WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 |

На правах рукописи

АФАНАСЕНКО ВИТАЛИЙ ГЕННАДЬЕВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ МАССООБМЕННОГО

УСТРОЙСТВА ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ПРОЦЕССА АБСОРБЦИИ

Специальность 05.02.13 – “Машины, агрегаты и процессы”

(Машиностроение в нефтеперерабатывающей промышленности)

А В Т О Р Е Ф Е Р А Т

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Уфа - 2008

Работа выполнена на кафедре «Пожарная и промышленная безопасность» Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор

Хафизов Фаниль Шамильевич.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Абдеев Ринат Газизьянович;

кандидат технических наук

Фаткуллин Раиль Наилевич.

Ведущая организация

ГУП «Башгипронефтехим», г. Уфа.

Защита состоится « 19 » декабря 2008 года в 14-00 на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д.212.289.05 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете по адресу: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Автореферат разослан « 19 » ноября 2008 года.

Ученый секретарь совета Лягов А.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ

Основным видом оборудования предприятий химической и нефтеперерабатывающей промышленности являются массообменные аппараты. В таких аппаратах осуществляется процесс переноса вещества из одной фазы в другую. Интенсификация массообменных процессов дает возможность увеличить производительность технологических аппаратов, уменьшить их габаритные размеры, металлоемкость, сократить потребление энергии и многое другое.

Абсорбция, как один из видов массообменных процессов, применяется: с целью получения готового продукта в виде насыщенного сорбента (при этом абсорбцию проводят без десорбции), извлечения ценных компонентов из газовой смеси и очистки газа от примесей перед их использованием в технологических процессах или перед их выбросом в атмосферу.

Одним из перспективных направлений интенсификации абсорбционных, как и других видов тепло- и массообменных процессов, является проведение процесса в условиях закрученного движения потоков, при котором взаимодействующие между собой среды движутся не только поступательно, но и вращательно, что позволяет без значительных изменений габаритных размеров устройства, за счет увеличения скорости, турбуллизировать поток, повышая тем самым коэффициенты массоотдачи. Кроме этого, при закрученном движении потоков наблюдается повышение эффективности перемешивания, приводящее к увеличению удельной поверхности контакта фаз и гидродинамической неустойчивости межфазной поверхности.

Для создания и поддержания закрученного движения зачастую целесообразно использовать энергию потока, что позволяет не только уменьшить габаритные размеры, но и существенно упростить конструкцию устройства, облегчая тем самым разработку компактных, малогабаритных массообменных аппаратов.

Таким образом, совершенствование конструкций прямоточных массообменных устройств для проведения абсорбционных, как и других видов обменных процессов, путем создания и оптимизации вихревого движения контактирующих потоков является актуальной задачей.

ЦЕЛИ РАБОТЫ

На основе аналитических исследований диспергирования жидкости и процесса вихревого гомогенного смешения совершенствовать ранее существующие конструкции прямоточных массообменных устройств для проведения процесса абсорбции с целью повышения эффективности очистки газов от вредных примесей.

ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

  1. Разработать конструкцию камеры предварительного смешения газовой и жидкой фазы, а также методику расчета ее основных параметров.
  2. Разработать конструкции устройств для прямоточного вихревого смешения и систему критериев для оценки эффективности их работы.
  3. На основе проведенных исследований совершенствовать ранее существующие конструкции прямоточных массообменных устройств для проведения процесса абсорбции путем оптимизации вихревого движения, контактирующих потоков.
  4. Проверить в промышленных условиях теоретические расчеты и проектно-конструкторские решения с целью повышения эффективности массообменного процесса в системе «газ-жидкость».

НАУЧНАЯ НОВИЗНА

Построена математическая модель движения дисперсных частиц во вращающемся потоке газа, а также предложена методика расчета размеров капель жидкости, образующейся в закрученном потоке сплошной фазы, на основе которых доказана возможность вторичного дробления капель на периферии вращающегося потока.

Предложена система критериев для оценки эффективности работы прямоточных смесителей, предназначенная для оптимизации гомогенных процессов с использованием подобных устройств.

Выявлены качественные зависимости основных характеристик устройств для прямоточного смешения на основе закручивающих устройств, выполненных в виде шнеков, от их геометрических размеров.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ

Разработана конструкция прямоточного распыливающего устройства для очистки газов (патент 66218 РФ), а также его модификации (патенты 70153, 70815 РФ), использование которых позволит интенсифицировать массообменный процесс абсорбционного поглощения из газовой смеси гомогенных примесей. С целью увеличения угла факела распыла разработана конструкция устройства для диспергирования жидкой фазы (патент 68653 РФ).

Конструкция кавитационно-вихревого абсорбера (патент 70153 РФ) была испытана и внедрена на ООО «ЛУКОЙЛ - Пермнефтегазпереработка» (г.Пермь) для предварительной очистки газа коксовой установки от сероводорода.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ

Основные результаты работы докладывались:

  1. на III Всероссийской научной конференции «Теория и практика массообменных процессов химической технологии (Марушкинские чтения)» (г.Уфа, 2006 г.);
  2. Международной научно-практической конференции «НЕФТЕГАЗОПЕРЕРАБОТКА И НЕФТЕХИМИЯ – 2007» (г. Уфа, 2007г.);
  3. VIII Международной молодежной научной конференции «Севергеоэкотех-2007» (г. Ухта, 2007 г.);
  4. Международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (г. Санкт-Петербург, 2007 г.);
  5. ХI региональном конкурсе научных работ молодых ученых, аспирантов и студентов вузов Приволжского федерального округа (г. Уфа, 2007 г.);
  6. Всероссийской научно-практической конференции «Роль науки в развитии топливно – энергетического комплекса» (г. Уфа, 2007 г.);
  7. Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2008» (г. Москва, 2008 г.);
  8. региональной научно-практической конференции «Технология, автоматизация, оборудование и экология промышленных предприятий» (г. Стерлитамак, 2008 г.).

