【正文】 ，采用全新的、簡(jiǎn)單的方法來產(chǎn)生相對(duì)更穩(wěn)定、有效的泡沫層，其工作原理可分三個(gè)方面 [8]： 1. 利用泡沫洗滌技術(shù)，并應(yīng)用氣液界面更 新速度快、泡沫層表面積大的特點(diǎn)，進(jìn)行穩(wěn)定、高效的傳質(zhì)、傳熱過程。 2. 泡沫層是氣液兩相在交界處相互作用而形成的，氣液兩相的動(dòng)量平衡關(guān)系決定其交界面的位置。在動(dòng)量平衡時(shí)，其交界面將穩(wěn)定在某一特定位置，而當(dāng)氣液兩相相對(duì)動(dòng)量發(fā)生改變時(shí)，其交界面會(huì)向著動(dòng)量增加的流體方面移動(dòng)，至達(dá)到新的平衡。 3. 氣液兩相流動(dòng)體系中，流體的流型取決于氣液兩相的流速；同時(shí)，在一定條件下能夠形成穩(wěn)定的泡沫層。 動(dòng)力波洗滌器的結(jié)構(gòu) 動(dòng)力波洗滌器實(shí)際上是有一系列洗滌器組成。它由同向噴射洗滌器、逆向噴射洗滌器及泡沫塔 洗滌器組成 [9]。 每一種洗滌器均應(yīng)用泡沫洗滌的原理，并按不同工藝要求來設(shè)計(jì)制造，其中應(yīng)用最為廣泛應(yīng)用的是逆向噴射洗滌器。 動(dòng)力波洗滌裝置主要由帶錐形噴口、圓柱形洗滌器、分離塔、進(jìn)排氣管、旋流板、動(dòng)力波循環(huán)泵、輸液管等組成；在循環(huán)槽的上部，設(shè)有一個(gè)動(dòng)力波洗滌管和出氣管；在動(dòng)力波洗滌管中的下部設(shè)有一個(gè)混合器；在動(dòng)力波洗滌管中還設(shè)有一個(gè)上噴嘴和一個(gè)下噴嘴，在出氣管中設(shè)有一個(gè)除沫器。在動(dòng)力波洗滌管出口處的下側(cè)的循環(huán)槽內(nèi)設(shè)有一個(gè)擋板，此擋板與動(dòng)力波洗滌管的出口成一定的角度并斜向放置的循環(huán)槽。洗滌液噴頭是動(dòng)力波洗 滌器的一個(gè)核心部件，其設(shè)計(jì)和選用都對(duì)洗滌器得洗滌效果及費(fèi)用的影響很大。目前，由于我國的技術(shù)比較落后，通 常 這 些 部 件 需 要 從 國 外 進(jìn) 口 獲 得 [3] 。 5 圖 13 動(dòng) 力波洗滌實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)圖 逆向噴射洗滌器是通過一個(gè)大孔徑的、非節(jié)流型的噴嘴逆著氣流噴入筒中，使氣流和液體相撞，從而迫使液體呈現(xiàn)輻射狀并自里向外射向筒壁，在氣液界面區(qū)域內(nèi)會(huì)形成湍動(dòng)區(qū)，此時(shí)，流體動(dòng)量達(dá)到平衡；氣液兩相緊密接觸并產(chǎn)生穩(wěn)定的泡沫區(qū)，泡沫區(qū)浮在氣流中，并隨著氣、液相相對(duì)動(dòng)量的大小而升降變化。在泡沫區(qū)內(nèi)，由于氣體與高速、迅速更新的 液體表面接觸，便會(huì)產(chǎn)生氣體吸收、顆粒捕集等作用。在洗滌效率相同的條件下，其氣體壓降只為文氏管一半。與空塔相比，其壓降無較大增加，但效率卻可提高一倍 [1011]。其結(jié)構(gòu)見圖 13。 動(dòng)力波洗滌技術(shù)的特點(diǎn) 動(dòng)力波洗滌器是一種新型的、氣液相直接接觸的高效傳質(zhì)、傳熱設(shè)備，并可應(yīng)用在氣、液相反應(yīng)與洗滌除塵和增濕過程。和其它同類型設(shè)備相比，動(dòng)力波洗滌器具有以下特點(diǎn) [8,12]。 1. 凈化效率高。氣、液兩相的接觸表面積大，吸收率高，除塵效率高達(dá) 99% 以上，其吸收率遠(yuǎn)高于填料塔、噴淋塔等傳統(tǒng)的洗滌設(shè)備， 在硫酸的凈化工藝中，效果明顯，并可以降低物料消耗，提高經(jīng)濟(jì)效益。 2. 操作彈性較大。有較寬的氣量適應(yīng)范圍能力，可以適應(yīng) 50%～ 100%的氣量變化而不會(huì)明顯降低洗滌效率，許多洗滌器都難以達(dá)到。 3. 噴嘴不易堵塞，操作穩(wěn)定、可靠。使用大孔非節(jié)流型的特殊結(jié)構(gòu)的噴嘴，循環(huán)液可以含有較高的固體含量運(yùn)行而不堵塞。