【正文】 沫區(qū)內(nèi)的氣液體積總傳質(zhì)系數(shù) KGa，從而初步確定泡沫區(qū)內(nèi)的氣液傳質(zhì)性能，建立傳質(zhì)模型 [36]，為動力波洗滌器的工業(yè)放大及操作提供了參考 [3740]。 水吸收丙酮氣體作為一種物理吸收方式，是工業(yè)生產(chǎn)中的方法之一。但出于技術(shù)保密的原因，在動力波洗 滌技術(shù)基礎(chǔ)理論研究方面國外的報道還比較少，主要是一些工業(yè)應(yīng)用情況的報道近年來我國在動力波洗滌器壓降特性、吸收效率等領(lǐng)域的研究取得了較大進(jìn)展。 本實驗針對工廠生產(chǎn)實際情況，在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，通過研究，一方面，為實際生產(chǎn)設(shè)備的設(shè)計提供有價值的參數(shù)，即找出設(shè)備的負(fù)荷性能范圍，最佳液 氣比范圍，表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉及丙酮穩(wěn)定劑聚乙烯醇對吸收效果的影響，以及驗證其高效吸收效果，并明確重點解決的問題，使設(shè)計工作會更切近實際，為以后工作奠定良好基礎(chǔ)。該技術(shù)在冶金、建材和化工等行業(yè)已得到廣泛應(yīng)用。因此，回收車間內(nèi)空氣中丙酮很有必要。車間設(shè)備密封性較高、但丙酮沸點低，單元操作過程復(fù)雜，設(shè)備臺套數(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。 隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展和對節(jié)能減排的關(guān)注，因動力波濕法洗滌技術(shù)具有良好的傳熱傳質(zhì)特性，其對工業(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。同時，動力波技術(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)國外新型的動力波技術(shù)。除了燒堿、石灰石外，還可以采用氨等其它吸收劑來脫除 SO2。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 的最簡單的方法，此時，裝置要求寬松且反應(yīng)迅速。動力波洗滌器煙氣允許的量在設(shè)計氣量的 50% ～ 100%范圍內(nèi)波動，但總的除塵效率卻不受影響。所以從冷卻效果看，一級動力波洗滌器優(yōu)于空塔 [23]。李連國等人對動力波洗滌器的數(shù)值進(jìn)行了模擬。 國內(nèi)幾家設(shè)計研究和設(shè)備制造單位，已對凈化原理、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]。 目前，世界上已有上百套動力波工業(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、食品與精煉等多個行業(yè)成功應(yīng)用，并取得良好的效果。 動力波洗滌技術(shù)的研究進(jìn)展 國外動力波洗滌技術(shù)研究進(jìn)展 動力波洗滌技術(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。而且工作過程一般不受溫度和壓力的影響。一套典型的動力波洗滌裝置設(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]。 5. 設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，操作、維護(hù)方便。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。有較寬的氣量適應(yīng)范圍能力，可以適應(yīng) 50%～ 100%的氣量變化而不會明顯降低洗滌效率，許多洗滌器都難以達(dá)到。和其它同類型設(shè)備相比，動力波洗滌器具有以下特點 [8,12]。在洗滌效率相同的條件下，其氣體壓降只為文氏管一半。洗滌液噴頭是動力波洗 滌器的一個核心部件，其設(shè)計和選用都對洗滌器得洗滌效果及費用的影響很大。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]。 2. 泡沫層是氣液兩相在交界處相互作用而形成的，氣液兩相的動量平衡關(guān)系決定其交界面的位置。 動力波洗滌器的工作原理和結(jié)構(gòu) 動力波洗滌器的原理 首先，氣體從上而下高速進(jìn)人洗滌管，洗滌液通過結(jié)構(gòu)特殊的噴嘴自下 而上逆向噴人氣流中，使氣液兩相高速逆向?qū)_；氣液兩相達(dá)到動量平衡時，會形成一個高速湍流的泡沫區(qū)，在泡沫區(qū)域內(nèi)，氣液兩相接觸表面積大，而且接觸表面得到迅速更新，實現(xiàn)了洗滌、逆流吸收的效果，強化了氣液傳質(zhì)、傳熱過程，并最終達(dá)到氣體高效凈化的良好效果 [6]，原理如圖 11。 