WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

В соответствии с этим уравнением можно разграничить два режима работы колонны.

Гидравлическое сопротивление аппарата является одним из основных факторов при расчете схем абсорбции и выборе оборудования, так как от него зависят энергетические затраты на проведение процесса.

Гидравлическое сопротивление аппарата равно сумме гидравлических сопротивлений орошаемых тарелки и насадки:

(4),

где– гидравлическое сопротивление орошаемой провальной тарелки, Па;

– гидравлическое сопротивление орошаемой насадки ОСПН, Па.

Для расчета гидравлического сопротивления провальной тарелки рт было выбрано известное уравнение, предложенное Молокановым Ю.К.*, которое показало в наших опытах наилучшую сходимость экспериментальных и расчетных значений рт (±25%).

Гидравлическое сопротивление исследуемой сетчатой насадки определялось, как разница сопротивления аппарата и тарелки. Опытные значения для насадки ОСПН I-ой модификации представлены на рис. 4. Аналогичные зависимости получены для насадки второй модификации. Опыты показали незначительное увеличение гидравлического сопротивления насадки ОСПН с ростом скорости газа от 1,6 до 2 м/с.

Рис.4. Зависимость гидравлического сопротивления орошаемой насадки pн от скорости газа w при различных удельных плотностях орошения Lуд (насадка I модификации).

Обработка всего объема экспериментальных данных по насадкам обоим модификациям в широком диапазоне скоростей газа и нагрузок по жидкости позволила получить общее уравнение для рабочего режима работы аппарата с орошаемой насадкой ОСПН:

(5)

Отклонение значений гидравлических сопротивлений насадки ОСПН двух модификаций, рассчитанных по уравнению (5) с экспериментальными значениями не превышало ±15%.

*Молоканов, Ю.К. О гидравлическом сопротивлении решетчатых и дырчатых тарелок провального типа / Ю.К. Молоканов // Химическая промышленность. – 1962. - №4. С. 291-294

Известно, что при вынужденном движении жидкости безразмерный перепад давления зависит от числа Рейнольдса и может быть выражен числом Эйлера:

(6)

При критериальной обработке полученных результатов в качестве характерного размера вместо эквивалентного диаметра насадки в критерий Re для газовой фазы с учетом сложной объемной структуры насадки нами была введена величина удельной поверхности сетчатой насадки Fуд,

(7)

а для жидкой фазы – количество удерживаемой в трехфазном слое жидкости :

(8)

Полученное критериальное уравнение для определения гидравлического сопротивления орошаемой насадки из полиэтиленовых сеток ОСПН двух модификаций, имеет вид:

(9)

Полученное уравнение с точностью ±25% для систем близких по физико-химическим свойствам к системе «воздух-вода», позволяет рассчитать гидравлическое сопротивление орошаемой насадки ОСПН.

Важным гидродинамическим параметром, влияющим на процесс массообмена, является объем находящейся в слое жидкости. Поэтому в данной работе проведены исследования методом отсечки влияния скорости газа и плотности орошения на объем задержанной жидкости, представленной в виде высоты статического слоя жидкости hст (). Известно, что на величину объема задерживаемой жидкости оказывает влияние свободное сечение провальной тарелки. Поэтому на рис. 5 представлена зависимость высоты статического слоя жидкости от скорости газа в отверстиях провальной тарелки, что позволяет исключить влияние свободного сечения.

Рис.5. Зависимость hст от скорости газа в отверстиях wотв при различных удельных нагрузках по жидкости для двух режимов работы провальной тарелки с насадкой ОСПН I-ой модификации.

Для всей совокупности экспериментального материала получена общая расчетная зависимость для определения объема удерживаемой жидкости через hст в рабочем режиме:

(10)

Величины, рассчитанные по уравнению (10) при сопоставлении с экспериментальными величинами дают сходимость ±15%.

Вторым важным гидродинамическим параметром является газосодержание трехфазного слоя. Поскольку сетчатая насадка принципиально отличается от ранее исследованных типов насадок, то применение известных уравнений для определения газосодержания трехфазного слоя орошаемой насадки нуждалось в проверке. Нами был использован поэтапный подход к изучению газосодержания трехфазного газожидкостного слоя. Сначала была исследована провальная тарелка со свободным сечением 12%, и на втором этапе - та же тарелка с насыпанной на нее поочередно насадкой ОСПН двух модификаций.

Газосодержание связано с относительной плотностью газожидкостного слоя k (=1-k). Во время опытов величина относительной плотности газожидкостного слоя экспериментально замерялась как отношение высоты газожидкостного слоя к высоте статического слоя жидкости hст (вычисленной из замера объема удерживаемой жидкости).

Анализ известных уравнений для расчета относительной плотности газожидкостного слоя показал наилучшее совпадение
(± 10%) наших экспериментальных данных для провальной тарелки по k с уравнением Соломахи Г.П. и Оспанова М.Ш*.

