Разработка ресурсо - и энергосберегающих технологий и аппаратурное оформление процессов, сопровождающихся выделением газовой фазы (стр. 6 )

В четвертой главе приведены результаты экспериментальной проверки основных кинетических закономерностей, осуществлена проверка разработанных математических моделей на адекватность реальным процессам, проведено математическое моделирование с целью определения рациональных технологических режимов и конструктивных характеристик оборудования. Расхождение результатов экспериментальных исследований и расчетных значений, полученных по разработанным моделям в идентичных условиях, составляет 16–18% и лишь при моделировании процесса адсорбции достигает 24%.

Математическим моделированием процесса улавливания паров акролеина при безреактивном расщеплении жиров установлено, что, задаваясь скоростью разгрузки смеси, можно подобрать типовой конденсатор и наоборот. Так при скорости разгрузки 0,4 м3/с требуется площадь конденсации 9,4м2 (рис. 2а). Если необходимо получить конденсат отдельных фракций, можно подобрать ряд конденсаторов (рис. 2 б).

В соответствии с рационально выбранными температурными режимами в конденсаторах и рассчитанной производительностью системы удаления паров для получения конденсата акролеина и воды можно подобрать два конденсатора с различной площадью поверхности конденсации. Эти мероприятия позволят исключить дорогостоящую операцию разделения смеси акролеин-вода и использовать акролеин для реакций органического синтеза.

Математическое моделирование позволило выявить влияние теплофизических свойств улавливаемой жидкости на величину площади поверхности конденсации.

В процессе разложения соапстока серной кислотой организован прямоточный процесс конденсации, поэтому движущая сила процесса изменяется по длине конденсатора и наибольшее значение имеет на начальном участке.

Причем с увеличением температуры в реакторе средняя движущая сила процесса возрастает (рис.3). Поэтому процесс варки желательно вести при максимальной температуре.

Увеличение средней движущей силы процесса конденсации с увеличением температуры в реакторе ведет к росту производительности конденсатора (рис. 4).

Результаты промышленных испытаний показали возможность интенсификации процесса разложения соапсточного мыла за счет изменения температуры варки соапсточного мыла. На рис. 5 представлена экспериментальная зависимость продолжительности разложения соапсточного мыла от температуры процесса разложения. Обработкой экспериментальных данных получено соотношение

,

(84)

позволяющее рассчитать время разложения соапсточного мыла в зависимости от температуры в реакторе.

В процессе химического полирования металлических деталей четко прослеживаются два периода (рис. 6).

В первом периоде концентрации газов и паров в камере растут, поскольку идет процесс химической обработки.

Во втором периоде процесс химической обработки прекращается, при этом уменьшаются интенсивность испарения компонентов реакционной смеси и интенсивность газовыделения. Концентрации компонентов парогазовой смеси в камере химической обработки начинают убывать за счет работы системы улавливания вредных выбросов. Отличие установившихся значений концентраций в конце первого периода для различных компонентов обусловлено их различной температурой кипения и молярной массой.

Необходимо отметить также характер влияния производительности системы улавливания на кинетику процесса (рис.7). Когда производительность системы улавливания достаточно велика, кривые концентраций в первом периоде асимптотически приближаются к установившимся значениям.

Во втором периоде уменьшение производительности системы улавливания приводит к увеличению длительности процесса поглощения выбросов, остающихся после прекращения химической обработки изделий. При малой производительности системы улавливания давление и температура в камере быстро возрастают, увеличивая скорость химической реакции, что в свою очередь приводит к увеличению количества выделившегося тепла и, соответственно, ведет к увеличению давления и температуры в камере химической обработки. Таким образом, процесс приобретает автокаталитический характер.

Для получения данных о степени интенсификации процесса абсорбции при увеличении концентрации улавливаемых компонентов была построена экспериментальная зависимость производительности системы улавливания по окислам азота от их концентрации в камере. Поскольку непосредственно измерить производительность системы улавливания по данному компоненту сложно, был использован косвенный метод определения производительности

,

(85)

Полученная зависимость (рис. 8) показывает увеличение эффективности процесса абсорбции при повышении концентрации улавливаемых компонентов.

В случае адсорбции паров летучих растворителей из анализа изотермы адсорбции толуола при различных температурах (рис. 9), выявлена зависимость поглотительной способности адсорбента от концентрации загрязнителя в очищаемом воздухе. Кроме того, установлено, что диапазон рабочих концентраций паров растворителей в вентиляционном воздухе при отделке изделий соответствует линейному участку изотермы адсорбции.

Анализ кривых пространственно-временного распределения загрязнителя в потоке газа и в слое адсорбента (рис. 10) позволил сделать вывод о частичном использовании поглотительной способности адсорбента к моменту времени, соответствующему явлению «проскока»t7, то есть к моменту времени перевода работы адсорбера в режим десорбции. Поделив слой адсорбента на зоны (рис. 11), был определен коэффициент неиспользованной поглотительной способности адсорбента Ку каждой из зон (табл.1). Обеспечить более полное насыщение всей массы адсорбента можно путем удаления адсорбента из зоны 1, последовательного перемещения поглотителя каждой из зон в среду с более высокой концентрацией и помещения на освободившееся место регенерированного адсорбента. Используя данный подход можно увеличить эффективность использования поглотителя более чем на 50%.

Таблица 1

Величины неиспользованной поглотительной способности адсорбента Ку

№ зоны	Высота слоя адсорбента, м	Поглотительная способность адсорбента, кг/кг	Относительная поглотительная способность адсорбента,	Коэффициент неиспользованной поглотительной способности адсорбента,
1	0,25	0,2070	0,95	5
2	0,50	0,1440	0,66	34
3	0,75	0,0545	0,25	75
4	1,00	0,0085	0,04	96

При исследовании термической переработки древесных отходов выявлен характер влияния начальной влажности древесных частиц на продолжительность процесса сжигания в целом (рис. 12). Начальная влажность древесных частиц оказывает существенное влияние на продолжительность стадии горения и термического разложения древесины, практически не оказывая влияния на длительность стадии выгорания коксового остатка. Кроме того, с увеличением влажности древесных частиц наблюдается снижение температурного уровня процесса и образование большего количества токсичных соединений в дымовых газах.

В ходе исследований подтверждена целесообразность использования сушильного бункера для предварительной сушки древесных отходов отходящими дымовыми газами.

В пятой главе приводятся технологические схемы и описание конструкций оборудования для эффективной реализации исследуемых технологических процессов, разработанных в соответствии с рекомендациями, полученными в результате математического моделирования. Все представленные схемы технологических процессов, традиционно сопровождающихся образованием токсичных веществ, снабжены эффективной системой газоочистки и реализуются в условиях максимально возможной герметизации оборудования. Выявленные в процессе моделирования закономерности позволили снизить уровень загрязнений в воздухе помещений и в вентиляционных выбросах до концентраций, значительно меньших установленных норм, а также обеспечить более эффективное использование сырьевых и энергетических ресурсов.