【正文】 題 [2728] 1. 國(guó)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。 前景與展望 動(dòng)力波洗滌技術(shù)是國(guó)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)，努力創(chuàng)新，使動(dòng)力波技術(shù)及設(shè)備能夠國(guó)產(chǎn)化。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。我國(guó)應(yīng)積極開展國(guó)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。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。另外，大量丙酮流失，也造成生產(chǎn)成本增高。 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。 動(dòng)力波洗滌技術(shù)是國(guó)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。 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 動(dòng)力波洗滌技術(shù)作為國(guó)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，可強(qiáng)化氣液傳熱、傳質(zhì)過程，達(dá)到氣相高效凈化的良好效果。因此，采用動(dòng)力波技術(shù)凈化車間內(nèi)丙酮具有很大意義。同時(shí)，再經(jīng)過論證、修改、提高，能使研究、設(shè)計(jì)成果在實(shí)際生產(chǎn)中得以應(yīng)用。 第二章 動(dòng)力波模型理論及實(shí)驗(yàn)數(shù)值計(jì)算 丙酮吸收過程傳質(zhì)模型 傳質(zhì)模型的形成過程 因?yàn)閯?dòng)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。 錢智等人 [32]采用 CO2— MDEA 氣液吸收體系，對(duì)旋轉(zhuǎn)填充床中伴有可逆反應(yīng)的氣液傳質(zhì)過程進(jìn)行了模型研究，建立了旋轉(zhuǎn)床中此體系的擴(kuò)散反應(yīng)傳質(zhì)模型。王偉之等人 [34]利用填料吸收塔，測(cè)定并計(jì)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(duì)脫硫性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)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(cè)定了NaOH 水溶液吸收空氣中少量 CO2 的體積總傳質(zhì)系數(shù)。國(guó)內(nèi)一些動(dòng)力波技術(shù)研究者對(duì)丙酮吸收過程傳質(zhì)機(jī)理進(jìn)行了研究，其中，上?；ぱ芯吭旱恼纪钋锲?，邵國(guó)興等人通過利用動(dòng)力波洗滌器研究堿液吸收低濃 CO2 的傳質(zhì)特性，總結(jié)出了動(dòng)力波的傳質(zhì)模型。因此，體積總傳質(zhì)系數(shù) KGa 也可用于動(dòng)力波洗滌器的設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算。 同理，利用動(dòng)力波洗滌器，采用水吸收丙酮?dú)怏w也可參考并利用其傳質(zhì)機(jī)理 。 h 在動(dòng)力波洗滌管內(nèi)取高度為 dh 的泡沫層來進(jìn)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(dòng)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(zhì)組分進(jìn)入液相后立即反應(yīng)被消耗掉， ΨA*≈0，同時(shí)氣體流量 qG可認(rèn)為是一常數(shù)。 h 丙酮?dú)怏w的吸收率被定義為 η=（ Ψl Ψ2） /Ψl (4) 液體噴射高度的推導(dǎo)計(jì)算 液體噴射高度的確定是設(shè)計(jì)動(dòng)力波濕式洗滌器裝置高度的主要依據(jù)。文獻(xiàn) [41]提出了液體 (水 )從圓形噴嘴垂直向上射人大氣時(shí)的噴射高度的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算式為 He=H／ (1+Ψ H) (1) 設(shè)射流在噴嘴出口處的總水頭為 H，射出后所能達(dá)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?qū)ψ?，因此上式中?V 應(yīng)為 V=Vl+Vg (3) 因?yàn)?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(shí)驗(yàn)確定的一系數(shù)，也可按經(jīng)驗(yàn)式進(jìn)行計(jì)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(guān)。