УЧЕТ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ ПРИ РАЗРАБОТКЕ ХИМИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Манойло Е.В., Манойло Ю.А., Моисеев В.Ф., Васильев М.И.

Охрана окружающей среды от вредных техногенных воздействий – одна из глобальных проблем современности, решение которой связано с усовершенствованием технологических процессов комплексной переработки сырья, обезвреживанием и утилизацией промышленных отходов.

Трансформация традиционных технологий в малоотходные и ресурсосберегающие позволит постепенно перейти от открытых производственных систем со свободным входом ресурсов и выходом отходов к полуоткрытым системам, характеризующимся частичным использованием извлекаемых материалов и очисткой отходов. Конечным этапом является переход к системам закрытого типа с полной переработкой и утилизацией всех поступающих ресурсов и отходов [1].

В последние десятилетия заводы химической и нефтеперерабатывающей промышленности оснащались высотными колоннами, символизирующими внешний вид этих заводов. Экстенсивный путь повышения объемов производства химических и нефтехимических продуктов посредством увеличения размеров соответствующей аппаратуры практически исчерпал свой потенциал. Поэтому в последнее время все более актуальной становится проблема интенсификации тепловых, массообменных и гидромеханических процессов во многих отраслях промышленности и техники.

С развитием новых технологий в условиях экономического и экологического кризиса актуальны вопросы снижения материалоемкости оборудования, экономного расходования сырья, энергетических ресурсов и предотвращение экологических катастроф. Необходима модернизация производства вследствие реконструкции и технического переоснащения вывода из эксплуатации экологически вредных производств, морально и физически устаревших технологий и оборудования. В то же время важной задачей является интенсификация процессов и создание компактного оборудования большой единичной мощности, входящего в состав малогабаритных мобильных установок и технологических линий. Создание таких установок снижает как основные производственных затраты, так и затраты на монтаж. Кроме того, положительный экономический эффект может быть достигнут путем уменьшения заводских площадей, а также снижения затрат на транспортировку оборудования.

Типичными целевыми функциями интенсификации колонных аппаратов (тарельчатых, насадочных, пенных) являются сокращение ресурсо- и энергозатрат, увеличение производительности и к.п.д., улучшение качества продукции, получение продукции со свойствами, не достижимыми при «традиционной» технологии, уменьшение габаритых размеров аппаратов, и следовательно расхода материалов на их изготовление; экономия сырья, проведение совершенно новых процессов, улучшение экологических и эргономических характеристик оборудования, ведение непрерывных управляемых процессов [2].

Широко применяемые "традиционные" тепломассообменные аппараты обладают низкой допустимой скоростью потоков и соответственно относительно малой эффективностью [3]. Интенсификация таких аппаратов возможна в результате:

– замены используемых контактных устройств более эффективными как с точки зрения разделяющей способности, так и пропускной способности;

– установки дополнительного количества аппаратов, действующих по параллельной или последовательной схеме;

– замены действующего аппарата на аппарат, работающий по несколько иному принципу (например, центробежный).

Замена существующих тепломассобменных элементов новыми современными конструкциями [4] приведет к увеличению поверхности контакта фаз, созданию развитой турбулентности, уменьшению гидравлического сопротивления, увеличению коэффициента массопередачи, снижению перепада давления, достижения постоянного соотношения потоков газа и жидкости. Кроме этого, комбинирование традиционных контактных элементов в сочетании с новыми [5], позволит создать дополнительную поверхность контакта фаз, а также расширить устойчивый диапазон работы аппарата и снизить капитальные затраты.

Применение аппаратов, работающих в интенсивном режиме развитой турбулентности при больших скоростях потоков газов и жидкостей со стабилизатором пены [6], благодаря своей высокой эффективности, большой единичной мощности, хорошими эксплуатационными качествами, позволяет усовершенствовать стадии очистки газа в технологических и санитарных целях, увеличить как степень очистки так и повысить надежность газоочистного оборудования в целом [7].

Для вторичной переработки бензина, где требуется высокая степень разделения продуктов, рекомендуется использовать колонны оборудованные ситчато-клапанными тарелками [2]. Эти тарелки обеспечивают высокую эффективность разделения в широком диапазоне нагрузок по газу (пару) и жидкости за счет увеличения площади свободного сечения. Кроме этого ситчато-клапанные тарелки имеют низкое гидравлическое сопротивление и надежность в работе.

Для интенсификации процессов тепломассопередачи перспективным с точки зрения как энергетических, так и экономических затрат на реализацию представляется применение центробежных аппаратов, в которых взаимодействие между фазами осуществляется в условиях повышенной турбулентности потоков благодаря воздействию вращающегося ротора. В таком аппарате создается высокая площадь поверхности межфазного контакта в единице объема за счет создания тонких пленок, мелких капель жидкости и пузырьков газа. При этом обеспечиваются высокие скорости обновления межфазной поверхности и относительные скорости потоков при факторе разделения порядка нескольких тысяч. Как результат, вопрос модернизации, реконструкции и технического переоснащения производства на основе интенсификации тепловых, массообменных и гидромеханических процессов решается заменой существующих тепломассобменных элементов новыми современными конструкциями, что приведет к улучшению технико-экономических показателей предприятий и снизит техногенную нагрузку на окружающую среду.

Литература:

1. Stankiewicz A.I. Progress Intensification: Transforming Chemical Engineering. Chem. Eng. Prog. Jan 2000, p. 22-34.

2. Кардашев Г.А. Физические методы интенсификации процессов химической технологии. – М.: Химия, 1990. – 208 с.

3. Тютюнников А.Б., Тарынин Е.К. Современное оборудование для массообменных процессов в системах газ-жидкость. – М.: ЦИНТИХИМ, 1977.

4. Патент № 61718 (Украина). Регулярная насадка "Dinamix". / Сиренко В.И., Бабенко В.Н., Бубликова Е.В., Филенко О.Н.

5. В.М. Олевский, В.Р. Ручинский, А.М. Кашников, В.И. Чернышов. Пленочная тепло- массообменная аппаратура. – М.: Химия, 1988.

6. Заявка №2003109590 от 24.01.2003. Пенный аппарат. / Шапорев В.П., Моисеев В.Ф., Бубликова Е.В., Филенко О.Н.

7. Товажнянский Л.Л., Моисеев В.Ф. и др. Интенсивные аппараты со стабилизированным слоем пены для очистки отходящих газов: Монография. – Харьков: НТУ "ХПИ", 2003 – 228 с.