WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

Дмитриева Галина Борисовна

«Гидродинамика и массообмен в структурированных насадках из гофрированных листов»

05.17.08

технические науки

Д 212.063.05

Ивановский государственный химико-технологический университет

153000, Иваново, пр-т. Ф. Энгельса, 7, ИГХТУ

Тел: (4932) 32-54-33

Email: dissovet@isuct.ru

Предполагаемая дата защиты диссертации – 03 декабря 2007 года

На правах рукописи

Дмитриева Галина Борисовна

ГИДРОДИНАМИКА И МАССООБМЕН

В СТРУКТУРИРОВАННЫХ НАСАДКАХ

ИЗ ГОФРИРОВАННЫХ ЛИСТОВ

05.17.08 Процессы и аппараты химических технологий

Автореферат

диссертации на соискание

ученой степени кандидата технических наук

Иваново 2007

Работа выполнена на кафедре «Техника экологически чистых производств»
Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный университет инженерной экологии».

Научный руководитель: кандидат химических наук, профессор

Беренгартен Михаил Георгиевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Кулов Николай Николаевич

кандидат технических наук

Чагин Олег Вячеславович

Ведущая организация: ОАО «Научно-исследовательский институт по удобрениям и инсектофунгицидам имени проф. Я.В. Самойлова»

Защита диссертации состоится «___»_________ 2007 г. в __ часов на заседании диссертационного совета Д 212.063.05 при ГОУ ВПО «Ивановский государственный химико-технологический университет» по адресу: 153000 г. Иваново, пр. Ф. Энгельса, 7.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ивановского государственного химико-технологического университета по адресу: 153000 г. Иваново, пр. Ф. Энгельса, 7.

Автореферат разослан «____» _____________ 2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

д. ф.-м.н., профессор Зуева Г.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В последнее время для проведения массообменных процессов на газо-жидкостных системах широко используются регулярные структурированные насадки (СН), собранные из гофрированных листов, так как они обладают низким гидравлическим сопротивлением при высокой массообменной эффективности. Однако, существующие СН не лишены недостатков. В частности, они характеризуются замкнутостью в поперечном сечении каналов движения газа и жидкости, которая обусловлена геометрической структурой насадок, исключающей сообщение между каналами, образованными соседними листами. Замкнутость этих каналов ведет к неравномерности распределения потоков по поперечному сечению аппаратов и отсутствию перемешивания потоков в поперечном сечении, что в совокупности приводит к тому, что насадка работает не на 100% своих возможностей. Поэтому разработка новых модификаций СН, нацеленная на увеличение КПД их работы, является на сегодняшний день актуальной проблемой.

Еще одна актуальная проблема заключается в том, что разработка усовершенствованных конструкций СН, их производство и внедрение в промышленность сдерживаются отсутствием общепринятой методики расчета гидродинамических и тепломассообменных параметров СН. Поскольку подобная методика необходима для проведения инженерных расчетов, возникает потребность в комплексном исследовании гидродинамических и массообменных характеристик СН хорошо зарекомендовавших себя известных и более эффективных новых конструкций.

Цель работы. Исследование гидродинамических и массообменных характеристик, необходимых для расчета абсорбционных процессов в СН; создание методики расчета основных гидродинамических и массообменных характеристик СН из гофрированных листов; разработка новых конструктивных решений, повышающих массообменную эффективность указанных насадок; сопоставительное (с известными) исследование гидродинамических и массообменных свойств разработанной насадки новой конструкции.

Научная новизна диссертации. Разработана структурная модель СН из гофрированных листов, объединяющая геометрические характеристики родственных видов СН, соприкасающиеся листы которых образуют коаксиальные каналы сложной пространственной, периодически изменяющейся по высоте насадки формы, и таким образом позволяющая переносить эмпирические зависимости для определения гидродинамических и массообменных характеристик, полученные для одного вида насадки, на другие родственные ей виды.

Обнаружено наличие особого гидравлического сопротивления, обусловленного разностью гидравлических сопротивлений структурных составляющих комбинированных насадок (КН), коэффициент которого, названный коэффициентом сопротивления изменения перепада давления, имеет тенденцию к возрастанию с увеличением скорости газа.

Практическая значимость. Разработана новая комбинированная насадка для тепломассообменных аппаратов, защищенная патентом RU 2300419 C1, опубл. 10.06.2007, Бюл. №16, отличающаяся от известных способностью турбулизировать газовые и жидкостные потоки перед входом в следующий по высоте аппарата слой структурированной насадки, перемешивать жидкостные потоки в поперечном сечении аппарата и, как следствие, обладающая повышенной тепломассообменой эффективностью по сравнению с известными регулярными насадками.

Результаты гидродинамических и тепломассообменных исследований новой КН использованы при выполнении проекта реконструкции градирен типа ККТ в системах оборотного водоснабжения здания ФГУП центр «Звездный».

Разработана методика расчета основных гидродинамических и массообменных параметров СН из гофрированных листов, в том числе и новой КН, которая применима для решения как проектных, так и эксплуатационных задач. Указанная методика использована проектной организацией ЗАО «ЦНТУ РИНВО» при выполнении расчетов альтернативной конструкции десорбционной продувочной колонны для отдувки нитрозных газов из продукционной HNO3 в производстве слабой азотной кислоты под давлением 0,35 МПа на ОАО «Невинномысский азот».