由表 2 可以看出，當(dāng)噴射口直徑和液體噴射速度保持不變時(shí)，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(guān)系 表 22 液體噴射高度與液體噴射速度的關(guān)系 表面活性劑傳質(zhì)效率分析 [4244] 丙酮作為一種廣泛應(yīng)用的有機(jī)溶劑，其回收具有重要的經(jīng)濟(jì)與環(huán)境意義。但 丙酮 水吸收過程的吸收用水的水質(zhì)對(duì)吸收效果有很大影響，會(huì)對(duì)后續(xù)精餾工藝有重要影響。 研究了在尾氣中丙酮體積分?jǐn)?shù)、吸收液的丙酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)分析結(jié)果基礎(chǔ)上，將吸收試驗(yàn)的吸收效果折算成為等效傳質(zhì)單元數(shù) Nt 表示，并以 Nt 為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較。 由圖 23 可知，十二烷基苯磺酸鈉對(duì)氣 液相的傳質(zhì)過程有著不 同程度的抑制作用。 因?yàn)楸砻婊钚詣┓肿釉诮缑嫔系慕Y(jié)構(gòu)重排是界面阻力的主要來源，同時(shí)，障礙理論分子在二相之間的擴(kuò)散。而當(dāng)表面活性劑存在時(shí)，丙酮從氣相向水相傳質(zhì)過程的驅(qū)動(dòng)力可表示為： NA=kL 通?？杀硎緸椋? 1/kL結(jié)合公式（ 2）和公式（ 3）可看出，當(dāng)在水中加入少量表面活性劑時(shí)，引入額外的傳質(zhì)阻力，因此會(huì)使氣液相總傳質(zhì)阻力增加，導(dǎo)致氣液傳質(zhì)系數(shù) kL 聚乙烯醇傳質(zhì)效率分析 在動(dòng)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(duì)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(shí)，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(zhì)速率，即可提高丙酮在氣液傳質(zhì)過程的穩(wěn)定性從而增加傳質(zhì)的效率，減小傳質(zhì)阻力，從而促進(jìn)氣液相之間的質(zhì)量傳遞，強(qiáng)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(jì)算 由前面液體噴射高度的推導(dǎo)公式： u 總 =ug+ul=（ +） m/s=系數(shù) Φ 的計(jì)算： 已知推導(dǎo)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(zhì)系數(shù) KGa 的計(jì)算 由前面推導(dǎo)公式： KGa=[4qG/（ πD2PHe） ]ln（ 248。2） 其中，摩爾流量 qG的計(jì)算： qG=（ G 實(shí)際 /Vm） [（ L/h） /L/mol] =103（ G 實(shí)際 /Vm） kmol/h =（ 1000） kmol/h = kmol/h 18 所以，體積總傳質(zhì)系數(shù) KGa： KGa=[4qG/（ πD2PHe） ]ln（ 248。2） =[4（ ） ]ln（ 23/6） = kmol/(m3*h*kPa) 表 26 %質(zhì)量濃度的丙酮水溶液吸收丙酮的關(guān)系數(shù)據(jù)（ b） 表 26 %質(zhì)量濃度的丙酮水溶液吸收丙酮的關(guān)系數(shù)據(jù)（ c） L=100L/h（ D=29mm， d0=， uL=） G(L/h) 166 146 120 100 G 實(shí)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(zhì)量濃度的丙酮水溶液吸收丙酮的關(guān)系數(shù)據(jù)（ d） G(L/h) 80 100 120 146 166 G 實(shí)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(zhì)量濃度的丙酮水溶液吸收丙酮的關(guān)系數(shù)據(jù)（ e） L=100L/h（ D=29mm， d0=， uL=） G(L/h) 166 146 120 100 G 實(shí)際 (L/h) 3576 2980 G 實(shí)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(duì)吸收的影響數(shù)據(jù)列表 表 27 不同質(zhì)量濃度的丙酮水溶液吸收丙酮的關(guān)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(shí)際 (L/h) uG(m/s) 液 /氣： L/G 22 表 27 不同質(zhì)量濃度的丙酮水溶液吸收丙酮的關(guān)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(shí)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