超重力技術(shù)在煙廠環(huán)保中的應用與研究

摘 要：超重力技術(shù)是強化多相流傳遞及反應過程的新技術(shù)，超重力機具有廣泛適用性及傳統(tǒng)設(shè)備不具有的體積小、重量輕、能耗低、易運轉(zhuǎn)、易維修、安全、可靠、靈活以及更能適應環(huán)境等優(yōu)點。文章詳細分析了超重力技術(shù)在煙廠環(huán)保中的煙草異臭味處理、氮氧化物處理、醋酸尾氣處理、除塵處理等應用。

關(guān)鍵詞：超重力技術(shù)；環(huán)保；煙廠

Application and Research of Gravity Technology based on Tobacco Factory Environmental Protection

Yan Xiaohua

（Xu Zhou Jiang Su HUA ZHENG Environment and Technology LTD.）

Abstract： Gravity technology was the new technology of strengthening multiphase flow reaction process. Gravity machine was to has broad applicability， small size， light weight， low energy consumption， easy operation， easy maintenance， safe， reliable， flexible and adapt to the environment and so on. The applications of tobacco different odor treatment， nitrogen oxide treatment， acid gas treatment， dust treatment based on gravity technology in tobacco factory environmental protection were detailed analyzed.

Key words： Gravity Technology， Environmental Protection， Tobacco Factory

1.超重力技術(shù)

所謂超重力是指比在地球重力加速度（9.8m/s2）大的多的環(huán)境下，物質(zhì)所受到的力（包括引力和排斥力）。研究超重力環(huán)境下的物理和化學變化過程的科學稱之為超重力科學。由超重力科學原理而誕生的應用技術(shù)稱為超重力技術(shù)。超重力技術(shù)作為一種高新技術(shù)，在工業(yè)上有著重大的應用前景。

在超重力環(huán)境下，不同大小分子之間的分子擴散和相間傳質(zhì)過程比常規(guī)重力場下要快的多，氣-液、液-液、液-固兩相間在比地球重力場大數(shù)百倍至千倍的超重力環(huán)境下的多孔介質(zhì)和孔道中產(chǎn)生流動接觸，巨大的剪切力將液體撕裂成微米甚至納米級的液膜、液絲和液滴，產(chǎn)生巨大的和快速更新的相界面，使相間傳質(zhì)速率比傳統(tǒng)塔設(shè)備提高1～3個數(shù)量級，微觀混合和傳質(zhì)過程得到極大強化。同時，在超重力條件下，不僅是整個反應過程的加快，氣體的線速度也得到大幅度提高，這使單位設(shè)備體積的生產(chǎn)效率得到1～2個數(shù)量級的提高。

在地球上，旋轉(zhuǎn)是實現(xiàn)超重力環(huán)境的最簡便方法。這種特殊設(shè)計的旋轉(zhuǎn)設(shè)備統(tǒng)稱為超重力設(shè)備，簡稱超重機（HIGEE），在化工設(shè)備中又被稱之為旋轉(zhuǎn)填充床（RPB）。利用超重力環(huán)境下的高強度傳質(zhì)過程和微觀混合特性，可以將高達幾十米的巨大反應塔等化工設(shè)備用高不及兩米的超重機進行代替。因此，超重力工程技術(shù)被認為是強化傳遞和多相反應過程的一項突破性技術(shù)，被譽為跨世紀的技術(shù)，超重機也被譽為“化學工業(yè)的晶體管”。

2.超重力技術(shù)在處理煙草異臭味中的應用

目前，就目前煙草行業(yè)流行的異味處理技術(shù)，其70-80%是采用洗滌法或化學洗滌法，其余的就是生物法及部分煙廠近年來采用的等離子體技術(shù)及光催化技術(shù)，極個別工藝廢氣的處理使用燃燒法，因此說濕法除異味依然是正在使用的主流技術(shù)，主要產(chǎn)品有交叉流洗池及對流洗池，其特點：一是洗滌過程需要加酸或加堿，造成二次污染，加大污水管網(wǎng)的處理強度；二需要分級洗滌，占地面積大，洗滌泵多，控制復雜；三是壓力損失大，動力消耗多；四是洗滌過程屬于被動洗滌。通過超重力技術(shù)與光催化技術(shù)的聯(lián)合應用，對薄板烘絲機排潮氣體進行異味處理試驗，可以提供一套低成本、高效能、衛(wèi)生環(huán)保、方便易用、穩(wěn)定可靠的異味處理技術(shù)，經(jīng)過使用證明，具有技術(shù)先進、設(shè)備占地面積小、工藝路線短，操控簡單、維護方便等特點，能夠滿足煙草加工企業(yè)生產(chǎn)線對異味處理的要求。