При визуальном наблюдении в ходе проведения эксперимента работы провальной тарелки с сетчатыми насадками было установлено, что в режиме начала псевдоожижения влияние скорости газового потока на величину незначительно.

Рис. 6. Зависимость газосодержания трехфазного слоя с насадкой ОСПН I модификации от скорости газа при постоянной удельной нагрузке по жидкости для двух режимов работы.

В режиме развитого псевдоожижения наблюдается более интенсивный рост высоты газожидкостного слоя (рис.6).

Из анализа уравнения Соломахи Г.П. и Оспанова М.Ш. на величину относительной плотности газожидкостного слоя существенное влияние оказывает скорость газа в колонне (Fфактор=w) и удельная нагрузка по жидкости, выраженная через высоту статического слоя жидкости.

Влияние вязкости L и поверхностного натяжения жидкости на относительную плотность газожидкостного слоя в настоящей работе не исследовалось, поскольку было выполнено ранее в работе Оспанова М.Ш., что позволило в результате обработки всего объема экспериментальных данных __________________________________________________________________________________________

*Оспанов, М.Ш. Исследование влияния гидродинамических и физико-химических параметров на массоотдачу в жидкой фазе на беспереливных тарелках. дис. … канд. тех. наук : 05.17.08 : М., 1979. - 186 с.

по относительной плотности газожидкостного слоя получить следующую зависимость для рабочего режима:

(11)

Сходимость расчетных и экспериментальных значений составила ±15%.

В четвертой главе описано исследование массоотдачи в жидкой фазе на провальной тарелке без насадки и с насыпанной на нее насадкой ОСПН II-ой модификации. Результаты испытаний приведены на рис. 7.

Рис. 7. Зависимость коэффициента массоотдачи в жидкой фазе для насадки ОСПН II – ой модификации от скорости газа в колонне

Как видно из данных, приведенных на рис. 7. использование комбинированного контактного устройства с насадкой ОСПН позволяет значительно увеличить коэффициенты по сравнению с провальной тарелкой.

Результаты обработки всего объема экспериментальных данных по массоотдаче в жидкой фазе привели к следующей зависимости:

(12)

Сходимость расчетных и экспериментальных значений составила ±20%.

Для оценки относительных энергозатрат на проведение процесса абсорбции в аппарате с провальной тарелкой и в аппарате с трехфазным псевдоожиженным слоем орошаемой насадки ОСПН был построен график зависимости отношения коэффициента массоотдачи к гидравлическому сопротивлению аппарата p от скорости газа w.

Рис. 8. Оценка относительных энергозатрат на проведение процесса массообмена в жидкой фазе

Как видно из рис. 8. коэффициент массоотдачи в жидкой фазе с учетом вложенной энергии (р) для аппаратов с насадкой ОСПН II-ой модификации значительно больше, чем для провальной тарелки, т.е. наблюдается значительная интенсификация массообмена, видимо за счет увеличения удельной поверхности и за счет интенсивного ее обновления.

Последнее подтверждается тем, что с ростом скорости газа увеличивается отношение /р. Например количество затраченной энергии для аппарата без насадки и для аппарата с насадкой ОСПН II-ой модификации при Lуд=5,47 м3/м2ч и скорости газа 0,4 м/с отношение /р увеличивается на 26%.

В пятой главе рассмотрены области устойчивой работы абсорбционных аппаратов с различными типами насадок и даны рекомендации по использованию насадок ОСПН.

Предлагаемые насадки ОСПН целесообразно изготавливать из полимерных сетчатых материалов: полиэтилена (хлорсульфированного), который работоспособен до 1600С; из полипропилена, который устойчив в агрессивных органических и неорганических средах до 1400; или из термо- и химически стойких полиэфирных волокон, рабочие температуры которых до 1750С.

Данный тип сетчатых насадок можно рекомендовать к использованию для очистки промышленных газовых выбросов в условиях абсорбции оксидов азота (NOx) и диоксида серы щелочными растворами; извлечения из газовой фазы хлористого водорода (НСl) водой или щелочными растворами; очистки газа от сероводорода (H2S) водным раствором моноэтаноламина (МЭА); очистки вентиляционного воздуха от ацетона и других легколетучих растворителей. Кроме того, указанный диапазон температур делает возможным, в частности, их применение для интенсификации процессов теплообмена и снижения уноса жидкости в промышленных градирнях.

