Цейтлін Мусій Абрамович. Системне дослідження явищ масопередачі в процесах очищення й охолодження газів та рідин содового виробництва

Краткое описание

Цейтлін Мусій Абрамович. Системне дослідження явищ масопередачі в процесах очищення й охолодження газів та рідин содового виробництва: дисертація д-ра техн. наук: 05.17.08 / Національний технічний ун-т "Харківський політехнічний ін-т". - Х., 2003

Цейтлін М. А. Системне дослідження явищ масопередачі в процесах очищення й охолодження газів та рідин содового виробництва. - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.17.08 - процеси та обладнання хімічної технології. - Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Харків, 2003.
Виконано дослідження масопередачі в процесах абсорбційної очистки скидних газів содового виробництва від сірководню, діоксиду сірки та діоксиду вуглецю із застосуванням технологічних рідин содового виробництва в якості абсорбентів. Вивчені закономірності масообміну в процесах охолодження в прямому контакті з холодоагентом газо-парових сумішей та газів. Визначено закономірності вакуумної десорбції аміаку з дистилерної рідини содового виробництва та піноутворення у цьому процесі.
Результати лабораторних досліджень використані для розробки математичних моделей апаратів для очищення та охолодження газів та рідин содового виробництва. Розраховано із застосуванням цих моделей дослідні апарати, які опрацьовані у виробничих умовах. У промислову експлуатацію впроваджено установку використання теплоти дистилерної суспензії содового виробництва та скруберний охолоджувач газу сушарок. Розроблено технічні проекти апаратів для охолодження газу кальцинації та карбонізації розчину сульфіду барію.

У дисертації наведене нове вирішення науково-технічної проблеми, що виявляється в розробці наукових основ проектування апаратів для очищення газових викидів та для утилізації низькопотенційної теплоти газів та рідин содового виробництва за допомогою масообмінних процесів.

Вперше досліджено явища масопередачі підчас абсорбційної нециклічної очистки скидних газів технологічними рідинами содового виробництва, а саме: від сірководню содо-аміачним та содо-соляним розчином, від діоксиду сірки дистилерною рідиною, від діоксиду вуглецю розчином сульфіду барію. Визначено лімітуючі стадії процесів, їх селективність за шкідливими компонентами, вплив гідродинамічних факторів, типу та геометрії контактних пристроїв на коефіцієнт масопередачі. Одержано рівняння для розрахунку коефіцієнтів масопередачі.

