【正文】 28] 1. 國產動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)對煙氣處理設備提出了較高要求，如大型化、長周期穩(wěn)定運行等，目前，對于動力波裝置放大后洗滌器內氣液兩相間的碰撞、分布、泡沫區(qū)的形成及操作條件以及氣液傳質的規(guī)律等研究的還較少。 前景與展望 動力波洗滌技術是國際煙氣凈化領域的一項先進技術，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。同時，努力創(chuàng)新，使動力波技術及設備能夠國產化。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，具有十分廣闊的應用前景。我國應積極開展國產動力波濕法洗滌器的機理和設備放大設計研究工作，加快研發(fā)具有自主知識產權的動力波洗滌器，這些對于降低環(huán)境保護，促進經(jīng)濟與社會的和諧發(fā)展，具有重要的意義。按 1/4 計算，工廠年產聚醚酮 1000 噸，將有 46噸丙酮進入大氣。車間內電動裝置防爆性能很好，也仍存在較大安全隱患，同時，超標的丙酮空氣，嚴重危害操作工人的身體 健康。另外，大量丙酮流失，也造成生產成本增高。 傳統(tǒng)的噴淋塔、 板式塔、 填料吸收塔 [2931]可以進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晶等不良結果，并且塔設備的內部結構復雜， 能耗較高，設備體積大、投資高、運行效率低。 動力波洗滌技術是國際濕法洗滌領域的一項先進技術，通過氣液對沖形成高速湍流的泡沫區(qū)，由于泡沫區(qū)內液體表面積大且更新迅速，強化了氣液傳熱、傳質過程，達到氣相高效凈化的良好效 果。 實驗目的 動力波洗滌技術作為國際濕法洗滌領域的一項先進技術， 具有良好的氣體凈化效果， 通過氣液對沖形成高速湍流的泡沫區(qū)，由于泡沫區(qū)內液體表面積大且更新迅速，可強化氣液傳熱、傳質過程，達到氣相高效凈化的良好效果。因此，采用動力波技術凈化車間內丙酮具有很大意義。同時，再經(jīng)過論證、修改、提高，能使研究、設計成果在實際生產中得以應用。 第二章 動力波模型理論及實驗數(shù)值計算 丙酮吸收過程傳質模型 傳質模型的形成過程 因為動力波洗滌器的新型、高效性，其在工業(yè)上的應用具有極為廣泛的前景。 錢智等人 [32]采用 CO2— MDEA 氣液吸收體系，對旋轉填充床中伴有可逆反應的氣液傳質過程進行了模型研究，建立了旋轉床中此體系的擴散反應傳質模型。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的體積總傳質系數(shù)；李娜等人 [35]利用 液幕式吸收塔對脫硫性能進行了實驗研究，并建立了液幕式吸收塔的傳質模型；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的體積總傳質系數(shù)。國內一些動力波技術研究者對丙酮吸收過程傳質機理進行了研究，其中，上海化工研究院的占旺兵，李秋萍，邵國興等人通過利用動力波洗滌器研究堿液吸收低濃 CO2的傳質特性，總結出了動力波的傳質模型。因此，體積總傳質系數(shù) KGa也可用于動力波洗滌器的設備設計計算。 同理，利用動力波洗滌器，采用水吸收丙酮氣體也可參考并利用其傳質機理 。 h 在動力波洗滌管內取高度為 dh 的泡沫層來進行研究，如圖 21 所示。 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。 在低分壓下， ΨA≈ΨA/(1ΨA)，溶質組分進入液相后立即反應被消耗掉， ΨA*≈0，同時氣體流量 qG 可認為是一常數(shù)。 h 丙酮氣體的吸收率被定義為 η=（ Ψl Ψ2） /Ψl (4) 液體噴射高度的推導計算 液體噴射高度的確定是設計動力波濕式洗滌器裝置高度的主要依據(jù)。文獻 [41]提出了液體 (水 )從圓形噴嘴垂直向上射人大氣時的噴射高度的經(jīng)驗計算式為 He=H／ (1+Ψ H) (1) 設射流在噴嘴出口處的總水頭為 H，射出后所能達到的噴射高度為 He，如圖 22所示。參考管流水頭損失的公式，可寫出 △ H=HHe=K(He/d0)(V2/2g) (2) 由于本文的噴射液體不是直接射人大氣中，而是與氣體作高速逆向對撞，因此上式中的 V應為 V=Vl+Vg (3) 因為 Vl2/2g=H，代人 式 (2)可得到 Vl2/2g=He+K(He/d0)(V2/2g) 整理后得 He=Vl2/（ 2g+KV2d0） =Vl2/（ 2g+ΨV2） (4) 式中： Ψ=K/d0，為由實驗確定的一系數(shù)，也可按經(jīng)驗式進行計算。由式 (4)可以看出，液體的噴射高度與氣相速度、液體噴射速度及噴射口直徑等參數(shù)有關。由表 2 可以看出，當噴射口直徑和液體噴射速度保持不變時，液體的噴射高度隨氣相速度的增加而減小。 表 21 液體噴射高度與氣體速度的關系 表 22 液體噴射高度與液體噴射速度的關系 表面活性劑傳質效率分析 [4244] 丙酮作為一種廣泛應用的有機溶劑，其回收具有重要的經(jīng)濟與環(huán)境意義。但 丙酮 水吸收過程的吸收用水的水質對吸收效果有很大影響，會對后續(xù)精餾工藝有重要影響。 研究了在尾氣中丙酮體積分數(shù)、吸收液的丙酮質量分數(shù)分析結果基礎上，將吸收試驗的吸收效果折算成為等效傳質單元數(shù) Nt 表示，并以 Nt 為統(tǒng)一標準進行比較。 由圖 23 可知，十二烷基苯磺酸鈉對氣 液相的傳質過程有著不 同程度的抑制作用。 