ВЫВОДЫ

  1. Разработан принципиально новый тип насадок ОСПН, тела которой изготавливаются из полимерных сеток, имеющих высокую удельную поверхность, развитый свободный объем и низкую насыпную плотность [2], защищенный патентом № 2289472, опубл. Бюлл.№35, 2006.
  2. Получены расчетные уравнения для определения скорости перехода в режим развитого псевдоожижения неорошаемой и орошаемой насадки.
  3. Предложено расчетное уравнение для раздельного определения гидравлического сопротивления провальной тарелки и сетчатой насадки. На основе полученных экспериментальных данных выбрано надежное уравнение для расчета гидравлического сопротивления орошаемой провальной тарелки. Установлено, что на величину гидравлического сопротивления орошаемой насадки рн оказывает влияние скорость газа в аппарате, удельная плотность орошения и удельная поверхность насадки, и получено критериальное уравнение для насадки ОСПН двух модификаций в рабочем режиме.
  4. Проведены исследования газосодержания и относительной плотности газожидкостного слоя k=1- трехфазного слоя в аппарате и получена расчетная зависимость для нового типа насадок для рабочего режима.
  5. Проведены исследования по влиянию гидродинамических параметров на объем задерживаемой жидкости в трехфазном слое и получено расчетное уравнение, характеризующее объем задерживаемой жидкости через величины слоя неаэрированой жидкости hст: для рабочего режима.
  6. Проведены исследования массоотдачи в жидкой фазе и получено расчетное уравнение. Установлено, что использование комбинированного контактного устройства с насадкой ОСПН позволяет значительно увеличить коэффициенты по сравнению с провальной тарелкой.
  7. Выполненная оценка относительных энергозатрат на проведение процесса массообмена в жидкой фазе как отношения коэффициента массоотдачи к гидравлическому сопротивлению LS/р показала преимущества аппаратов с псевдоожиженной насадкой ОСПН.
  8. Предложен алгоритм расчета основных гидродинамических параметров аппарата с трехфазным псевдоожиженным слоем орошаемой насадки нового типа.
  9. Проведена реконструкция малогабаритной вентиляторной градирни типа
    ГПН-50.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

    1. Кузнецова, Н.А. Исследование гидродинамики аппаратов с трехфазным псевдоожиженным слоем, применяемых для очистки газовых потоков / Н.А. Кузнецова, М.Г. Беренгартен, М.И. Клюшенкова // Химическое и нефтегазовое машиностроение. – 2004. - №8. С. 3-6.
    2. Насадка для тепломассообменных аппаратов : пат. 2289472 Рос. Федерация : МПК В01J 19/30, B01D 53/18 / Кузнецова Н.А., Беренгартен М.Г., Клюшенкова М.И. ; заявитель и патентообладатель Моск. гос. ун-т инж. экологии. - № 2005121229/15 ; заявл. 07.07.2005 ; опубл. 20.12.06, Бюл. №35 – 4 с. : ил.
    3. Кузнецова, Н.А. Новые насадки для аппаратов с трехфазным псевдоожиженным слоем / Н.А. Кузнецова, Р.Ф. Витковская, М.И. Клюшенкова, М.Г. Беренгартен // Тезисы докладов Международной конференции и V международного симпозиума молодых ученых, аспирантов и студентов «Инженерная защита окружающей среды». М: МГУИЭ, 2001. - С. 124-126.
    4. Кузнецова, Н.А. Сравнительный анализ насадок для аппаратов АПН / Н.А. Кузнецова, М.И. Клюшенкова, М.Г. Беренгартен // Материалы VI международного симпозиума молодых ученых, аспирантов и студентов «Техника и технология экологически чистых производств». М: МГУИЭ, 2002. – С. 96-98.
    5. Кузнецова, Н.А. Исследование гидродинамики новых сетчатых насадок /
      Н.А. Кузнецова, А.Г. Генерозов, М.И. Клюшенкова, М.Г. Беренгартен // VII международный симпозиум молодых ученых, аспирантов и студентов «Техника и технология экологически чистых производств», Москва, 14-15 мая 2003 г. –
      С. 182-183.
    6. Беренгартен, М.Г. Новые абсорбционные аппараты с трехфазным псевдоожиженным слоем в системах очистки газов / М.Г. Беренгартен, М.И. Клюшенкова, Н.А.Кузнецова // XVII Менделеевский съезд по общей и прикладной химии, Казань, 21-26 сентября 2003 г., -Т.3., С. 63.
    7. Кузнецова, Н.А. Характеристики псевдоожиженного слоя орошаемой насадки из полимерных материалов / Н.А. Кузнецова, М.Г. Беренгартен, М.И. Клюшенкова // VIII международный симпозиум молодых ученых, аспирантов и студентов «Техника экологически чистых производств в XXI веке: Проблемы и Перспективы», Москва, 12-13 октября 2004 г., С.241-243.
    8. Кузнецова, Н.А. Использование в системах очистки газовых выбросов аппаратов с трехфазным псевдоожиженным слоем орошаемой насадки ОСПН / Н.А. Кузнецова, М.Г. Беренгартен, М.И. Клюшенкова // III международная научно-практическая конференция-выставка «Экологические проблемы индустриальных мегаполисов», Донецк, 23-27 мая 2006. г. – С. 192-197.
    9. Кузнецова, Н.А. Реконструкция градирни с подвижной насадкой / Н.А. Кузнецова, А.С. Пушнов, М.Г. Беренгартен // Химическая техника, 2006, №1,
      С.
      Pages:     | 1 ||






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»