Знайдено, що підчас абсорбції сірководню содо-аміачним розчином та діоксиду вуглецю розчином сульфіду барію лімітуючою стадією є транспорт речовини у газовій плівці. Коли ті ж гази вловлюються содо-соляним розчином та гідросульфідом барію, відповідно, визначальним для масопередачі є опір у рідкій фазі. Щодо абсорбції сірководню дистилерною суспензією, то за умови, що парціальний тиск SO2менш 150 Па, швидкість абсорбції визначається опором у газовій фазі, а у разі більшого тиску швидкістю розчинення твердої частки суспензії.
Досліджено селективність абсорбції сірководню та діоксиду сірки з газових сумішей, що містять діоксид вуглецю. Знайдено, що залежність відносної швидкості абсорбції сірководню та СО2має тенденцію до росту зі збільшенням вільного перетину провальної тарілки. Тому підчас проектування абсорбера для очищення газу від сірководню варто вибирати тарілки з максимальним вільним перетином. Селективність за діоксидом сірки підчас абсорбції дистилерною суспензією зростає зі збільшенням швидкості газу та парціального тиску SO2.
Вивчення процесу карбонізація розчину сульфіду барію показало, що він протікає у дві стадії, що суттєво розрізняються швидкістю. Для розрахунку апарата першої стадії можуть бути використані, як відомі формули для обчислювання коефіцієнта масопередачі у газовій плівці, так і одержані підчас вивчення очистки газу від сірководню та діоксиду сірки.
Виконано порівняльне дослідження провальної, ковпачкової й ситчастої тарілок для проведення другої стадії карбонізації сульфіду барію, коли опір абсорбції переходить до рідини. Воно показало, що хоча між тарілками існують розходження у швидкості масопередачі усі вони, у принципі, можуть бути використані для конструювання абсорбера. Одержано рівняння для розрахунку коефіцієнта масопередачі за діоксидом вуглецю підчас карбонізації розчину гідросульфіду барію. .
Присутність сірководню в газі на обох стадіях процесу не позначається значно на коефіцієнті масопередачі за діоксидом вуглецю. На другій стадії карбонізації сірководень знаходиться в стані близькому до рівноваги з газом.
Дістало подальшого розвитку вивчення гідродинаміки однофазного і двофазного плину газового й рідинного потоків сегментними контактними пристроями. Вперше встановлено наявність двох режимів плину: нестурбованих струменів (перший режим) і розпилювання струменів (другий режим). Одержані рівняння для розрахунку гідравлічного опору та коефіцієнта масопередачі в залежності від гідродинамічних факторів.
Досліджено десорбцію аміаку в процесі самовипару дистилерної суспензії. Уперше знайдено, що маса десорбованого NH3лінійно залежить від кількості випареної води і вихідної концентрації аміаку. Знайдено, що параметрами, які визначають висоту пінного шару підчас вакуумній десорбції аміаку, є кількість випареної води й концентрація аміаку. Одержані рівняння для розрахунку кількості десорбованого аміаку й висоти пінного шару.
За результатами лабораторного дослідження масопередачі розроблено математичні моделі апаратів для проведення процесу хемосорбції з незворотною та зворотною хімічною реакцією. Перша модель адаптована для розрахунку процесу карбонізації розчину сульфіду барію. З використанням цієї моделі можна також розрахувати апарат для очищення топкового газу від діоксиду сірки дистилерною суспензією. Математична модель апарату для проведення абсорбції з оборотною реакцією пристосована до розрахунку процесу абсорбції сірководню з повітря фільтрів содового виробництва содо-соляним розчином.
Розвинуто новий підхід до математичного моделювання процесу контактного теплообміну, де сумісний розрахунок процесів тепло та масообміну замінено єдиним переносу ентальпії. Із застосуванням результатів вивчення сегментних контактних елементів розраховано апарат для охолодження газів сушарки з використанням теплоти цих газів.
Подальший розвиток дістала модель охолодження газу, усі компоненти якого розчиняються в холодоагенті у прямому контакті. Модель адаптовано до випадку охолодження газу кальцинації.
Розроблено й випробувано у промислових умовах дослідні апарати для відпрацьовування процесів абсорбційного очищення газів содового виробництва від сірководню содо-соляним розчином, діоксиду сірки дистелерною рідиною, діоксиду вуглецю розчином сульфіду барію та охолодження газу кальцинації. За результатами випробувань зроблено корекцію математичних моделей, котрі адекватно описують відповідні процеси. Розроблено проекти апаратів, що досягають регламентних норм очистки та охолодження. Вони прийняті до впровадження під час реконструкції підприємства.
Впроваджено у промислову експлуатацію установку утилізації теплоти дистилерної суспензії, теплопродуктивністю, що перевищує 40 ГДж на годину. Показано, що в ній, як і розраховувалось, видаляється до 1/3 аміаку. З огляду на піноутворення та бризковиніс, швидкість пари 1,4 м/с можна рекомендувати, як максимальну для випарників. Конструкція апаратів миттєвого скипання, що входять у випробувану установку забезпечує проектне тепловикористання і може бути рекомендована для тиражування.

Впроваджено у промислову експлуатацію установку охолодження та очищення скидних газів сушарки. Випробування апарату показали відповідність показників його роботи з охолодження газу, нагріву води та тривалості роботи між зупинками на чистку розрахункам. Впровадження установки дозволило економити до 10 ГДж на годину
Розроблено технічні проекти апарата охолодження газу кальцинації, маса якого в 8 разів менша, а продуктивність на 50 % більша за існуючого та апарата для карбонізації розчину сульфіду барію з пасетними тарілками, що має діаметр 1 м та висоту активної частини 7,2 м, де встановлено 12-ть пасет. Впровадження апарату дозволить економити у виробництві карбонату барію до 185 кг соляної кислоти та до 500 кг кальцинованої соди на 1 т продукції.