К вопросу энергосбережения в абсорбционных аппаратах осушки воздуха

Одним из актуальных вопросов энергосбережения в промышленности является задача очистки промышленных (в том числе и вентиляционных) выбросов и одновременного использования их теплоты в системах утилизации. Для обезвреживания отходящих газов от газо- и парообразных токсичных веществ применяют абсорбционные, адсорбционные, каталитические, термические и конденсационные методы.

Широко известные способы снижения влагосодержания воздуха применимы при незначительных диапазонах температур и влажности, характерных для выбросов систем общеобменной вентиляции. Использование тех же методов осушки воздуха для промышленных выбросов с температурой выше 40оС и влагосодержанием до 280 - 300 г/кг не приводит к желаемому результату или требует значительных капитальных затрат. Поэтому изыскание эффективного и оптимального варианта по степени осушки воздуха и экономичности представляет актуальную задачу [1; 2, С. 201-202].

Одним из эффективных средств очистки выбросов от газообразных загрязнителей на настоящее время является адсорбция. В условиях интенсификации промышленного производства неуклонно повышаются требования к состоянию воздушной среды в производственных помещениях и атмосфере. Поэтому остро встает необходимость разработки инновационных конструкций, отличающихся высокой энергоэффективностью и обеспечивающих нормировано–качественные показатели осушки воздуха.

На кафедре «Теплогазоводоснабжение» Юго-Западного государственного университета была разработана инновационная конструкция абсорбционного регенеративного вращающегося теплообменника с регулярной насадкой из пластин с абсорбирующим веществом на теплоаккумулирующем цилиндре, поперечно омываемом потоком теплоносителя (рисунок 1) [3, 4].

Абсорбционный регенеративный вращающийся теплообменник состоит из разделенных перегородкой 3 двух емкостей: верхней 1 для вентиляционных выбросов и нижней 2 для адсорбирующей жидкости. Теплообменная поверхность регенератора выполнена из пластин 4. покрытых пленкой с абсорбирующим веществом, расположенных на теплоаккумулирующем цилиндре 5, или барабане. Длина каждой пластины меньше ширины каналов приточного и удаляемого воздуха на 5–10 мм.

Вращение барабана вокруг оси 7, соединенной с цилиндром 5 посредством стержней 6 и расположенной в плоскости перегородки 3, осуществляется под воздействием воздушных потоков на продольные пластины 4 цилиндра 5. Высота продольных пластин равна 1–1,5 диаметра теплоаккумулирующего цилиндра 5, толщина 1–1,5 мм обеспечивает их жесткость в работающем аппарате.

Рисунок 1. Абсорбционный регенеративный вращающийся теплообменник: 1 – верхняя емкость для пропуска потока воздуха; 2 – емкость, заполненная абсорбирующей жидкостью ( LiCl ); 3 – перегородка; 4 – пластины, покрытые пленкой с абсорбирующим веществом; 5 – канал притока вентиляционного воздуха; 6 – канал удаления вентиляционного воздуха; 7 – ось; 8 – продольные ребра; 9 – теплоаккумулирующий цилиндр.

Пластины 4 цилиндра 5 в верхнем канале 1, поглощают каплеобразную влагу из вентиляционного воздуха, нагреваются и в результате непрерывного вращения барабана, перемещаются в нижний канал, где на пленке из абсорбирующего вещества происходит регенерация поверхности пластин.

Интенсивность тепломассообмена в канале удаляемого воздуха обеспечивается высокой периодичностью абсорбционно–десорбционного процесса на пластине, покрытой пленкой с абсорбирующим веществом в результате действия сил поверхностного натяжения, тяжести и центробежной, а также образованием дополнительной поверхности конденсации – капель, срывающихся с пластин и падающих в абсорбирующую жидкость. Кроме того вращение насадки рассматриваемого аппарата усиливает турбулентность внешнего потока теплоносителя [4]. Это, в свою очередь, значительно влияет на теплообмен даже в условиях развитого турбулентного течения в пограничном слое [5] и заметно повышает эффективность тепломассообмена в регенеративном абсорбционном теплообменнике.

Пластины, покрытые пленкой с абсорбирующим веществом, могут быть выполнены полностью из металла высокой теплоемкости с покрытием их мипластом.

При проведении экспериментальных исследований на опытной установке     (абсорбционном     регенеративном     вращающемся теплообменнике) и последующей обработке полученных данных были определены следующие критериальные уравнения, описывающие гидродинамические и тепломассообменные процессы в абсорбционном аппарате с вращающейся насадкой [5, С. 132-166]:

Eu = 2,86 • Re -0,19(3)

Nu = 0,191 • Re0,67 • Pr0,36(4)

NuDI = 0,191 • Re0,67 • PrD0,36(5)

Выводы

Проведенный анализ показал необходимость разработки конструкций, обеспечивающих как энергосберегающие процессы очистки вентиляционных выбросов, так и нормировано–качественные показатели осушки воздуха.

Разработана конструкция энергосберегающего аппарата осушки высокопотенциальных вентиляционных выбросов.

Получены критериальные зависимости, описывающие процессы гидродинамики и тепломассообмена в абсорбционном вращающемся теплообменнике для осушки вентиляционных выбросов.