不會(huì)因?yàn)楣塘亢叨滤?；管?nèi)流速大，氣、液也可流動(dòng)暢通，不輕易結(jié)晶操作穩(wěn)定、可靠。傳統(tǒng)洗滌設(shè)備均難以承受含固體量 3%以上的循環(huán)液，而動(dòng)力波洗滌器可以達(dá)到含固體量 20%左右的循環(huán)液而不堵塞。當(dāng)循環(huán)液含固量較 高時(shí)，可使污水排放量減少，從而也可減輕污水處理裝置的負(fù)荷 [13]。 4. 能耗低。動(dòng)力波洗滌器是一種高效凈化的洗滌設(shè)備，且其阻力不大；是因?yàn)閯?dòng)力波洗滌器在運(yùn)行過程中采用氣流的能量和液流的能量，而且因?yàn)楸玫男释ǔ１蕊L(fēng)機(jī)高，因此，與同等效率的其它設(shè)備相比，其阻力并不大。 5. 設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作、維護(hù)方便。設(shè)備內(nèi)無活動(dòng)部件，維修簡(jiǎn)單，操作可行性高，使用周期長(zhǎng)。 6. 設(shè)備小巧，制作簡(jiǎn)單，材料易得到。與傳統(tǒng)凈化裝置相比，投資更少，而且占地面積少，安裝方便。一套典型的動(dòng)力波洗滌裝置設(shè)備的投資比等效的常規(guī)凈化系統(tǒng)可 節(jié)省 30% 以上 [14]。 7. 配置方便靈活，適應(yīng)范圍廣。動(dòng)力波洗滌器凈化氣體的范圍廣。并具有良好的降溫效果與氣液傳質(zhì)效果；同時(shí)，能廣泛應(yīng)用于高溫除塵和氣液吸收過程，其降溫效果良好，可用于處理一些高溫氣體。而且工作過程一般不受溫度和壓力的影響。 總之，動(dòng)力波洗滌裝置是一種有前景的新型、高效的氣固、氣液傳質(zhì)、傳熱分離裝置，因此，此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用、推廣和開發(fā)均具有重要意義。 動(dòng)力波洗滌器流體特性的數(shù)值模擬 曾華星等人 [15]在多相流理論和數(shù)學(xué)理論的基礎(chǔ)上，對(duì)理想化后洗滌器中的多相流建立模型方程，利用 有限元和壓力速度校正等方法求解多元方程組，對(duì)模擬計(jì)算值與在小型實(shí)驗(yàn)裝置中的實(shí)測(cè)值進(jìn)行了對(duì)比分析。李國蓮等人 [16]對(duì)動(dòng)力波洗滌器進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，依據(jù)流體動(dòng)力學(xué)原理建立氣液固三相耦合模型，在構(gòu)造脫硫裝置的網(wǎng)格模型基礎(chǔ)上，借助有限元法和流體計(jì)算軟件，對(duì)脫硫反應(yīng)器在不同液氣流量比時(shí)的壓力損失進(jìn)行了數(shù)值模擬分析，將模擬值與某冶煉廠凈化裝置的實(shí)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比，表明 6 采用數(shù)值模擬研究具有一定的準(zhǔn)確性。 動(dòng)力波洗滌技術(shù)的研究進(jìn)展 國外動(dòng)力波洗滌技術(shù)研究進(jìn)展 動(dòng)力波洗滌技術(shù)是于 20世紀(jì) 70年代由美國 杜邦公司研發(fā)的一種全新煙氣洗滌凈化的專利技術(shù)，并主要應(yīng)用于工業(yè)廢氣的凈化處理； 1987 年美國孟山都環(huán)境化學(xué)公司 [17]與杜邦公司簽訂了一項(xiàng)許可協(xié)議，取得該技術(shù)的許可證，將其應(yīng)用于硫酸生產(chǎn)的煙氣凈化和更大范圍內(nèi)的空氣污染控制。于 2021 年 8 月，孟山都環(huán)境化學(xué)有限公司的管理團(tuán)隊(duì)從孟山都公司購買了與環(huán)境化學(xué)有關(guān)的業(yè)務(wù)，并成立了新的 MECS（孟莫克）有限公司。