Введение к работе
Актуальность проблемы. Современное развитие промышленности характеризуется интенсивным изменением разнообразных технологических процессов, сопровождающимся значительным увеличением объема вредных выбросов в атмосферу. Во многих отраслях промышленности в качестве отхода производства выбрасывается большое количество газов, которые в большинстве случаев содержат во взвешенном состоянии мелкие частицы жидкости (капли). Капельные выбросы представляют серьезную угрозу окружающей среде. Помимо экологического аспекта капельные выбросы оказывают негативное влияние на работу различного оборудования отрасли химической промышленности. Мелкодисперсная фаза, попадая в рабочую среду, сильно ее загрязняет и не лучшим образом сказывается на работе аппарата. Снижение потерь капельной жидкости является актуальной технической задачей и с точки зрения ресурсосбережения при аппаратурном оформлении аппаратов для осуществления процессов химической технологии. Каплеуловители применяются для дополнительной сепарации потока газа, вышедшего из основного аппарата, и обеспечивают окончательную очистку газа от капельной жидкости, которая может подняться и выйти с потоком газа в результате временного нарушения технологического режима.
Названные обстоятельства делают очевидной потребность в использовании каплеулавливающих устройств, и указывают на необходимость в разработке новых и усовершенствовании существующих конструкций каплеуловителей.
Разрабатываемые каплеулавливающие устройства должны обеспечивать высокую эффективность улавливания частиц жидкости, должны быть удобны для монтажа и демонтажа в используемом оборудовании. Кроме того, при использовании в аппаратах с агрессивными средами, каплеулавливающие устройства должны обладать высокой коррозионной стойкостью.
В этой связи дальнейшее совершенствование конструкций каплеулавливающих устройств является актуальной задачей в энергетической, химической и других отраслях промышленности.
Как показывает анализ каплеулавливающих устройств, в последние годы уделяется особое внимание насадочным каплеуловителям, рабочей поверхностью которых является насадочный элемент, который может быть выполнен в виде регулярно или нерегулярно (внавал) уложенного слоя насадки различной формы. Насадки являются основным элементом каплеулавливающего устройства, оказывают влияние на эффективность каплеулавливания и на сопротивление, т.е. на затраты энергии на транспортировку газа через аппарат.
Анализ конструкций насадок, созданных в последние годы, показывает, что каждое новое конструктивное решение дает незначительный выигрыш в пропускной способности и гидравлическом сопротивлении, и еще в меньшей степени – в эффективности. Попытки увеличить эффективность за счет развития геометрической поверхности элементов ведут к снижению пропускной способности и усложнению конструкции. В то же время стремление увеличить пропускную способность и улучшить омываемость всей поверхности элемента путем его перфорирования ведет к снижению эффективности улавливания капель. Таким образом, в настоящее время актуальна задача поиска таких новых конструктивных решений, которые при сохранении или некотором улучшении основных показателей будут просты и дешевы при крупносерийном производстве.
Цель работы – разработка новой кольцевой насадки для использования в насадочных каплеулавливающих устройствах, которая обладает высокой степенью эффективности улавливания капель жидкости из потока газа и обеспечивает малое гидравлическое сопротивление; получение расчетных зависимостей для определения гидравлического сопротивления разработанной насадки; разработка алгоритма и методики расчета каплеуловителя с применением разработанной насадки. Исследование влияния регулярной укладки колец Рашига на рост гидравлического сопротивления. Разработка нового способа регулярной укладки, который обеспечивает увеличение эффективной поверхности насадки и позволяет снизить гидравлическое сопротивление. Получение расчетных эмпирических зависимостей для расчета гидравлического сопротивления сухой кольцевой насадки уложенной по новому способу.
Научная новизна работы:
1. Результаты исследования гидродинамических и каплеулавливающих характеристик разработанной новой кольцевой керамической насадки типа N3C защищенной патентом РФ (Патент на полезную модель № 95555 зарегистрированный в Государственном реестре полезных моделей РФ 10.07.2010 г.).