動力波逆向噴射洗滌器與其它濕式洗滌裝置的比較 目前，采用石灰水作為洗滌液的脫硫設(shè)備在國內(nèi)有很多種，如噴淋塔、湍球塔、文丘里水膜裝置、濕式旋風(fēng)裝置等。而其與傳統(tǒng)的填料吸收塔、噴淋塔相比，其效率更高，具有較高的先進(jìn)性。 3 動力波洗滌技術(shù) “動力波”的英文名為“ Dynawave”，動力波洗滌技術(shù)屬于濕式洗滌法中的一種，是煙氣凈化領(lǐng)域的一項新技術(shù)，其具有新型、實用、可靠、綜合效益高等優(yōu)點。例如填料塔、水膜式旋風(fēng)分離器等。 Both the surfactant and the acetone stabilizer are added , the actual cleaning effect is similar with water. The operation of the experiment and device can be further clear, in order to achieve the best operating condition of the device, the crosssection and the height of the device, the crosssection and water spray of the nozzle, the gas pump flow, the liquid pump flow should be coordinated. The experimental results show that, the dynawave cleaning technology is an efficient method for the acetone recovery。 通過實驗、裝置運行進(jìn)一步明確：裝置的截面、高度、噴嘴的截面、噴水量、液泵流量、氣泵流量等之間要協(xié)調(diào)好，才能使裝置達(dá)到最佳狀態(tài)。以空氣通過丙酮溶液模擬車間含丙酮空氣， 對裝置的總傳質(zhì)系數(shù)、最佳處理效率進(jìn)行測定，結(jié)果表明：隨 氣體速度增加， 體積總傳質(zhì)系數(shù) KGa 增大， 液氣比增加， 體積總傳質(zhì)系數(shù) KGa 減小。 1 動力波清洗法回收車間空氣中的丙酮 摘要： 動力波清洗技術(shù)是一種先進(jìn)氣體凈化技術(shù)，通過氣液對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。 氣速在 ~，液氣比在～ 范圍內(nèi)較為適宜。 為提高動力波洗滌器的清洗效率，在吸收液中分別添加了表面活性劑，丙酮穩(wěn)定劑，及同時添加表面活性劑和丙酮穩(wěn)定劑進(jìn)行實際清洗，結(jié)果表明：表面活性劑雖然在一定程度上增加了裝置流體力學(xué)的操作彈性，對氣體凈化效果不佳；丙酮穩(wěn)定劑對氣體凈化有效果，但濃度增加到一定值 后，效果會下降，當(dāng)穩(wěn)定劑濃度為處理液的 萬分之 ，循環(huán)液丙酮濃度為 %時，吸收率比正常吸收提高 12%，總效率可達(dá) 50%；同時添加表面活性劑和丙酮穩(wěn)定劑，實際清洗與清水效果相近。 The acetone stabilizer has some effect for gas purification, but the concentration increases to a certain value, and the effect will the stabilizer concentration for the solution is , the absorption rate is increased by 12% than normal, and the total efficiency can be up to 50%。為了盡可能達(dá)到最大的氣液兩相的接觸面積，即實現(xiàn)氣液兩相的充分接觸，目前，常用的濕式洗滌器一般采用如下幾種形式： (1) 盡量使洗滌液形成較薄的液膜，以此作為氣液兩相的接觸表面。 (3) 將洗滌液作為連續(xù)相，氣體為分散相，即讓氣體以小氣泡的形式穿過液層，實現(xiàn)氣液兩相的傳質(zhì)、傳熱過程，如沖擊式洗滌器、泡沫塔等。 動力波清洗技術(shù)是一種高效、新型的濕法洗滌技術(shù)，是通過液柱與氣流對撞，形成高速湍流的泡沫區(qū)，同時，在泡沫區(qū)內(nèi)氣液接觸表面積大且更新迅速，并強化了氣液兩相傳熱、傳質(zhì)過程，以此達(dá)到氣相高效凈化的良好效果。具有較寬的氣體適應(yīng)能力，即具有廣泛的適應(yīng)性。由此可見，動力波洗滌裝置具有很好的應(yīng)用前景 [35]。 圖11 動力波洗滌器的工作原理 圖 12 氣液兩相的流動狀態(tài) 動力波洗滌器是利用泡沫洗滌技術(shù)和流體力學(xué)的一些相關(guān)理論，采用全新的、簡單的方法來產(chǎn)生相對更穩(wěn)定、有效的泡沫層，其工作原理可分三個方面 [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，進(jìn)行穩(wěn)定、高效的傳質(zhì)、傳熱過程。 動力波洗滌器的結(jié)構(gòu) 動力波洗滌器實際上是有一系列洗滌器組成。