动力波清洗法回收车间空气中的丙酮
摘要：动力波清洗技术是一种先进气体净化技术，通过气液对冲形成高速湍流的泡沫区，由于泡沫区内液体表面积大且更新迅速，强化了气液传热、传质过程，达到气相高效净化的良好效果。此技术广泛应用于原料气净化、尾气处理及空气净化等领域。
使用自制的动力波实验装置，通过装置复合性能、气速与压降、驻区与气液比等关系的测定，确定了装置正常操作的条件。气速在0.953~2.069m/s范围内，液气比在0.0155～0.0274范围内较为适宜。以空气通过丙酮溶液模拟车间含丙酮空气，对装置的总传质系数、最佳处理效率进行测定，结果表明：随气体速度增加，体积总传质系数KGa增大，液气比增加，体积总传质系数KGa减小。当以含丙酮水循环操作时，随溶液中丙酮浓度增高，体积总传质系数KGa减小。处理效果随液气比的增大、含丙酮水溶液中浓度升高而降低。
为提高动力波洗涤器的清洗效率，在吸收液中分别添加了表面活性剂，丙酮稳定剂，及同时添加表面活性剂和丙酮稳定剂进行实际清洗，结果表明：表面活性剂虽然在一定程度上增加了装置流体力学的操作弹性，对气体净化效果不佳；丙酮稳定剂对气体净化有效果，但浓度增加到一定值后，效果会下降，当稳定剂浓度为处理液的万分之1.36，循环液丙酮浓度为0.5%时，吸收率比正常吸收提高12%，总效率可达50%；同时添加表面活性剂和丙酮稳定剂，实际清洗与清水效果相近。
通过实验、装置运行进一步明确：装置的截面、高度、喷嘴的截面、喷水量、液泵流量、气泵流量等之间要协调好，才能使装置达到最佳状态。实验结果证明动力波清洗技术是一种十分高效的丙酮回收方法；同时，此装置的参数及运行结果为工业生产的工艺设计、设备设计奠定了充足的基础。
关键词：动力波清洗，液气比，丙酮回收，传质性能
Treatment Acetone from Air of Workplace with Dynawave Cleaning
Method
Abstract：The Dynawave cleaning technology as an advanced gas purification
technology is widely used in the feed gas purification, gas treatment, air purification and other fields.The high-speed turbulence of the froth was formed through gas - liquid hedge rapidly, and the large surface area of the liquid which is quickly updated in the foam area, enhances the process of the gas-liquid heat and mass transfer, and makes the gas phase purificate well.
In order to determine the conditions for the normal operation of the device, the relationship of the composite performance of device, gas velocity and pressure drop, garrison and gas-liquid ratio are measured using the homemade Dynawave experimental device.It is more appropriate for gas velocity in the range of 0.953~2.069m/s, and the liquid-gas ratio in the range of 0.0155 to 0.0274. In order to measure the optimal treatment efficiency and the overall mass transfer coefficient of the device, the workshop acetone air
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was simulated by the air through the acetone solution.The results show that with the gas velocity increases, the volume overall mass transfer coefficient becomes larger, with The liquid-gas ratio increases, the volume overall mass transfer coefficient reduces. When the acetone-containing water is looped to operate, with the acetone concentration in the solution increases, the total volume of the mass transfer coefficient decreases. The effect of treatment is lower with the liquid-gas ratio and the concentration of the solution containing acetone increases.
The surfactants and the acetone stabilizers or both of them at the same time were added to improve the cleaning efficiency of the dynawave scrubber in the absorbing solution, The results show that, the surfactant can increase the operating flexibility of the device to some extent in fluid mechanics, while it was poor for gas purifying effect; The acetone stabilizer has some effect for gas purification, but the concentration increases to a certain value, and the effect will decrease.When the stabilizer concentration for the solution is 1.36, the absorption rate is increased by 12% than normal, and the total efficiency can be up to 50%; Both the surfactant and the acetone stabilizer are added , the actual cleaning effect is similar with water.