2. Результаты исследования гидродинамических характеристик предложенного и защищенного патентом РФ нового способа регулярной укладки кольцевой насадки (Пат. 2440843 РФ, МПК В 01 J 19/32).
Практическая значимость.
1. На основании произведенных исследований по изучению гидродинамики новой кольцевой керамической насадки получены расчетные эмпирические зависимости для определения гидравлического сопротивления сухой насадки.
2. Предложена методика и алгоритм расчета каплеулавливающего устройства заполненного новой насадкой.
3. Получены расчетные эмпирические зависимости для расчета гидравлического сопротивления сухой кольцевой насадки уложенной по новому способу.
4. Практический интерес по использованию новой насадки подтвержден ООО «Энергогазмонтаж» (г. Санкт- Петербург) при усовершенствовании очистных сооружений для улучшения экологической обстановки на теплоэлектростанциях; ОАО Научно-производственный комплекс «Северная Заря» (г. Санкт- Петербург) при усовершенствовании очистных сооружений на предприятии для очистки дымовых газов; Министерство промышленности Республики Беларусь Производственное объединение «Минский тракторный завод» (г. Минск) при усовершенствовании газоочистного оборудования в литейных цехах; Kauno Termofikacijos elektrine (Kaunas) при усовершенствовании очистного оборудования по очистке отходящих газов.
Практический интерес по использованию регулярной укладки кольцевой насадки подтвержден АО «Ахема» (Achema AB, Lithuania) для замены насадки в цеху №2 на установках АХУ в скрубберных аппаратах.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были доложены на: 13th International Conference. Biosystems Engineering and Processes in Agriculture. Lithuaniae Academia Scientiarum, Raudondvaris, 25 – 26 сентября 2008 г.; Научной конференции студентов и молодых ученых МГУИЭ, г. Москва, 21 – 23 апреля 2010 г.; Научной конференции студентов и молодых ученых МГУИЭ, г. Москва, 19 – 22 апреля 2011 г.; 8-ой Международной конференции инженерной экологии, г. Вильнюс, Литва, 19 – 20 мая 2011 г; 5-ой Международной научно-практической конференции «информационные технологии в образовании науке и производстве», Протвино, 4 — 8 июля 2011 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 работ, из них: 9 статей в научно-технических журналах, в том числе 2 в изданиях, рекомендованных ВАК, 3 в иностранных журналах, 6 тезисов докладов, 2 описания патента.
На защиту выносятся:
1. Результаты экспериментальных исследований гидродинамических и каплеулавливающих характеристик новой кольцевой керамической насадки, используемой для решения задач улавливания капель жидкости из потока отходящих газов.
2. Эмпирические зависимости для инженерного расчета гидравлического сопротивления каплеулавливающего устройства с элементами новой кольцевой керамической насадки.
3. Алгоритм и методика расчета каплеулавливающего устройства с элементами новой кольцевой керамической насадки, используемого для улавливания капель из потока отходящих газов.
4. Результаты экспериментальных исследований гидродинамических характеристик кольцевой насадки уложенной новым способом, используемой для ведения процессов абсорбции, ректификации, также процессов нефтепереработки и газоочистки.
5. Эмпирические зависимости для инженерного расчета гидравлического сопротивления сухой кольцевой насадки уложенной предложенным способом.
Достоверность полученных результатов исследований подтверждена данными, полученными на опытном стенде в испытательной лаборатории ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева и на опытном стенде МГУИЭ кафедры ПАХТ. Измерительные приборы для экспериментальных исследований были сертифицированы и аттестованы согласно требованиям ГОСТ и технических условий.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения и 7 глав, содержит 154 страницы, в том числе 146 страниц машинописного текста, 17 таблиц, 53 рисунка, список использованной литературы из 145 наименований и приложений на 8 страницах.