在動力波洗滌管出口處的下側(cè)的循環(huán)槽內(nèi)設(shè)有一個擋板，此擋板與動力波洗滌管的出口成一定的角度并斜向放置的循環(huán)槽。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，便會產(chǎn)生氣體吸收、顆粒捕集等作用。 動力波洗滌技術(shù)的特點 動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。 2. 操作彈性較大。不會因為固量含高而堵塔；管內(nèi)流速大，氣、液也可流動暢通，不輕易結(jié)晶操作穩(wěn)定、可靠。動力波洗滌器是一種高效凈化的洗滌設(shè)備，且其阻力不大；是因為動力波洗滌器在運行過程中采用氣流的能量和液流的能量，而且因為泵的效率通常比風(fēng)機高，因此，與同等效率的其它設(shè)備相比，其阻力并不大。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。并具有良好的降溫效果與氣液傳質(zhì)效果；同時，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。李國蓮等人 [16]對動力波洗滌器進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，依據(jù)流體動力學(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算軟件，對脫硫反應(yīng)器在不同液氣流量比時的壓力損失進(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測值進(jìn)行對比，表明 6 采用數(shù)值模擬研究具有一定的準(zhǔn)確性。 動力波洗滌技術(shù)是國際煙氣凈化領(lǐng)域的一項先進(jìn)技術(shù)，具有實用、設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、新型、效率高、運行穩(wěn)定、不易結(jié)垢對煙氣的適應(yīng)范圍廣等優(yōu)點，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。而這些生產(chǎn)實踐證明，此項工藝流程設(shè)備性能好，且抗腐蝕、先進(jìn)，自動化程度高，并可用于除塵、除酸霧、凈化工 序降溫等工藝。 邵國興等人 [13]對帶混合元件的動力波洗滌裝置進(jìn)行研究，陳常蕊等人 [9]對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。同時，動力波洗滌器的出口 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；而一級動力波洗滌器出口煙氣的濕含量已基本達(dá)到飽和。動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)計要求。 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)采用動力波技術(shù)來脫硫 [26]。采用石灰石脫除 SO2，費用雖然較少，但脫除 SO2 要比燒堿困難些，同時又要處理泥漿。 前景與展望 動力波洗滌技術(shù)是國際煙氣凈化領(lǐng)域的一項先進(jìn)技術(shù)，目前在制酸工藝中普遍采用動力波洗滌器，在主流程中采用 SO2 爐除塵已經(jīng)相對成熟。與其它濕式洗滌裝置相比，具有很大優(yōu)勢，動力波洗滌技術(shù)因其可靠、實用、新型、綜合效益高等優(yōu)點，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。按 1/4 計算，工廠年產(chǎn)聚醚酮 1000 噸，將有 46噸丙酮進(jìn)入大氣。另外，大量丙酮流失，也造成生產(chǎn)成本增高。 動力波洗滌技術(shù)是國際濕法洗滌領(lǐng)域的一項先進(jìn)技術(shù)，通過氣液對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。因此，采用動力波技術(shù)凈化車間內(nèi)丙酮具有很大意義。 第二章 動力波模型理論及實驗數(shù)值計算 丙酮吸收過程傳質(zhì)模型 傳質(zhì)模型的形成過程 因為動力波洗滌器的新型、高效性，其在工業(yè)上的應(yīng)用具有極為廣泛的前景。王偉之等人 [34]利用填料吸收塔，測定并計算了堿溶液吸收煙氣中低濃度 SO2 的體積總傳質(zhì)系數(shù)；李娜等人 [35]利用 液幕式吸收塔對脫硫性能進(jìn)行了實驗研究，并建立了液幕式吸收塔的傳質(zhì)模型；駱培成等人利用填料塔測定了NaOH 水溶液吸收空氣中少量 CO2 的體積總傳質(zhì)系數(shù)。因此，體積總傳質(zhì)系數(shù) KGa 也可用于動力波洗滌器的設(shè)備設(shè)計計算。 h h)； a 為單位體積泡沫層中所能提供的有效接觸面積， m2/m3； D 為動力波洗滌管直徑， m； qG 為通過洗滌管的氣體流量， kmol/h。 h文獻(xiàn) [41]提出了液體 (水 )從圓形噴嘴垂直向