Автореферат диссертации на соискание учёной степени

Вид материала

Содержание

В четвёртом разделе
В пятом разделе
Б и о с ф е р а
У з е л А Т П с инфраструктурой
Деятельность по обеспечению экологической безопасности узла АТП (выполняемая координационным экоцентром)
Обеспечение экологической безопасности ГА РФ
Минприроды РФ

Подобный материал:

1 2 3 4 5 6 7

Рис. 5. Автоматизированное упреждающее управление состоянием природного объекта

В четвёртом разделе диссертации приведены оригинальные результаты разработки и исследования принципиально новых локальных технических средств регулирования экологически значимых результатов производственных процессов выполнения авиатранспортной работы на базе контактных массообменных устройств для локальных очистных сооружений.

Поскольку ограничение объёмов перевозок может входить в компетенцию экологической службы авиатранспортных предприятий только в чрезвычайных экологических ситуациях, то очистка отходящих технологических потоков от загрязняющих веществ является единственным реально возможным путём регулирования экологически значимых результатов производственных процессов. Из всех видов образующихся отходов наиболее трудно произвести очистку газов, которые нельзя собрать и перевезти в другой регион.

В работе на основании проведённых исследований показано, какие конструкции контактных массообменных устройств следует использовать для очистки выбросов в аппаратах, встраиваемых в вентиляционные системы стационарных источников загрязнения атмосферы авиапредприятий для локального регулирования экологически значимых результатов производственных процессов.

Основными требованиями к конструкции локальных средств регулирования являются:

1. Работоспособность при больших скоростях газа – для компактности, встраиваемости в существующие системы вентиляции без увеличения производственных площадей, а также для меньшей материалоёмкости.

2. Малое гидравлическое сопротивление – для снижения затрат энергии.

3. Допустимость низкой плотности орошения – для повышения концентрации уловленных загрязняющих веществ в жидкости и снижения затрат энергии на перекачку жидкости.

4. Возможность достоверного масштабного перехода от лабораторных моделей к реальным размерам аппаратов без снижения эффективности улавливания загрязняющих веществ.

В работе показано, что перечисленным требованиям в наибольшей степени отвечают контактные массообменные устройства с плёночной зоной контакта фаз, один из вариантов конструкции которого приведён на рис. 6.

Сравнение по обобщённому показателю техноэкономической эффективности контактных массообменных устройств, включающему такие показатели, как эффективность массообмена (очистки), гидравлические затраты на процесс, а также экономические затраты на изготовление и эксплуатацию, выполненное автором для ряда широко распространённых конструкций, показывает (рис. 7), что плёночные устройства обладают наибольшей эффективностью и предпочтительным диапазоном равномерной работы (на рис. 7 границы равномерной работы "тарелок" отмечены кружками).

Однако рабочие скорости газа в поперечном сечении названных конструкций, достигающие 2,5 м/с, недостаточны для решения поставленной задачи создания "встраиваемых" локальных средств регулирования. Значительного повышения допустимых скоростей газа в сечении аппарата (до 7 м/с) и, таким образом, уменьшения габаритных размеров удалось достичь путём разработки предложенного автором диссертации нового способа организации потоков в массообменном аппарате.

Рис. 6. Схема одноэлементного плёночного контактного устройства тарельчатого типа, снабжённого жалюзи, рекомендуемого в качестве рабочей зоны локальных средств регулирования экологически значимых результатов производственных процессов

В соответствии с новым способом при противоточном контактировании потоков газа (пара) и жидкости (зернистого материала) поток газа делят на равные части, каждая из которых поочерёдно взаимодействует с потоком жидкости, после чего части потока газа объединяют в общий поток. Оригинальный способ послужил основой для создания автором диссертации серии новых контактных массообменных конструкций тарельчатого типа, и, прежде всего, плёночной "тарелки" с делением потока газа (ПТДП). Новый способ и реализующие его конструкции защищены авторскими свидетельствами.

В диссертации по результатам проведённых автором экспериментальных исследований получены зависимости, необходимые для расчёта основных рабочих характеристик ПТДП.

Гидравлическое сопротивление ΔР_с (Па) сухой ПТДП потоку газа в аппарате определяют по эмпирической формуле

.

, ( 12 )

где

– F-фактор, кг^0,5 / (м^0,5∙ с); w_Г– скорость газа в сечении аппа-

рата, м/с; g – ускорение свободного падения, м/с ²; ρ_Г– плотность газа, кг /м ³.

Критические скорости потока газа, при которых происходит смена гидравлических режимов работы ПТДП, зависят от нагрузки по жидкости и размера кольцевых устройств для распределения жидкости по сечению аппарата (переливных патрубков).

Рис. 7. Зависимость показателя техноэкономической эффективности

от скорости воздуха (газа) в сечении аппарата для различных видов "тарелок": 1 – колпачковая; 2 – дырчатая; 3 – решетчатая; 4 – ситчатая; 5 – с двумя зонами контакта фаз; 6 – обычная плёночная; 7 – плёночная, имеющая жалюзи

Экспериментально получены зависимости для определения этих скоростей газа через величину F-фактора:

( 13 )

( 14 )

( 15 )

где h_Щ – высота кольцевой щели центрального плёночного распределителя жид-

кости (переливного патрубка), мм; L_уд^П– удельная нагрузка по жидкости

на единицу длины кольцевой щели распределителя, м³/ м ^.ч .