由于技術(shù)保密和知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)等原因，國外在動(dòng)力波洗滌技術(shù)基礎(chǔ)理論和應(yīng)用方面的研究還鮮見報(bào)道，主要是一些動(dòng)力波洗滌器工業(yè)應(yīng)用情況的簡(jiǎn)約介紹[1819]。 動(dòng)力波洗滌技術(shù)是國際煙氣凈化領(lǐng)域的一項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，具有實(shí)用、設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、新型、效率高、運(yùn)行穩(wěn)定、不易結(jié)垢對(duì)煙氣的適應(yīng)范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被越來越多的發(fā)電、化工、冶煉等企業(yè)用以處理煙氣中的 SO2，以達(dá)到排放的煙氣的環(huán)保要求。 目前，世界上已有上百套動(dòng)力波工業(yè)裝置，主要應(yīng)在于冶煉煙氣處理、硫酸凈化工藝、廢酸回收、粉煤鍋爐尾氣處理等，以及發(fā)煙硫酸、硫酸轉(zhuǎn)鼓式濃縮器、二氧化鈦酸解槽、粉煤鍋爐、水泥、廢氣燃燒、硫代硫酸氨、鎂工廠、磷酸廠、硅鹵化物、氯化氫和氯化鎳回收等 40 多個(gè)不同的領(lǐng)域范圍內(nèi) [8]，涉及到化工、石油 化工、建材、冶金、食品與精煉等多個(gè)行業(yè)成功應(yīng)用，并取得良好的效果。 國內(nèi)動(dòng)力波洗滌技術(shù)研究進(jìn)展 我國自于 1991 年第一次提出在冶煉的煙氣、煙氣制酸凈化工序中引進(jìn)動(dòng)力波洗滌技術(shù)。目前，已在貴溪冶煉廠的硫酸系統(tǒng)、金隆銅業(yè)公司的“閃速爐－轉(zhuǎn)爐”混合煙氣制酸系統(tǒng)、株洲冶煉集團(tuán)的鉛燒結(jié)煙氣治理系統(tǒng)、銅陵有色金屬公司的尾氣脫硫治理、寶山鋼鐵廠的廢酸再生系統(tǒng)等系統(tǒng)范圍中得到應(yīng)用，主要是用于除塵與脫硫 [20]。而這些生產(chǎn)實(shí)踐證明，此項(xiàng)工藝流程設(shè)備性能好，且抗腐蝕、先進(jìn)，自動(dòng)化程度高，并可用于除塵、除酸霧、凈化工 序降溫等工藝。 國內(nèi)幾家設(shè)計(jì)研究和設(shè)備制造單位，已對(duì)凈化原理、設(shè)備結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)等進(jìn)行了國產(chǎn)化研究，使得在國內(nèi)的應(yīng)用范圍迅速擴(kuò)大，除用在酸的煙氣凈化外，在鋼鐵、建材及其它冶金爐窯煙氣除塵脫硫上也逐步推廣應(yīng)用 [2122]。 上海化工研究院邵國興等人自 20世紀(jì) 90年代開始就對(duì)動(dòng)力波洗滌器進(jìn)行了相關(guān)理論分析及試驗(yàn)研究，并設(shè)計(jì)、開發(fā)出了帶混合元件的動(dòng)力波洗滌器，應(yīng)用靜態(tài)混合元件使動(dòng)力波洗滌器泡沫區(qū)下方氣液兩相進(jìn)行湍流混合，以此起到了兩級(jí)串聯(lián)的洗滌效果。動(dòng)力波技術(shù)并在復(fù)合肥生產(chǎn)中的流化造粒、尾氣凈化系統(tǒng)和流化干燥系 統(tǒng)尾氣凈化等方面得到了應(yīng)用，并取得了良好的效果。 邵國興等人 [13]對(duì)帶混合元件的動(dòng)力波洗滌裝置進(jìn)行研究，陳常蕊等人 [9]對(duì)氣液逆噴洗滌器除塵性能進(jìn)行了研究，黃篤樹等人利用動(dòng)力波逆向噴射洗滌器脫除煙氣中的二氧化硫進(jìn)行深入研究。李連國等人對(duì)動(dòng)力波洗滌器的數(shù)值進(jìn)行了模擬。 動(dòng)力波洗滌技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用 . 冷卻 動(dòng)力波濕式洗滌器的體積傳質(zhì)系數(shù)遠(yuǎn)大于空塔，能夠迅速冷卻溫度為 1200℃的高溫氣體。因此，為達(dá)到相同的煙氣出口溫度，對(duì)于處理相同氣量和入口溫度的煙氣，空塔的容積要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于動(dòng)力波濕式洗滌器噴射 筒的容積。