Апробация работы. Основные результаты работы были доложены и обсуждены на VII международном симпозиуме «Техника и технология экологически чистых производств» (Москва, 2003 г.); научно-техническом семинаре «Энергоснабжение: перспективы и возможности» МОО «Московского химического общества им. Д.И. Менделеева» (Москва, 2005 г).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 работ, в том числе 4 статьи в научно-технических журналах, тезисы 1 доклада на международном симпозиуме и 1 описание патента на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5-и глав, содержащих обзор литературы и постановку задачи исследования, описание экспериментальных установок и методик проведения экспериментов по гидродинамике и массообмену, результаты исследований с выводом расчетных уравнений, описание разработанной комбинированной насадки и результаты ее испытаний, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 255 страницах, содержит 61 рисунок, 8 таблиц и библиографию из 160 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование актуальности работы и сформулированы ее основные задачи.

В первой главе представлен обзор литературных данных о регулярных СН, разработанных в последнее время и получивших наибольшее распространение в различных отраслях промышленности. Приведено сравнение экспериментальных данных по гидравлическому сопротивлению и ВЭТТ различных СН по материалам проспектов и каталогов фирм-производителей.

Рассмотрены особенности методов расчетов гидродинамических и массообменных характеристик пленочных контактных устройств, в том числе полученных на основе экспериментальных исследований некоторых видов СН. Проведен анализ рассмотренных методов, отмечены их достоинства и недостатки, на основе чего определены основные задачи исследования.

Во второй главе разработана структурная модель СН из гофрированных листов, дано описание характеристик исследованных насадок, экспериментальных установок и методик проведения экспериментов. Для проведения исследований были выбраны СН 1SP, аналог Mellapak 250X фирмы Sulzer Chemtech из нержавеющей стали, и СН 2SP, аналог 23,5 CHV фирмы Chladici Veze Praha a.s. из полипропилена (рис.1), основные геометрические характеристики которых представлены в табл. 1.

Таблица 1

Геометрические характеристики

1SP

2SP

Удельная площадь поверхности (ар), м2/м3

250

136,2

Высота блока насадки (hре), м

0,21

0,5

Свободный объем или пористость (е), м3/м3

0,96

0,95

Угол наклона гофр в листе к горизонту (),

45

60

Угол гофрирования (),

90

90

Конфигурация гофр

треугольная

трапециевидная

Длина основания гофры (b), м

0,023

0,047/0,008

Длина стороны гофры (s), м

0,0165

0,0305

Высота гофры (hсor), м

0,0115

0,0235

Шаг гофрирования (t), м

0,023

0,06

Толщина листа насадки (cs), м

0,00016

0,00035

Гидравлический диаметр газовых каналов (dhG), м

0,0094

0,022

Испытания СН 1SP проводились на созданной специально для этой работы установке № 1. Были проведены гидродинамические испытания на системе воздух-вода и исследование массообмена в жидкой фазе при абсорбции O2 воздуха раствором сульфита натрия на системе воздух – водный раствор Na2SO3. При проведении гидродинамических и массообменных исследований насадки 1SP фиктивная скорость газа, отнесенная к поперечному сечению насадки, uGs изменялась от 0,5 до 2,5 м/с, а плотность орошения насадки, отнесенная к ее поперечному сечению, uLs – от 4,0 до 16,6 м3/(м2ч).

Рис.1. Внешний вид насадок 1SP (слева) и 2SP (справа).

Испытания СН 2SP проводились на установке № 2. Были проведены гидродинамические испытания на системе воздух-вода и исследование массообмена в газовой фазе по методике испарительного охлаждения нагретой воды в газовый поток. При проведении гидродинамических и массообменных исследований насадки 2SP скорость газа uGs изменялась от 0,5 до 3,0 м/с, а плотность орошения uLs от 5 до 15 м3/(м2ч).

Проведена оценка погрешности каждого из методов экспериментов.

В третьей главе представлены результаты гидродинамических экспериментальных исследований насадок 1SP и 2SP и получены уравнения для расчета толщины стекающей пленки жидкости ор, динамической составляющей удерживающей способности исследованных насадок hор и гидравлического сопротивления сухих Рdry и орошаемых Рwet насадок 1SP и 2SP.

3.1. Толщина стекающей пленки жидкости и динамическая составляющая удерживающей способности насадок.

Обработка экспериментальных данных показала, что в зависимости от нагрузки по жидкости существует три режима течения пленки жидкости, при которых зависимость ор и hор от числа Рейнольдса для жидкой фазы будет различной: ReLs = 10 25 – первый ламинарный волновой режим, ReLs = 25 50 – второй ламинарный волновой режим, ReLs = 50 150 – псевдотурбулентный режим. Режимы названы по аналогии с режимами течения пленок в гладких вертикальных трубках, выделенных Олевским В.М. с сотрудниками*.

По результатам исследования динамической составляющей удерживающей способности насадок двух видов, среди прочего отличающихся величиной удельной поверхности, определено, что hор СН в основном зависит от нагрузки по жидкости, а также от величины удельной поверхности насадки и не зависит от скорости газа при режимах ниже точки подвисания или ниже 80% от числа Рейнольдса при захле-

________________________________________________________________________* Олевский В.М., Ручинский В.Р., Кашников А.М., Чернышев В.И. Пленочная тепло-и массообменная аппаратура (Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии) / Под ред. В.М. Олевского – М.: Химия, 1988.

Pages:     || 2 | 3 |






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