Важной характеристикой работы плёночных "тарелок" является ΔР_Ж – сопротивление, оказываемое плёнкой и каплями жидкости газовому потоку. В процессе экспериментов подтверждено, что сопротивление ПТДП зависит от тех же параметров, что и для обычных плёночных "тарелок", а именно: от скорости газа, нагрузки по жидкости и высоты кольцевой щели. Получено, что ΔР_Ж плёночных "тарелок" с делением потока газа рассчитывается по зависимостям:

− для плёночного режима

( 16 )

− для переходного плёночного режима

( 17 )

− для переходного капельного режима

( 18 )

− для капельного режима

( 19 )

Зависимость для расчёта нижней границы диапазона устойчивой работы по жидкости для ПТДП, включая влияние диаметра переливного патрубка, следующая:

( 20 )

При расчётах по зависимостям ( 12 ) … ( 20 ) ошибка не превышает ±10 %.

В диссертации приведены также экспериментально полученные автором зависимости для расчёта массообменных характеристик работы ПТДП.

Из полученных в работе данных следует, что ПТДП работоспособны при больших скоростях газа, чем плёночные (в 2 раза) и ситчатые (в 2,5 раза) "тарелки", и имеют меньшее гидравлическое сопротивление, чем ситчатые "тарелки", при меньшей материалоемкости. Аппарат, в случае применения ПТДП, имеет рабочий объём в 4,4 раза меньше, чем при традиционных плёночных тарельчатых устройствах.

Предложенная, исследованная в диссертации и запатентованная конструкция "тарелки" позволяет реализовать новый способ организации потоков в массообменном аппарате и получить характерные для него преимущества: возможность работы при значительно повышенных скоростях потока газа (до скорости, соответствующей F₀ = 5,0 кг ^0,5/ м ^0,5с) и снижение границы диапазона устойчивой работы "тарелки" по жидкости (до

≈ 1,2 м ³/ м ²∙ ч).

"Тарелка" обладает малой материалоёмкостью, проста и не имеет узлов, легко забиваемых частицами уловленной пыли или возможным осадком. В диапазоне скоростей 3 … 5 м/с "тарелка" обладает существенно меньшим гидравлическим сопротивлением «теоретической тарелки» по сравнению со всеми известными контактными массообменными устройствами. Результаты исследований ПТДП, выполненных в диссертации, позволили использовать контактные массообменные устройства тарельчатого типа с делением потоков при создании компактных аппаратов, встраиваемых в системы вентиляции для регулирования экологически значимых результатов производственных процессов.

Исследования и анализ работы массообменных устройств тарельчатого типа с плёночной зоной контакта фаз и с делением потоков позволили разработать в диссертации методику их расчёта.

На новый способ и новую конструкцию плёночной тарелки с делением газового потока на две части, имеющую характерное для плёночных тарелок низкое гидравлическое сопротивление, получены авторские свидетельства и 9 патентов в Великобритании, Франции, Германии и Японии. Новый способ организации потоков реализован в целом ряде других устройств тарельчатого типа, на конструкцию которых получено ещё 7 авторских свидетельств.

В пятом разделе приведены полученные в диссертации результаты разработки концепции экологической безопасности выполнения авиатранспортной работы в гражданской авиации (ГА). Предлагаемая в соответствии с полученными в работе результатами и сделанными выводами схема организации природоохранной деятельности в отрасли приведена на рис. 8, а структура отраслевой системы экологической безопасности ГА – на рис. 9.

Важнейшими составляющими разработанной системы экологического управления авиапредприятий и организаций ГА являются:

- проведение производственного экологического контроля;

- осуществление мониторинга состояния окружающей среды;

- обеспечение строительства и эксплуатации локальных систем регулирования воздействия на окружающую среду (ОС), в качестве которых выступают очистные сооружения;

- проведение предупредительного регулирования воздействия узлов авиатранспортных предприятий на окружающую среду по результатам контроля состояния экосистем (экомониторинга);

- переход на экологически более совершенные оборудование и технологии (новые воздушные суда и новые авиадвигатели).

Деятельность отраслевых экологических служб по обеспечению экологической безопасности, как показано в работе, основывается на результатах мониторинга природных и природно-антропогенных объектов, входящих в геотехнические системы узлов авиатранспортных предприятий.

Предложенная система экомониторинга позволяет получить комплексную оценку не только всех особенностей воздействия различных химических веществ, но и воздействия физических факторов – авиационного шума, электромагнитных излучений, радиации, а также иных видов антропогенного воздействия узлов авиатранспортных предприятий на окружающие экосистемы.

Одной из важнейших характеристик отечественной отраслевой сети управления системой экологической безопасности в ГА будет являться гетерогенность, т. е. способность обеспечивать обмен информацией в сети компьютеров, имеющих различную коммуникационную и аппаратную конфигурацию, а также различное программное обеспечение. Кроме того, на скорость передачи

информации будет влиять выбор маршрута от отправителя к получателю, что, как известно, является «узким» местом в современных отечественных сетях из-за их малой скорости передачи информации и низкого качества. Для достижения пункта назначения передаваемой информации может потребоваться преодолеть несколько транзитных участков между маршрутизаторами.