同時(shí)，動(dòng)力波洗滌器的出口 7 煙氣濕含量也基本飽和，而空塔的出口煙氣濕飽和度一般為 80% ～ 90%左右，且必須經(jīng)洗滌塔后才基本達(dá)到飽和；而一級(jí)動(dòng)力波洗滌器出口煙氣的濕含量已基本達(dá)到飽和。所以從冷卻效果看，一級(jí)動(dòng)力波洗滌器優(yōu)于空塔 [23]。 除塵 在粉煤鍋爐、水泥廠、煅燒爐、冶煉廠和硫酸廠的煙氣凈化工藝以及化工廠的尾氣處理過程中均已利用動(dòng)力波洗滌技術(shù)除塵 [2425]。動(dòng)力波洗滌器的氣量處理能力從每小時(shí)幾百立方米到幾十萬立方米；一級(jí)動(dòng)力波洗滌器的除塵效率高于 90%，而單臺(tái)空塔的效率要低于 75%；而 三級(jí)動(dòng)力波洗滌系統(tǒng)的除塵效率達(dá) 99%以上。動(dòng)力波洗滌器入口煙塵的允許量比空塔高，達(dá) 7 ～ 10g/m3，其除塵效率仍可達(dá)到設(shè)計(jì)要求。動(dòng)力波洗滌器煙氣允許的量在設(shè)計(jì)氣量的 50% ～ 100%范圍內(nèi)波動(dòng)，但總的除塵效率卻不受影響。此外，動(dòng)力波洗滌器還具有較強(qiáng)的應(yīng)急能力，可處理每月發(fā)生一到五次，每次三到五分鐘，氣流中粉塵含量從 15kg/h 增至 280000kg/h 的緊急情況。通?？刹捎脻穹ǔ龎m的系統(tǒng)，原則上都可以采用動(dòng)力波洗滌器；采用干法除塵效率低并導(dǎo)致環(huán)保嚴(yán)重超標(biāo)的系統(tǒng)也可以使用動(dòng)力波洗滌技術(shù)，故采用動(dòng)力波 洗滌技術(shù)除塵有取代電除塵的趨勢(shì)。 脫硫 在冶煉廠、硫酸廠、石油精煉廠和二氧化鈦酸解槽的尾氣處理過程中已經(jīng)采用動(dòng)力波技術(shù)來脫硫 [26]。一般可采用燒堿、氨氣、石灰石和氫氧化鎂等作為洗滌液，采用燒堿吸收 SO2 ，是脫除 SO2 的最簡(jiǎn)單的方法，此時(shí)，裝置要求寬松且反應(yīng)迅速。但是燒堿的價(jià)格比較昂貴，而且其產(chǎn)生的副產(chǎn)物難以處理。石灰石的反應(yīng)活性沒有燒堿高，在采用石灰石吸收 SO2 時(shí)，必須先把石灰石溶解在溶液中，石灰石的溶解過程通常是 SO2 轉(zhuǎn)化為硫酸鈣的控制步驟。采用石灰石脫除 SO2，費(fèi)用雖然較少，但脫除 SO2 要比燒堿困難些，同時(shí)又要處理泥漿。除了燒堿、石灰石外，還可以采用氨等其它吸收劑來脫除 SO2。 動(dòng)力波洗滌器工業(yè)應(yīng)用中存在的問題及工作展望 工業(yè)應(yīng)用中存在的問題 [2728] 1. 國產(chǎn)動(dòng)力波洗滌器的處理能力一般較小，而冶煉廠、鋼廠、電廠等企業(yè)對(duì)煙氣處理設(shè)備提出了較高要求，如大型化、長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行等，目前，對(duì)于動(dòng)力波裝置放大后洗滌器內(nèi)氣液兩相間的碰撞、分布、泡沫區(qū)的形成及操作條件以及氣液傳質(zhì)的規(guī)律等研究的還較少。 2. 洗滌液的噴嘴作為動(dòng)力波洗滌器的核心部件之一，它的設(shè)計(jì)及選型 對(duì)動(dòng)力波洗滌器的效果和操作費(fèi)用都具有重要的影響，尤其是處理風(fēng)量增大后，動(dòng)力波的噴嘴結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，噴射的性能，噴嘴的數(shù)量和排布都需進(jìn)一步的研究。 前景與展望 動(dòng)力波洗滌技術(shù)是國際煙氣凈化領(lǐng)域的一項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，目前在制酸工藝中普遍采用動(dòng)力波洗滌器，在主流程中采用 SO2 爐除塵已經(jīng)相對(duì)成熟。同時(shí)，動(dòng)力波技術(shù)的應(yīng)用是多方面的，但是我國現(xiàn)階段的技術(shù)還不成熟，所以我國研究者應(yīng)加大研發(fā)力度，并引進(jìn)國外新型的動(dòng)力波技術(shù)。