3.超重力技術(shù)在煙氣除塵中的應用

國內(nèi)，北京化工大學最先將超重力旋轉(zhuǎn)填料床應用于除塵。張海峰分別采用尼龍絲網(wǎng)和RS 鋼紋絲網(wǎng)為填料做了超重力旋轉(zhuǎn)床除塵研究。結(jié)果表明，在氣量為200 m3Ph ，液量為0. 5～2. 0 m3Ph ，轉(zhuǎn)速為900～1 500 rPmin 的條件下，旋轉(zhuǎn)床對灰塵的捕集效率達到99 %以上，切割粒徑在0. 02～0. 3μm ，能夠完全除去3μm 以上的顆粒。除塵效率隨著液氣比的增大而增高，RS 鋼紋絲網(wǎng)比尼龍絲網(wǎng)的捕集性能好。柳巍首次采取并流操作利用旋轉(zhuǎn)床進行除塵研究，發(fā)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)床在高速運轉(zhuǎn)時，并流操作的設(shè)備總體壓降要比逆流操作時低很多，在氣量為80 m3Ph ，轉(zhuǎn)速為1 500 rPmin 時，逆流與并流的設(shè)備總體壓降之差為1 130 Pa 。華北工學院的張艷輝利用旋轉(zhuǎn)床對太原二電廠及南風集團的灰塵進行處理，實驗表明，旋轉(zhuǎn)床的液氣比為0. 21 LPm3 ，液體用量低于任何濕法除塵，但其除塵效率可達99. 9 %以上，而設(shè)備壓降在600～1 250 Pa 。

4. 霧、參與臭氧層的破壞等，氮氧化物主要來源于機動車和固定排放源。

固定 NOx排放源有兩類，一類來自礦物燃料燃燒；另一類來自硝酸及使用硝酸等生產(chǎn)過程，如氮肥廠、炸藥廠、有機化工廠等生產(chǎn)過程。近年來，隨著 NOx排放量的日益增加，對 NOx的治理研究已成為國內(nèi)外環(huán)境保護領(lǐng)域的研究熱點一。

中北大學在多年研究超重力技術(shù)的基礎(chǔ)上，開展了對 NOx治理工作的研究。自制了適合 NOx尾氣吸收的旋轉(zhuǎn)填料床，并以某廠硝化尾氣為氣源，進行了實驗研究。中北大學的李鵬等采用旋轉(zhuǎn)填料床來治理火炸藥廠的氮氧化物尾氣，初次實驗中，在進氣量為 2m3/h、液氣比為 20L/m3、超重力因子為 90，分別選清水和堿液作為吸收劑的條件下，實驗結(jié)果表明，在相同操作條件下，以堿液作為吸收劑時，加入氧化劑可明顯提高吸收效果，與清水相比吸收率提高 20%左右。二次實驗中，試驗條件為：兩臺旋轉(zhuǎn)填料床串連吸收，操作參數(shù)相同，吸收劑濃度為最高濃度，超重力因子為 110時，兩級吸收率達 96.4%，治理后尾氣達到國家排放標準。因此，利用旋轉(zhuǎn)填料床的優(yōu)良特性 ，解決了火炸藥行業(yè)高濃度氮氧化物尾氣治理困難的問題 ，并且利用此技術(shù)提高了吸收劑的利用效率、降低治理成本。