ПУБЛИКАЦИИ

Основное содержание работы изложено в 15 публикациях, из них 4 статьи опубликованы в рецензируемых журналах, вошедших в перечень ВАК и 1 статья - в центральной печати; также получено 4 - патента РФ на полезную модель.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов и списка литературы, включающего 123 наименования; изложена на 121 страницах машинописного текста, содержит 52 рисунка, 14 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность работы, ее научная и практическая значимость, сформулированы основные задачи исследований и положения, которые выносятся на защиту.

В первой главе рассмотрены конструкции массообменных аппаратов для проведения процесса абсорбции, приведено их сравнение с выявлением основных достоинств и недостатков. Проведенный литературный анализ работ Айнштейна В.Г., Рамма В.М., Дытнерского Ю.И., Касаткина А.Г., Цибровского Я.Н., Хафизова Ф.Ш. и др. показал, что дальнейшее увеличение КПД противоточных колонных аппаратов затруднено ограничением скорости газа (из-за уноса капель и захлебывания), что обуславливает невысокие значения коэффициентов массоотдачи в газовой фазе и, следовательно, коэффициентов массопередачи. Поэтому более подробно рассмотрен процесс массобмена в распыливающих абсорберах и способы реализации основных направлений его интенсификации.

Особая роль в интенсификации технологических процессов, как отмечают Меркулов А.П., Мухутдинов Р.Х., Систер В.Г., Пиралишвили Ш.А., Суслов АД. и др., принадлежит прямоточным аппаратам вихревого типа. Так как при вихревом движении даже в устройствах небольших размеров за счет одновременного вращательного и поступательного движения можно проводить массообменный процесс на значительных скоростях (т.е. с высокой степенью турбуллизации потоков) и с развитой неустойчивой межфазной поверхностью.

Кроме этого, в данной главе по работам Исмагилова Ф.Р., Аминова О.Н., Босняцкого Г.П., Семеновой Т.А., Николаева В.В. и др. проведен анализ способов удаления из газовых смесей сероводорода, из которого следует, что в настоящее время наиболее перспективным методом сероочистки является хемосорбция, поэтому необходимо совершенствовать и разрабатывать конструкции устройств для проведения данного процесса.

Во второй главе на основе литературного анализа массообменных процессов и аппаратов для их осуществления разработана конструкция камеры предварительного смешения, предназначенная для эффективного взаимодействия компонентов на начальном этапе процесса, проводимого в системе «газ-жидкость».

Жидкость в разработанную камеру смешения, поступает через устройство для диспергирования, в котором вектор ее скорости под действием закручивающего устройства приобретает тангенциальную составляющую. Газовая фаза поступает через тангенциальный патрубок на периферии камеры, причем его закрутка осуществляется в противоположном относительно жидкости направлении.

Диспергирование капель, как отмечают Пажи Д.Г., Головачевский Ю.А., Кулагин Л.В., Бородин В.А., Дытнерский Ю.И., происходит под действием внешних и внутренних сил. К внешним силам относятся силы, возникающие при взаимодействии распыляемого компонента со средой, в которую он впрыскивается. К внутренним относятся силы, возникающие при турбулентных пульсациях, а также молекулярные силы. Величина как внешних, так и внутренних сил зависит от физических свойств компонентов, диаметра капли и скорости обдувающего ее газа. На физические свойства газа и жидкости при заданных технологических условиях повлиять практически невозможно. Максимальный размер капель ограничивается в зависимости от скорости истечения, так как крупные капли, образующиеся на первоначальном этапе, даже при небольшом воздействии деформируются и разрушаются, в результате чего получаются более мелкие. Поэтому главным критерием, определяющим режим дробления капель и диспергирование жидкости на выходе из форсунки в целом, является разность скоростей капли жидкости и окружающей ее среды.

Исходя из вышесказанного для расчета размеров капель жидкости, образующейся в закрученном потоке сплошной фазы, необходимо определить величину разности векторов скоростей жидкости и газа, а также ее изменение во времени.

На движение контактируемых фаз значительное влияние оказывают силы сопротивления, под действием которых меняется величина и направление их скоростей. В данной главе рассмотрено радиально-осевое истечение жидкости из сопла форсунки при условии, что количество движения газа значительно больше количества движения жидкости, то есть при условии, что движение газа при взаимодействии изменяется незначительно.

Вектор скорости отдельно взятой капли разложили на три взаимно перпендикулярные составляющие: радиальную, осевую и тангенциальную, после чего проанализировали изменение каждой из них в отдельности за небольшой первоначальный отрезок времени, в котором ускорение, вызванное силой сопротивления, можно считать постоянным. Из системы уравнений, связывающей ускорение торможения с силой сопротивления, силу сопротивления с разностью скоростей, разность скоростей со скоростью капель, скорость капель с ускорением торможения, определены составляющие вектора разности скоростей:

; ;

, (1)

где Vжн

-

общая начальная скорость жидкости, м;

-

угол раствора срединной конической поверхности канала в корпусе форсунки;

г

-

скорость газа на входе, м/с;

-

начальный радиус вращения жидкости (радиус сопла форсунки), м;

А

-

комплекс, определяемый по формуле

,

где ж

-

плотность распыляемой жидкости, кг/м3;

-

диаметр капли, м;

-

коэффициент сопротивления среды;

г

-

плотность газа, кг/м3.

Pages:     || 2 | 3 | 4 |






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