивались по критериям Фишера и Стьюдента соответственно посредством сравнения расчетных значений этих величин с табличными [39]. Полученные результаты показали, что линейная модель неадекватна. С учетом этого был сделан вывод о необходимости аппроксимации модели полиномом второго порядка. Реализованный композиционный план второго порядка приведен в табл. 4.3 [39].
Расходпаровоздушнойсмеси, подаваемой на очистку,L, м /ч Скоростьпотока вконтактнойкамере Высотанасыпнойзагрузки вконтактнойкамереh3 Уровеньподъемасорбента вконтактнойкамере Степеньулавливанияпаров
На рис. 4.2-4.10 представлены экспериментальные зависимости, характеризующие изменение степени улавливания паров в аппарате при различных режимных параметрах его работы в случае использования в качестве жидкого сорбента мазута. Аналогичные зависимости при использовании керосина представлены на рис. 4.11-4.13, при использовании водного раствора бищофита - на рис. 4.14-4.16. 96 95 94 93
Изменение степени улавливания паров от скорости потока в контактной камере при использовании мазута в качестве жидкого сорбента при h = 0,5, /i3 = 0,8 По результатам математической обработки экспериментальных данных получены уравнения регрессии: - при использовании мазута в качестве жидкого сорбента 7] = 0,8 + 0,028ик(1 - 0Дик) + 0Д4Яз(2Д6йз - 1) + + 0Д48Лж(Лж - ОД5) (4.5) 0 12 3 4 5 VK
Изменение степени улавливания паров от скорости потока в контактной камере при использовании мазута в качестве жидкого сорбента при h = 0,5, й3 = 0,5 - при использовании керосина в качестве жидкого сорбента г] = 0,798 + 0,028ик(1 - 0,1йк) + 0Д4Л3(2,16Й3 - 1) + + 0f148ft,(fc«- ОД5) (4.6) - при использовании 20%-ного раствора бишофита в качестве жидкого сорбента г] = 0,796 + 0,028ик(1 - 0,1йк) + 0Д4Л3(2Д6Й3 - 1) + + 0,148 ( - 0,15) (4.7)
Полученные данные свидетельствуют о том, что наибольшая степень улавливания паров бензина при прочих равных условиях обеспечивается при использовании в качестве жидкого сорбента мазута. Однако с практической точки зрения при несколько меньшей эффективности применение в качестве сорбента керосина предпочтительнее, поскольку при использовании мазута требуется предусмотреть мероприятия по утилизации отработавшего сорбента, тогда как насыщенный парами бензина керосин может быть использован как топливо. VK
Изменение степени улавливания паров от скорости потока в контактной камере при использовании мазута в качестве жидкого сорбента при h = 0,25, h3 - 0,5
Изменение степени улавливания паров от Рис. 4.8. скорости потока в контактной камере при использовании мазута в качестве жидкого сорбента при Яж = 0,25, h3 - 0,2 Изменение степени улавливания паров от скорости потока в контактной камере при использовании мазута в качестве жидкого сорбента при h = 0, h3 = 0,8 87 86 85
Изменение степени улавливания паров Рис. 4.10. от скорости потока в контактной камере при использовании мазута в качестве жидкого сорбента при h = 0, Я3 = 0,5 Изменение степени улавливания паров от скорости потока в контактной камере при использовании мазута в качестве жидкого сорбента при h7K 0,h3=:0,2 95 94 93 91 3 у \ \ g (\
Также экспериментально установлено, что наибольшая эффективность достигается при скорости потока в контактной камере 2,5-4 м/с. При последующем увеличении скорости степень улавливания практически не изменяется, но значительно возрастают потери давления в аппарате (рис. 4.17).
Повышению степени улавливания паров способствует также увеличение высоты насыпной загрузки и уровня подъема жидкого сорбента в контактных камерах. Наибольшая эффективность достигается при заполнении контактной камеры седлами Берля и кольцами Рашига на 80% по высоте и при заполнении контактной камеры жидким сорбентом на 50 %.
Анализ полученных данных о зависимости аэродинамического сопротивления аппарата показал следующее. Наибольшие потери давления отмечаются в случае применения в качестве жидкого поглотителя мазута при практически равных величинах при использовании керосина и водного раствора бишофита. Показанные на рис. 4.17 зависимости соответствуют режимным параметрам аппарата, при которых достигается наибольшая эффективность.