The operation of the experiment and device can be further clear, in order to achieve the best operating condition of the device, the cross-section and the height of the device, the cross-section and water spray of the nozzle, the gas pump flow, the liquid pump flow should be coordinated. The experimental results show that, the dynawave cleaning technology is an efficient method for the acetone recovery; The parameters and the results of this device has laid a sufficient foundation for the industrial production process design, and equipment design.
Key words：Dynamic wave cleaning, liquid-gas ratio, acetone recovery, mass transfer
performance
第一章 文献综述
1.1 湿式洗涤器
1.1.1湿式洗涤器介绍
湿式洗涤器[1-2]是以液体(一般为水) 作为洗涤液, 通过气液两相的接触，实现气液两相间的传质、传热过程, 以达到气体净化、冷却、增湿等要求。一般，常用的湿式洗涤器有：填料塔、泡沫塔、空塔、文丘里洗涤器等。为了尽可能达到最大的气液两相的接触面积，即实现气液两相的充分接触，目前，常用的湿式洗涤器一般采用如下几种形式：
(1) 尽量使洗涤液形成较薄的液膜，以此作为气液两相的接触表面。例如填料塔、水膜式旋风分离器等。
(2) 通过将洗涤液雾化成细小的液滴以增加液相的比表面积，同时，并要求雾化液滴尽可能均匀地分散于气体中。采用液相动能进行洗涤液雾化的有：离心喷淋洗涤器、喷淋洗涤塔、喷射洗涤塔等；其中，文氏管洗涤器是一种利用高速气流的动能进行洗涤液雾化的典型设备。
(3) 将洗涤液作为连续相，气体为分散相，即让气体以小气泡的形式穿过液层，实现气液两相的传质、传热过程，如冲击式洗涤器、泡沫塔等。
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1.1.2 动力波洗涤技术
“动力波”的英文名为“Dynawave”，动力波洗涤技术属于湿式洗涤法中的一种，是烟气净化领域的一项新技术，其具有新型、实用、可靠、综合效益高等优点。同时，动力波洗涤器也是一种新型的气液相直接接触的高效传质、传热设备，可应用在洗涤除尘、气液相反应与增湿等过程。它是利用气液两相在管道中高速逆向对冲, 形成一个高速、湍流的泡沫区，并充分地利用了气流及液流两相的能量, 具有气液分散混合充分，而且能同时完成除尘和脱硫两项过程，具有设备尺寸小，操作弹性范围大，阻力适中，洗涤液中化学需氧量低等优点。
动力波清洗技术是一种高效、新型的湿法洗涤技术，是通过液柱与气流对撞，形成高速湍流的泡沫区，同时，在泡沫区内气液接触表面积大且更新迅速，并强化了气液两相传热、传质过程，以此达到气相高效净化的良好效果。而其与传统的填料吸收塔、喷淋塔相比，其效率更高，具有较高的先进性。液体是由开有大孔的喷嘴喷入，当洗涤液中含有20%的固含量时，仍然可以循环使用，不会出现堵塞现象，而且操作可靠、稳定。其阻力损失约为文丘里的50%左右，而且，由于泵的效率高于风机，与同效率的其他设备相比，其压力降更小。具有较宽的气体适应能力，即具有广泛的适应性。
1.1.3 动力波逆向喷射洗涤器与其它湿式洗涤装置的比较
