Н а правах рукописи ГРИБКОВА ЕВГЕНИЯ ВАЛЕРЬЕВНААБСОРБЦИЯ ГАЗОВ В АППАРАТАХ С ВОЛОКНИСТОЙ НАСАДКОЙСпециальность 05.17.08 – Процессы и аппараты химических технологийАВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наукМосква – 2011 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет инженерной экологии» (ФГБ ОУ ВПО МГУИЭ).Научный руководитель доктор технических наук, профессор^ Вальдберг Арнольд ЮрьевичОфициальные оппоненты: доктор технических наук, профессорЛагуткин Михаил Георгиевичдоктор технических наук, профессор^ Лыков Олег ПетровичВедущая организация ОАО «Гипрогазоочистка»Защита состоится « 20 » октября 2011 г. в 1200 часов на заседании диссертационного совета Д 212.145.01 в Московском государственном университете инженерной экологии (МГУИЭ) по адресу: 105066, Москва, ул. Старая Басманная, 21/4, аудитория имени Л.А. Костандова (Л-207).С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета инженерной экологии.Автореферат разослан «^ 19 » сентябр^ ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ 1. Показано, что наряду с улавливанием капель туманов, волокнистые фильтры-туманоуловители достаточно эффективно способствуют абсорбции газообразных примесей, содержащихся в отходящих газах, за счет орошения фильтра соответственно подобранным абсорбентом. 2. Обобщены данные по аэродинамике различных видов волокнистых насадок и предложены зависимости для инженерного расчета гидравлического сопротивления волокнистых фильтров-туманоуловителей при орошении фильтра соответственно подобранным абсорбентом в условиях автомодельного режима, характерного для их работы. 3. Получены эмпирические зависимости для расчета объемных коэффициентов массоотдачи и высоты единицы переноса для плохо и хорошо растворимых газов, определены рациональные режимы работы волокнистых фильтров-туманоуловителей, решающих задачу комплексной очистки газов от взвешенных частиц и газообразных примесей, при которых обеспечивается достижение максимальных значений коэффициентов абсорбции газов. 4. Установлено, что при абсорбции хорошо растворимых газов с увеличением скорости газового потока наблюдается стабильный рост коэффициента массопередачи; в случае же поглощения плохо растворимых газов существует ограничение по скорости газа, связанное с падением роста коэффициента массопередачи при увеличении скорости газового потока выше некоторого предела. При этом, экстремальный характер указанной зависимости объясняется сравнительно низкой растворимостью таких газов. 5. Предложен алгоритм и методика расчета волокнистых фильтров-туманоуловителей, решающих задачу комплексной очистки газов от взвешенных частиц и газообразных примесей. 6. Разработана и защищена патентом насадка из сетки трикотажного плетения (Пат. 2411079 РФ; опубл. 10.02.2011, Бюл. № 4), обладающая развитой удельной геометрической поверхностью и сравнительно невысоким удельным гидравлическим сопротивлением. 7. Проведенная оценка относительных энергозатрат на проведение массообмена в жидкой фазе как отношение объемного коэффициента массоотдачи к удельному гидравлическому сопротивлению слоя насадки показала преимущество насадки из сетки трикотажного плетения по сравнению с широко используемыми в настоящее время насадками. 8. Результаты работы использованы при реконструкции действующих и проектировании новых установок очистки отходящих газов от аэрозолей и газообразных компонентов (ОАО «НИИОГАЗ», ФГУП «СоюзпромНИИпроект», г. Москва; ООО «Иматек и К», г. Минск, Республика Беларусь).^ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ ВЕП – высота единицы переноса, м; ЧЕП – число единиц переноса; А=ξж/φ2 – отношение коэффициента гидравлического сопротивления, обусловленного подводом орошающей жидкости, к квадрату доли насадки занятой газом; d – диаметр проволоки, м; d50 – диаметр частиц, улавливаемых в аппарате с эффективностью 0,5, м; F – площадь поперечного сечения аппарата, м2; – массовая скорость газа, кг/(м2·ч); ^ Н – толщина насадочного слоя, м; hог – общая высота единицы переноса (ВЕП) в газовой фазе, м; К’pv – объемный коэффициент массопередачи в газовой фазе, кмоль/(м3·с·Па); Кyv=Кpv·Р – объемный коэффициент массопередачи в газовой фазе, кмоль/(м3·с); L – плотность орошения, кг/(м2·ч); Lфр, Lпоп– плотность орошения при фронтальном и поперечном орошении, кг/(м2·ч); (L/G)2·(ρг/ρж) – параметр двухфазного потока; Lс – стандартная плотность орошения, принятая равной 1000 кг/(м2·ч); mpc – константа фазового равновесия, м3·Па/кмоль; Nог – общее число единиц переноса (ЧЕП) в газовой фазе; Р – общее давление в аппарате, Па; p’, p” – парциальное давление газа на входе и на выходе из аппарата, Па; р* – равновесное давление газа над жидкостью, Па; ∆р – гидравлическое сопротивление, Па; ∆р/Н – удельное гидравлическое сопротивление, Па/м; Δрж – гидравлическое сопротивление, обусловленное подводом орошающей жидкости, Па; Δрсух – гидравлическое сопротивление сухого (неорошаемого) насадочного слоя абсорбера, Па; Δрпот – суммарные потери гидравлического сопротивления на входе-выходе абсорбера и в каплеуловителе, Па; Δробщ – общее гидравлическое сопротивление орошаемого абсорбера, Па; Δрсухобщ – общее гидравлическое сопротивление сухого (неорошаемого) абсорбера, Па; qуд – удельный расход жидкости, л/м3 газа; Reг=υг·d·ρг/(ε·μг) – критерий Рейнольдса в газовой фазе; Reж=υж·d·ρж/(α·μж) – критерий Рейнольдса в жидкой фазе; S0 – удельная геометрическая поверхность насадки, м2/м3; Vгм – молярный расход газа, кмоль/с; Vж – объемный расход жидкости, м3/ч; α=1–ε – плотность упаковки насадочного слоя, м3/м3; βжv – коэффициент массоотдачи в жидкой фазе, 1/c; βpv – коэффициент массоотдачи в газовой фазе, кмоль/(м3·с·Па); ε – порозность насадочного слоя, м3/м3; φ – доля насадки занятая газом, м3/м3; μг, μж – динамическая вязкость газа и жидкости, Па·с; ρг, ρж – плотность газа и жидкости, кг/м3; ρнас – насыпная плотность насадки, кг/м3; ρч – плотность частиц, кг/м3; υг – скорость газового потока в свободном сечении аппарата, м/с; υж – скорость жидкости в свободном сечении аппарата, м/с; ξсух, ξж – коэффициент гидравлического сопротивления сухого (неорошаемого) слоя насадки и коэффициент гидравлического сопротивления, обусловленный подводом орошающей жидкости.^ Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах: 1. Вальдберг А.Ю. Исследование абсорбции СО2 в волокнистом туманоуловителе / А.Ю. Вальдберг, Е.В. Полиенова // Химическое и нефтегазовое машиностроение. – 2009. – № 3. – С. 37–39. 2. Полиенова Е.В. Абсорбция газов в волокнистом туманоуловителе / Е.В. Полиенова // Научная конференция студентов и молодых ученых МГУИЭ: Тезисы докладов. – М.: МГУИЭ, 2009. – С. 45–46. 3. Полиенова Е.В. Абсорбция газов в волокнистом туманоуловителе / Е.В. Полиенова, А.Ю. Вальдберг // Ресурсо- и энергосберегающие технологии в химической и нефтехимической промышленности. I Международная конференция РХО им. Д.И. Менделеева: Сб. тезисов докладов – М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2009. – С. 155–156. 4. Вальдберг А. Исследование абсорбции углекислого газа в волокнистом туманоуловителе / А. Вальдберг, Е. Полиенова // Journal of Environmental Engineering and Landscape Management. – 2010. – Vol. 18 (1). – P. 32–37. 5. Полиенова Е.В. Расчет коэффициента гидравлического сопротивления неорошаемого (сухого) слоя волокнистой насадки / Е.