【正文】 =KG(pAp*A)=KGp(ΨAΨA*) (1) 式中： KG 為氣相總傳質(zhì)系數(shù)， kmol／ (m2 吸收傳質(zhì)模型的推導(dǎo)計(jì)算 上?；ぱ芯吭旱难芯空呃脛?dòng)力波洗滌器，進(jìn)行了 NaOH 溶液吸收混合氣體中微量 CO2 的實(shí)驗(yàn)，首先通過實(shí)驗(yàn)測定氣液對(duì)沖形成的泡沫層厚度值，再近似的計(jì)算動(dòng)力波洗滌器泡沫區(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(dòng)力波洗滌器的工業(yè)放大及操作提供了參考 [3740]。 動(dòng)力波洗滌器的總傳質(zhì)系數(shù) KG 及氣 — 液有效接觸相界面積 a 是衡量傳質(zhì)過程的重要參數(shù)，由于氣液對(duì)沖過程流動(dòng)的 復(fù)雜性，單獨(dú)測量 KG 和 a 極為困難。 水吸收丙酮?dú)怏w作為一種物理吸收方式，是工業(yè)生產(chǎn)中的方法之一。朱春英 9 等人 [33]對(duì)不同液相流速下單乙醇胺水溶液化學(xué)吸收 CO2 的過程，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，并測定了達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)的傳質(zhì)系數(shù)。但出于技術(shù)保密的原因，在動(dòng)力波洗 滌技術(shù)基礎(chǔ)理論研究方面國外的報(bào)道還比較少，主要是一些工業(yè)應(yīng)用情況的報(bào)道近年來我國在動(dòng)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。另一方面理論與實(shí)際相結(jié)合，鍛煉自己解決實(shí)際問題的研究能力，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。 本實(shí)驗(yàn)針對(duì)工廠生產(chǎn)實(shí)際情況，在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，通過研究，一方面，為實(shí)際生產(chǎn)設(shè)備的設(shè)計(jì)提供有價(jià)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(duì)吸收效果的影響，以及驗(yàn)證其高效吸收效果，并明確重點(diǎn)解決的問題，使設(shè)計(jì)工作會(huì)更切近實(shí)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。該技術(shù)在冶金、建材和化工等行業(yè)已得到廣泛應(yīng)用。而 動(dòng)力波洗滌器恰好克服了這個(gè)缺點(diǎn)。因此，回收車間內(nèi)空氣中丙酮很有必要。排出的空氣，又造成一定程度的大氣污染。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。 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。 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。 動(dòng)力波逆向噴射洗滌器的結(jié)構(gòu)較簡單，占地面積小， 且其活動(dòng)部件少，操作維護(hù)方便。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)。 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。除了燒堿、石灰石外，還可以采用氨等其它吸收劑來脫除 SO2。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。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(shí)，裝置要求寬松且反應(yīng)迅速。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。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。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。所以從冷卻效果看，一級(jí)動(dòng)力波洗滌器優(yōu)于空塔 [23]。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。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。 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]。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]。 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。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)用情況的簡約介紹[1819]。 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。 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)測值進(jìn)行了對(duì)比分析。而且工作過程一般不受溫度和壓力的影響。動(dòng)力波洗滌器凈化氣體的范圍廣。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]。 6. 設(shè)備小巧，制作簡單，材料易得到。 5. 設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，操作、維護(hù)方便。 4. 能耗低。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。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。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。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。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]。其結(jié)構(gòu)見圖 13。在洗滌效率相同的條件下，其氣體壓降只為文氏管一半。 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。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。 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。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]。 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。 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。通過連續(xù)液相的狀態(tài)，氣液兩相流動(dòng)體系在一個(gè)相當(dāng)大的波動(dòng)范圍內(nèi)，均可呈現(xiàn)為穩(wěn)定的泡沫流狀態(tài) [7]，見圖 12。 動(dòng)力波洗滌器的工作原理和結(jié)構(gòu) 動(dòng)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(dòng)量平衡時(shí)，會(huì)形成一個(gè)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(shí)現(xiàn)了洗滌、逆流吸收的效果，強(qiáng)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。 表 11 動(dòng)力波逆向噴射洗滌器與其它濕式洗滌裝置的對(duì)比情況 從表中可以觀察到，動(dòng)力波逆向洗滌裝置的脫硫率最高；同時(shí)，鈣硫率明顯比其它裝置要大很多，說明循環(huán)液中的石灰含量比較高；而且，動(dòng)力波洗滌裝置也具有適應(yīng)范圍廣，占地面積小，設(shè)備費(fèi)較低，運(yùn)行費(fèi)用最少等優(yōu)點(diǎn)，而且要比濕式旋風(fēng)裝置、噴淋塔和湍球塔還要高。 動(dòng)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。其阻力損失約為文丘里的 50%左右 ，而且，由于泵的效率高于風(fēng)機(jī)，與同效率的其他設(shè)備相比，其壓力降更小。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。它是利用氣液兩相在管道中高速逆向?qū)_ , 形成一個(gè)高速、湍流的泡沫區(qū)，并充分地利用了氣流及液流兩相的能量 , 具有氣液分散混合充分，而且能同時(shí)完成除塵和脫硫兩項(xiàng)過程，具有設(shè)備尺寸小，操作彈性范圍大，阻力適中，洗滌液中化學(xué)需氧量低等優(yōu)點(diǎn)。 3 動(dòng)力波洗滌技術(shù) “動(dòng)力波”的英文名為“ Dynawave”，動(dòng)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(xiàng)新技術(shù)，其具有新型、實(shí)用、可靠、綜合效益高等優(yōu)點(diǎn)。采用液相動(dòng)能進(jìn)行洗滌液霧化的有：離心噴淋洗滌器、 噴淋洗滌塔、噴射洗滌塔等；其中，文氏管洗滌器是一種利用高速氣流的動(dòng)能進(jìn)行洗滌液霧化的典型設(shè)備。例如填料塔、水膜式旋風(fēng)分離器等。一般，常用的濕式洗滌器有：填料塔、泡沫塔、空塔、文丘里洗滌器等。 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。 關(guān)鍵詞 ： 動(dòng)力波清洗 ，液氣比，丙酮回收，傳質(zhì)性能 Treatment Acetone from Air of Workplace with Dynawave Cleaning Method Abstract： The Dynawave cleaning technology as an advanced gas purification technology is widely used in the feed gas purification, gas treatment, air purification and other highspeed turbulence of the froth was formed through gas liquid hedge rapidly, and the large surface area of the liquid which is quickly updated in the foam area, enhances the process of the gasliquid heat and mass transfer, and makes the gas phase purificate well. In order to determine the conditions for the normal operation of the device, the relationship of the posite performance of device, gas velocity and pressure drop, garrison and gasliquid rat