目前，采用石灰水作为洗涤液的脱硫设备在国内有很多种，如喷淋塔、湍球塔、文丘里水膜装置、湿式旋风装置等。动力波逆向喷射洗涤器和其它湿式洗涤装置在脱
硫率、占地面积、钙硫比及设备和运行费用等方面的对比情况见表1-1。
表1-1 动力波逆向喷射洗涤器与其它湿式洗涤装置的对比情况
从表中可以观察到，动力波逆向洗涤装置的脱硫率最高；同时，钙硫率明显比其它装置要大很多，说明循环液中的石灰含量比较高；而且，动力波洗涤装置也具有适应范围广，占地面积小，
装仪名称 喷淋塔 塔板式装置 湿式旋风装置
脱硫率/% 60 70
钙硫比 1.1一1.3 1.0一1.1 1.0一1.3 1.1一1.2 1.0一1.1 2.2一2.5
设备费 运行费
占地面积
（元/m3） （元/m3）
32 48 45 99 38 49
0.01 0.012 0.01 0.01 0.015 0.006
大 中 中 大 较大 小
适用范围 中、小锅炉 范围广 中、小锅炉 范围广 小锅炉 范围广
50
文丘里水膜装置 40
80 湍球塔
动力波洗涤塔 85-90
设备费较低，运行费用最少等优点，而且要比湿式旋风装置、喷淋塔和湍球塔还要高。由此可见，动力波洗涤装置具有很好的应用前景[3-5]。
1.2 动力波洗涤器的工作原理和结构
1.2.1 动力波洗涤器的原理
首先，气体从上而下高速进人洗涤管，洗涤液通过结构特殊的喷嘴自下而上逆向喷人气流中，使气液两相高速逆向对冲；气液两相达到动量平衡时，会形成一个高速湍流的泡沫区，在泡沫区域内，气液两相接触表面积大，而且接触表面得到迅速更新，实现了洗涤、逆流吸收的效果，强化了气液传质、传热过程，并最终达到气体高效净化的良好效果[6]，原理如图1-1。
动力波洗涤器的关键是使气速和液速处在一个特定并接近液泛的区域：泡沫区内，当气、液两相流速很低时，气液间会分层，此时，液相表面很平静；但随着气速
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的增加，液波逐渐形成，然后，波峰被吹离；当气速足够大时，液体会雾化成小的液滴；此时的操作区与其它利用碰撞原理的湿式洗涤器的操作区类似；随着液速的增加，最终到达气体鼓泡。通过连续液相的状态，气液两相流动体系在一个相当大的波动范围内，均可呈现为稳定的泡沫流状态[7]，见图1-2。
图1-1
动力波洗涤器的工作原理 图1-2 气
液两相的流动状态
动力波洗涤器是利用泡沫洗涤技术和流体力学的一些相关理论，采用全新的、简单的方法来产生相对更稳定、有效的泡沫层，其工作原理可分三个方面[8]：
1. 利用泡沫洗涤技术，并应用气液界面更新速度快、泡沫层表面积大的特点，进行稳定、高效的传质、传热过程。
2. 泡沫层是气液两相在交界处相互作用而形成的，气液两相的动量平衡关系决定其交界面的位置。在动量平衡时，其交界面将稳定在某一特定位置，而当气液两相相对动量发生改变时，其交界面会向着动量增加的流体方面移动，至达到新的平衡。
3. 气液两相流动体系中，流体的流型取决于气液两相的流速；同时，在一定条件下能够形成稳定的泡沫层。 1.2.2 动力波洗涤器的结构
动力波洗涤器实际上是有一系列洗涤器组成。它由同向喷射洗涤器、逆向喷射洗涤器及泡沫塔洗涤器组成[9]。 每一种洗涤器均应用泡沫洗涤的原理，并按不同工艺要求来设计制造，其中应用最为广泛应用的是逆向喷射洗涤器。
动力波洗涤装置主要由带锥形喷口、圆柱形洗涤器、分离塔、进排气管、旋流板、动力波循环泵、输液管等组成；在循环槽的上部，设有一个动力波洗涤管和出气管；在动力波洗涤管中的下部设有一个混合器；在动力波洗涤管中还设有一个上喷嘴和一个下喷嘴，在出气管中设有一个除沫器。在动力波洗涤管出口处的下侧的循环槽内设有一个挡板，此挡板与动力波洗涤管的出口成一定的角度并斜向放置的循环槽。洗涤液喷头是动力波洗涤器的一个核心部件，其设计和选用都对洗涤器得洗涤效果及费用的影响很大。目前，由于我国的技术比较落后，
通常这些部件需要从国外进口获得[3]。
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