5. 超重力技術(shù)在處理醋酸尾氣中的應用

奧克托今是當前使用的能量水平最高、綜合性能最好的單質(zhì)猛炸藥。目前，工業(yè)上普遍采用醋酐法生產(chǎn)奧克托今。醋酐法是以醋酐、硝酸為硝解劑，在硝酸銨的參與下，硝解烏洛托品。在此過程中，由于溫度不斷升高，很大一部分醋酸揮發(fā)，給工房的工作環(huán)境和人的身體帶來很大的危害。目前，工廠采用單級塔設(shè)備對醋酸進行吸收，但是經(jīng)過單級塔后仍然有很大一部分醋酸不能被吸收。為解決在用醋酐法生產(chǎn)奧克托今的過程中揮發(fā)出來的大量醋酸溶劑，

6. 超重力技術(shù)在脫硫除塵中的應用

雖然超重機不是針對空氣污染控制而提出的，但從理論和實踐上都表明超重機具有較好的粒子捕集性能及高效傳質(zhì)性能。超重機與傳統(tǒng)的脫硫除塵裝置相比較有以下幾個方面的顯著優(yōu)點：

6.1.超重機的體積都要小的多，故而占地面積大為減少

6.2.超重機的處理氣量大，適應范圍廣

6.3.超重機能適應于高溫、高濕和有腐蝕性的場合

6.4.超重機的設(shè)備壓降比較低

6.5.超重機啟動后達到穩(wěn)定態(tài)的時間短，對運行參數(shù)的變化適應性強

6.6.超重機也可以進行液沫和霧滴的捕集

超重機和所有的濕式除塵器一樣，都需要對捕集粉塵后的污水進行處理，所以，應用超重機除塵必須要有與之配套的污水處理系統(tǒng)。另外，與一般濕式除塵器一樣，超重機不適于處理黏性大的粉塵。

7. 超重力技術(shù)在除塵方面的應用

傳統(tǒng)的工業(yè)除塵器在除塵效率和處理量方面隨著工業(yè)除塵標準的提高 ，已不能滿足環(huán)境保護的要求。利用超重力技術(shù)的旋轉(zhuǎn)除塵器雖然在平均壓降方面與噴淋塔和電除塵器相比處于一定的劣勢 ，但其分離效率高達 99. 9 %，切割粒徑達到 10 -8m的數(shù)量級。綜合考慮平均壓降、分離效率、切割粒徑等指標 ，與傳統(tǒng)的除塵設(shè)備相比 ，利用超重力技術(shù)的旋轉(zhuǎn)床除塵器顯示出一定的優(yōu)勢。如果對旋轉(zhuǎn)床的填料結(jié)構(gòu)加以改進 ，研制出氣體阻力低而傳質(zhì)性能好的填料 ，則可降低平均壓降 ，從而降低系統(tǒng)的風機電耗。

在采用了這種高效的氣液傳質(zhì)裝置后 ，不僅使系統(tǒng)設(shè)備的占地面積或空間體積大幅度減小 ，節(jié)省大量的基建投資 ，而且設(shè)備重量輕、維修方便 ，可縮短檢修工期。設(shè)備費用比傳統(tǒng)設(shè)備大大降低 ，有利于降低生產(chǎn)成本。尤其是錯流型旋轉(zhuǎn)填料床應用于煙氣除塵的研究尚處于開發(fā)階段，離大規(guī)模的工業(yè)應用還需時日，但作為一種新型、高效、投資小的除塵技術(shù)及設(shè)備，具有廣闊的發(fā)展前景。

8. 結(jié) 論

由于超重力技術(shù)的廣泛適用性，極大的強化了物質(zhì)相間的傳遞過程；物料在設(shè)備內(nèi)的停留時間極短（100ms～1s）；以及具有傳統(tǒng)設(shè)備所不具有的體積小、質(zhì)量輕、能耗低、易運轉(zhuǎn)、易維修、安全、可靠、靈活及更能適應環(huán)境可垂直、水平或任意方向安裝，不怕顛簸，可安裝于運動物體；快速而均勻的微觀混合等優(yōu)點，使超重力技術(shù)在冶金、生物、化工、能源、材料、環(huán)保等工業(yè)領(lǐng)域中有廣闊的商業(yè)化應用前景。隨著對超重力技術(shù)的研究不斷深入和該技術(shù)的不斷完善，在不遠的將來會廣泛應用于有害氣體的治理和工業(yè)排放氣的回收綜合利用中。

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