因為表面活性劑分子在界面上的結構重排是界面阻力的主要來源，同時，障礙理論分子在二相之間的擴散。而當表面活性劑存在時，丙酮從氣相向水相傳質過程的驅動力可表示為： NA=kL 通?？杀硎緸椋? 1/kL結合公式（ 2）和公式（ 3）可看出，當在水中加入少量表面活性劑時，引入額外的傳質阻力，因此會使氣液相總傳質阻力增加，導致氣液傳質系數(shù) kL 聚乙烯醇傳質效率分析 在動力波清洗空氣中丙酮過程中，由于空氣氣速極快，溶于水中的丙酮在氣液高速對沖中又 有部分氣化，降低清洗效果，尤其空氣中丙酮含量較高或用含丙酮水循環(huán)處理空氣中丙酮時，數(shù)據(jù)更明顯。 圖 24 界面阻力模型 13 在體系中加入聚乙烯醇，可以提高丙酮在液相中的傳質速率，即可提高丙酮在氣液傳質過程的穩(wěn)定性從而增加傳質的效率，減小傳質阻力，從而促進氣液相之間的質量傳遞，強化吸收效果。1 20 20 20 20 20 出口濃度 248。1 23 19 21 19 出口濃度 248。1=23， 出口體積百分含量： 248。1248。1=100% （ 236） /23=% 6） 噴射高度的計算 由前面液體噴射高度的推導公式： u 總 =ug+ul=（ +） m/s=系數(shù) Φ 的計算： 已知推導公式： Φ=K/d0= [(d0+1000d03)] 所以： Φ =（ +1000） = 所以，噴頭噴射高度 He： He= ul2/（ 2g+Φ u 總 ） =（ 2+） m = 7） 體積總傳質系數(shù) KGa 的計算 由前面推導公式： KGa=[4qG/（ πD2PHe） ]ln（ 248。2） 其中，摩爾流量 qG的計算： qG=（ G 實際 /Vm） [（ L/h） /L/mol] =103（ G 實際 /Vm） kmol/h =（ 1000） kmol/h = kmol/h 18 所以，體積總傳質系數(shù) KGa： KGa=[4qG/（ πD2PHe） ]ln（ 248。2） =[4（ ） ]ln（ 23/6） = kmol/(m3*h*kPa) 表 26 %質量濃度的丙酮水溶液吸收丙酮的關系數(shù)據(jù)（ b） 表 26 %質量濃度的丙酮水溶液吸收丙酮的關系數(shù)據(jù)（ c） L=100L/h（ D=29mm， d0=， uL=） G(L/h) 166 146 120 100 G 實際 (L/h) 3576 2980 uG(m/s) 液 /氣： L/G 入口濃度 248。2 7 8 8 12 混氣（左） /mm 10 15 17 154 大氣（右） /mm 30 25 24 115 混氣壓差 / kPa u 總 Φ He KGa /kmol/(m^3*h*kPa) 吸收率 η 溫度 T/（ ℃ ） 25 26 27 28 L=100L/h（ D=29mm， d0=， uL=） 19 表 26 %質量濃度的丙酮水溶液吸收丙酮的關系數(shù)據(jù)（ d） G(L/h) 80 100 120 146 166 G 實際 (L/h) 2384 2980 3576 uG(m/s) 液 /氣： L/G 入口濃度 248。2 14 22 19 14 14 混氣（左） /mm 234 170 78 13 7 大氣（右） /mm 195 132 38 25 32 混氣壓差 / kPa u 總 Φ He KGa /kmol/(m^3*h*kPa) 吸收率 η 溫度 T/（ ℃ ） 19 20 20 21 22 L=100L/h（ D=29mm， d0=， uL=） G(L/h) 166 146 120 100 20 表 26 %質量濃度的丙酮水溶液吸收丙酮的關系數(shù)據(jù)（ e） L=100L/h（ D=29mm， d0=， uL=） G(L/h) 166 146 120 100 G 實際 (L/h) 3576 2980 G 實際 (L/h) 3576 2980 uG(m/s) 液 /氣： L/G 入口濃度 248。2 14 14 17 24 混氣（左） /mm 15 8 73 165 大氣（右） /mm 26 32 35 125 混 氣壓差 / kPa u 總 Φ He KGa /kmol/(m^3*h*kPa) 吸收率 η 溫度 T/（ ℃ ） 22 21 23 20 21 uG(m/s) 液 /氣： L/G 入口濃度 248。2 13 14 17 21 混氣（左） /mm 9 15 51 142 大氣（右） /mm 32 21 17 103 混氣壓差 / kPa u 總 Φ He KGa /kmol/(m^3*h*kPa) 吸收率 η 溫度 T/（ ℃ ） 22 21 23 20 丙酮水溶液濃度對吸收的影響數(shù)據(jù)列表 表 27 不同質量濃度的丙酮水溶液吸收丙酮的關系數(shù)據(jù)（ a） ul=L(L/h) 100 100 100 100 100 ul（ m/s） G(L/h) 166 166 166 166 166 G 實際 (L/h) uG(m/s) 液 /氣： L/G 22 表 27 不同質量濃度的丙酮水溶液吸收丙酮的關系數(shù)據(jù)（ b） ul=L(L/h) 120 120 120 120 120 ul（ m/s） G(L/h) 120 120 120 145 120 G 實際 (L/h) 3576 3576 3576 4321 3576 uG(m/s) 液 /氣： L/G 入口濃度 248。2 9 8 18 17 16 入口濃度 248。2 6 7 14 14 13 混氣（左） /mm 8 10 7 8 9 大氣（右） /mm 31 30 32 32 32 混氣壓差 / kPa u 總 Φ He KGa