В. Полиенова, А.Ю. Вальдберг // Химическое и нефтегазовое машиностроение. – 2010. – № 2. – С. 3–4. 6. Полиенова Е.В. Аэродинамическое сопротивление новой регулярной насадки для тепло- и массообменных процессов / Е.В. Полиенова, А.Ю. Вальдберг, Р.Ф. Витковская // Дизайн. Материалы. Технология. – 2010. – № 1 (12). – С. 59–63. 7. Полиенова Е.В. Расчет гидравлического сопротивления абсорбера с волокнистой насадкой / Е.В. Полиенова // Научная конференция студентов и молодых ученых МГУИЭ: Тезисы докладов. В 2-х т. Т. 1. – М.: МГУИЭ, 2010. – С. 144–146. 8. Вальдберг А.Ю. Расчет гидравлического сопротивления абсорбера с волокнистой насадкой / А.Ю. Вальдберг, Е.В. Полиенова // Химическое и нефтегазовое машиностроение. – 2010. – № 7. – С. 8–10. 9. Polienova E. Absorption of gases in devices with a fibrous packing / E. Polienova, A. Waldberg // Materials of the 19th International Congress of Chemical and Process Engineering CHISA 2010 and 7th European Congress of Chemical Engineering ECCE-7. Summaries 2. Separation processes. Praha, Czech Republic. 28 August – 1 September 2010. – P. 483–484. 10. Полиенова Е.В. Комбинированная очистка газовых выбросов от жидких взвешенных частиц (капель туманов) и газообразных примесей в волокнистых фильтрах-туманоуловителях / Е.В. Полиенова, А.Ю. Вальдберг // III Международная межотраслевая конференция по вопросам газоочистки в энергетике, черной и цветной металлургии и цементной промышленности «Пылегазоочистка-2010»: Сб. тезисов докладов – М.: ООО «ИНТЕХЭКО», 2010. – С. 81–85. 11. Полиенова Е.В. Аэродинамические испытания новых регулярных сетчатых насадок для массообменных колонн / Е.В. Полиенова, К.П. Макеева, А.Ю. Вальдберг // Химическое и нефтегазовое машиностроение. – 2010. – № 11. – С. 37–39. 12. Полиенова Е.В. Комбинированная очистка газовых выбросов от взвешенных частиц и газообразных примесей в волокнистых фильтрах-туманоуловителях / Е.В. Полиенова // Инженерные и технологические исследования для устойчивого развития: Труды X Международного симпозиума молодых ученых, аспирантов и студентов. – М.: МГУИЭ, 2010. – С. 116–121. 13. Полиенова Е.В. Расчет основных характеристик массообменного процесса в абсорберах с волокнистой насадкой / Е.В. Полиенова, А.Ю. Вальдберг // Химическое и нефтегазовое машиностроение. – 2011. – № 2. – С. 12–16. 14. Пат. 2411079 РФ, МПК В 01 J 19/32. Регулярная насадка для тепломассообменных аппаратов / А.Ю. Вальдберг, Е.В. Полиенова. – № 2009124614/05; заявлено 29.06.2009; опубл. 10.02.2011, Бюл. № 4. – 8 с. 15. Polienova E. Complex cleaning of gases in the fibrous filters / E. Polienova, A. Valdberg // The 8th International Conference «Environmental Engineering». Selected Papers. Vol. I. Environmental Protection. Vilnius, Lithuania. May 19–20, 2011. – P. 275–278. 16. Вальдберг А.Ю. Очистка и охлаждение газов в насадочных скрубберах: Учебное пособие / А.Ю. Вальдберг, Е.В. Полиенова, А.С. Пушнов. – М.: МГУИЭ, 2011. – 144 с.Подписано в печать 12.09.2011. Формат 60×84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Тираж 120 экз. Отпечатано на ризографе МГУИЭ. 105066 Москва, ул. Старая Басманная, 21/4. 1 Коуль А.Л. Очистка газа / А.Л. Коуль, Ф.С. Ризенфельд. – М.: Недра, 1967. – 394 с. 2 Вальдберг А.Ю. Образование туманов и каплеулавливание в системах очистки газов / А.Ю. Вальдберг, А.А. Мошкин, И.Г. Каменщиков. – М.: Изд. дом «Грааль», 2003. – 256 с. 3 Кафаров В.В. Основы массопередачи / В.В. Кафаров. – М.: Высшая школа, 1972. – 496 с. ** Сафонов С.Г. Сепарация взвешенных частиц в инерционных пыле- и туманоуловителях: автореф. дис…канд. техн. наук. – М.: МГУИЭ, 2010. – 18 с.