Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время остро стоит проблема защиты окружающей среды от антропогенного воздействия. Для крупных городов и промышленных регионов наибольшую экологическую опасность представляют промышленные и выхлопные газы, выбрасываемые в атмосферу. Применяемое для их очистки оборудование в большинстве случаев является довольно материалоёмким и малопроизводительным. В то же время требования, предъявляемые к качеству очистки газовых выбросов, постоянно ужесточаются. Это обусловлено и жесткой конкуренцией производителей, и все более возрастающей ролью экологического контроля.
Поэтому, наиболее актуальной задачей аппаратурного оформления современных абсорбционных процессов является разработка эффективных аппаратов, отличающихся высокими качественными и количественными показателями.
Цель и задачи исследования.
Целью данной работы является теоретическое и экспериментальное исследование процессов массопереноса в абсорбере двухроторного типа, разработанном на кафедре МАХП СПбГТИ (ТУ), создание на его основе физико-математической модели, связывающей основные геометрические параметры аппарата и свойства обрабатываемой среды с затратами мощности, необходимой для достижения заданных значений степени очистки газовых выбросов и разработка методики расчета аппарата.
Для достижения цели исследования в работе поставлены следующие задачи:
- создание физико-математической модели, связывающей основные геометрические размеры аппарата, свойства обрабатываемой среды и технологические параметры процесса;
- создание экспериментальной установки для исследования массопереноса в абсорбере двухроторного типа;
- верификация модели и определение эмпирических констант;
- экспериментальное подтверждение эффективности использования абсорбера двухроторного типа в конкретных процессах очистки газовых выбросов с целью оптимизации технологических режимов и внедрения аппарата в производство;
- создание методики расчета аппарата.
Методы исследования. Основные теоретические и экспериментальные результаты, представленные в диссертации, основаны на применении теории массопереноса, гидродинамики перемешивания двухфазных сред «газ-жидкость», методов теории подобия, теории планирования и проведения эксперимента, методов статистического анализа данных, а также методов исследования кинетики абсорбционных процессов.
Достоверность научных положений и полученных результатов диссертации подтверждается результатами проведенных натурных экспериментов, практическими результатами применения двухроторного аппарата при очистке газовых выбросов от оксидов азота, высокими значениями коэффициента достоверности аппроксимации для предложенных зависимостей.
Научная новизна работы:
на основе анализа структуры газожидкостного слоя создана новая модель массопереноса в абсорбере двухроторного типа;
модель является универсальным подходом к расчету двухроторных аппаратов, работающих при использовании пенного режима. Она основана на рассмотрении структуры газожидкостного слоя в зависимости от скорости диссипации энергии и учитывает свойства среды, технологические параметры массопереноса и геометрию аппарата;
предложен новый более эффективный способ очистки нитрозных газов раствором карбамида.
Новизна подтверждается патентом РФ на изобретение № 2440176.
Практическая ценность и реализация работы:
разработанная методика расчета роторного аппарата может быть использована при проектировании аппаратов для очистки газовых выбросов (например, нитрозных газов);
созданная экспериментальная установка используется в учебном процессе на кафедре Машины и аппараты химических производств Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета);
предложена и внедрена на предприятии ОАО «АЗКиОС», технология очистки нитрозных газов с использованием двухроторного аппарата, которая позволила значительно сократить опасные выбросы в атмосферу.
На защиту выносятся:
полуэмпирическая физико-математическая модель, связывающая основные геометрические параметры аппарата, свойства среды и технологические параметры процесса;
результаты экспериментальных исследований очистки нитрозных газов с использованием двухроторного аппарата;
рациональная система очистки отходящих газов от оксидов азота с использованием двухроторного аппарата.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были представлены: на всероссийском форуме студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и инновации в технических университетах» (г. Санкт-Петербург, 2008 г.); на конференции политехнического симпозиума «Молодые ученые – промышленности Северо-Западного региона» (г. Санкт-Петербург, 2008 г., 2010 г.); на XII научно-практической конференции «Химия – XXI век: новые технологии, новые продукты» (г. Кемерово, 2009 г.); на всероссийской научной конференции «Переработка углеводородного сырья. Комплексные решения (Левинтерские чтения)» (г. Самара, 2009 г.); на всероссийской научной молодежной школе-конференции «Химия под знаком СИГМА исследования, инновации, технологии» (г. Омск, 2010 г.); на XIX международной конференции по химическим реакторам «CHEMREACTOR-19» (Австрия, г. Вена, 2010); на 18th Annual RACI Environmental and Analytical Division R&D Topics Conference (Австралия, Тасмания, г. Хобарт, 2010 г.); на международной научно-практической конференции «Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании 2010» (г. Одесса, 2010 г.); на научно-технической конференции «Неделя науки - 2011» Санкт-Петербургского технологического института (технического университета) (Санкт-Петербург, 2011 г.); на научно-технической конференции, посвященной 183-й годовщине образования СПбГТИ (ТУ) (Санкт-Петербург, 2011 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 работ, в том числе одна работа в журнале, рекомендуемом ВАК, один патент.
Структура и объем диссертационной работы. Работа состоит из введения, четырех глав, выводов по работе, списка литературы и приложений. Материал диссертации изложен на 140 страницах (из них 25 – приложения), содержит 29 рисунков, 85 формул и список литературы из 129 наименований.