同時(shí)，努力創(chuàng)新，使動(dòng)力波技術(shù)及設(shè)備能夠國產(chǎn)化。 動(dòng)力波逆向噴射洗滌器的結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，占地面積小， 且其活動(dòng)部件少，操作維護(hù)方便。與其它濕式洗滌裝置相比，具有很大優(yōu)勢(shì)，動(dòng)力波洗滌技術(shù)因其可靠、實(shí)用、新型、綜合效益高等優(yōu)點(diǎn)，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。 隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和對(duì)節(jié)能減排的關(guān)注，因動(dòng)力波濕法洗滌技術(shù)具有良好的傳熱傳質(zhì)特性，其對(duì)工業(yè)尾氣的處理和環(huán)境保護(hù)均有重要的影響，具有廣泛的應(yīng)用 8 前景。我國應(yīng)積極開展國產(chǎn)動(dòng)力波濕法洗滌器的機(jī)理和設(shè)備放大設(shè)計(jì)研究工作，加快研發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的動(dòng)力波洗滌器，這些對(duì)于降低環(huán)境保護(hù)，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的和諧發(fā)展，具有重要的意義。 本文實(shí)驗(yàn)研究背景及目的 實(shí)驗(yàn)背景 在工廠實(shí)際精制聚醚酮，采用丙酮為浸取液并將聚醚酮與溶劑二苯砜分開過程中，根據(jù)車間丙酮消耗量統(tǒng)計(jì)，每生產(chǎn) 1 噸聚醚酮，有 184kg 丙酮流失，其中大約有1/41/3 的丙酮由于揮發(fā)進(jìn)入空氣中。按 1/4 計(jì)算，工廠年產(chǎn)聚醚酮 1000 噸，將有 46噸丙酮進(jìn)入大氣。車間設(shè)備密封性較高、但丙酮沸點(diǎn)低，單元操作過程復(fù)雜，設(shè)備臺(tái)套數(shù)較多，尤其有離心、刮片干燥過程，有敞口操作過程，盡管不停通風(fēng)，車間內(nèi)，丙酮濃度嚴(yán)重超出安全極限。車間內(nèi)電動(dòng)裝置防爆性能很好，也仍存在較大安全隱患，同時(shí)，超標(biāo)的丙酮空氣，嚴(yán)重危害操作工人的身體 健康。排出的空氣，又造成一定程度的大氣污染。另外，大量丙酮流失，也造成生產(chǎn)成本增高。因此，回收車間內(nèi)空氣中丙酮很有必要。 傳統(tǒng)的噴淋塔、 板式塔、 填料吸收塔 [2931]可以進(jìn)行空氣中的丙酮回收，但 填料塔和板式塔都容易造成堵塔結(jié)晶等不良結(jié)果，并且塔設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 能耗較高，設(shè)備體積大、投資高、運(yùn)行效率低。而 動(dòng)力波洗滌器恰好克服了這個(gè)缺點(diǎn)。 動(dòng)力波洗滌技術(shù)是國際濕法洗滌領(lǐng)域的一項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，通過氣液對(duì)沖形成高速湍流的泡沫區(qū)，由于泡沫區(qū)內(nèi)液體表面積大且更新迅速，強(qiáng)化了氣液傳熱、傳質(zhì)過程，達(dá)到氣相高效凈化的良好效 果。該技術(shù)在冶金、建材和化工等行業(yè)已得到廣泛應(yīng)用。 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 動(dòng)力波洗滌技術(shù)作為國際濕法洗滌領(lǐng)域的一項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)， 具有良好的氣體凈化效果， 通過氣液對(duì)沖形成高速湍流的泡沫區(qū)，由于泡沫區(qū)內(nèi)液體表面積大且更新迅速，