авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 |

Совершенствование конструкций тепломассообменных насадок из полимерных материалов

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

БОЕВ ЕВГЕНИЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ ТЕПЛОМАССООБМЕННЫХ НАСАДОК

ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Специальность 05.17.08 – «Процессы и аппараты химических технологий»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Уфа - 2008

Работа выполнена на кафедре «Оборудование нефтехимических заводов» филиала Уфимского государственного нефтяного технического университета в г. Стерлитамаке.

Научный руководитель кандидат технических наук, доцент Иванов Сергей Петрович.
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Жирнов Борис Семенович; кандидат технических наук Тимофеев Андрей Александрович.
Ведущая организация ОАО «Каустик», г. Стерлитамак.

Защита состоится «____»______2008 года в ______ на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.289.03 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 «___»_____ 2008 года.

Ученый секретарь совета Абдульминев К.Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ

Системы промышленного водоснабжения предназначены обеспечивать подачу воды на производство в требуемых количествах и соответствующего качества. Они состоят из комплекса взаимосвязанных сооружений - водозаборных устройств, насосных станций, установок для очистки и улучшения качества воды, регулирующих и запасных емкостей, охладителей воды и разводящей сети трубопроводов.

Вода в промышленности и энергетике используется для конденсации и охлаждения газообразных и жидких продуктов химических и нефтехимических производств, для конденсации отработавшего пара после расширения его в паровых двигателях, отвода теплоты от маслоохладителей и оборудования в целях предохранения его от быстрого разрушения под влиянием высоких температур (например, цилиндров компрессоров, кладки производственных печей).

После охлаждения (преимущественно на градирнях) и очистки (при необходимости) основная масса воды возвращается в систему.

Ввиду того, что основная часть градирен проектировалась в середине прошлого столетия, их основные составляющие приспособления и устройства морально устарели и не отвечают современным требованиям.

Эффективность охлаждения воды в градирнях в основном определяется их оросительными устройствами, которые необходимы для обеспечения надлежащего контакта водного и воздушного потоков. В настоящее время в промышленности в качестве оросителей градирни до сих пор используются конструкции, выполненные из дерева, асбестоцемента или установлены малоэффективные конструкции. Основными недостатками данных оросителей являются большая масса на единицу площади, малая поверхность контакта, высокий коэффициент аэродинамического сопротивления и малый срок службы.

Превышение температуры оборотной воды от регламентируемой приводит к снижению выработки продукции и ухудшению ее качества. Вместе с тем при неудовлетворительной работе градирен, оборудованных малоэффективными оросителями, температура воды, возвращаемой в оборотный цикл, часто превышает регламентируемую температуру, и предприятия для поддержания требуемого температурного режима прибегают к нежелательному приему – «освежению» системы оборотного водоснабжения.

Таким образом, совершенствование конструкций оросителей градирен является актуальной задачей.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

На основании аналитических и экспериментальных исследований разработать новые конструкции капельно–пленочных оросителей градирен на основе полимерных сетчатых оболочек с целью повышения эффективности тепломассообменного процесса охлаждения оборотной воды промышленных химических предприятий при помощи градирен.

ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

  1. Разработать конструкции полимерных капельно-пленочных оросителей градирен.
  2. Спроектировать и изготовить экспериментальную установку для проведения аэродинамических и гидроаэротермических исследований.
  3. На основании проведенных аналитических и экспериментальных аэродинамических и гидроаэротермических исследований установить зависимости, позволяющие с достаточной степенью точности проводить технологический и механический расчет оросительных систем как при реконструкции градирен, так и при строительстве новых.
  4. Установить теоретическую зависимость определения погонной массы сетчатой оболочки в зависимости от диаметра составляющих полимерных волокон и их пространственного расположения.
  5. Обобщить результаты теоретических и экспериментальных исследований с целью выявления наиболее эффективных конструкций разработанных оросителей градирен и определения оптимальных режимов их работы.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА

Получена теоретическая зависимость для определения погонной массы сетчатой оболочки в зависимости от диаметра составляющих полимерных волокон и их пространственного расположения, позволяющая с достаточной степенью точности рассчитать массу оросителей с целью определения статической нагрузки на опорный каркас под ороситель.

Получена эмпирическая зависимость для определения перепада давления в оросителе градирни, позволяющая наиболее точно рассчитать нагрузку на вентилятор и определить оптимальные режимы работы градирни.

На основании экспериментальных исследований аэродинамических характеристик оросителей градирен установлено, что коэффициент аэродинамического сопротивления пропорционален отношению плотности орошения к квадрату скорости восходящего воздушного потока. На основании экспериментальных исследований гидроаэротермических характеристик оросителей градирен установлено, что относительный теплосъем пропорционален скорости восходящего воздушного потока.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ

Разработаны три конструкции полимерных капельно-пленочных оросителей градирен (патенты РФ № 2295685, 2301390, 2319920), конструкция комбинированного оросителя градирен (патент РФ № 70355), использование которых позволит интенсифицировать тепломассообменный процесс охлаждения оборотной воды промышленных химических предприятий.

Конструкция оросителя градирни (патент РФ № 2295685) внедрена на ООО «Стерлитамакский завод катализаторов», конструкция оросителя градирен (патент РФ № 2301390) – на Газохимическом заводе ОАО «СНОС» (г. Салават). Передана техническая документация на разработанные конструкции полимерных капельно-пленочных оросителей градирен на ОАО «Каустик» (г. Стерлитамак) и ООО «АкваНН» (г. Нижний Новгород) для внедрения в производство.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ

Основные результаты работы докладывались на следующих конференциях:

  1. межвузовская научно – техническая конференция «Наука, технология, производство» (г. Салават, 2005 г.);
  2. Всероссийская научно-практическая конференция «Актуальные проблемы химической технологии и подготовки кадров» (г. Стерлитамак, 2006 г.);
  3. Международная молодежная научная конференция «Севергеоэкотех - 2006» (г. Ухта, 2006 г.);
  4. Всероссийская научно-практическая конференция «Роль науки в развитии топливно – энергетического комплекса» (г. Уфа, 2007 г.);
  5. ХI региональный конкурс научных работ молодых ученых, аспирантов и студентов вузов приволжского федерального округа (г. Уфа, 2007 г.);
  6. III Международная научно-техническая конференция «Экология и безопасность жизнедеятельности промышленно-транспортных комплексов» ELPIT-2007 (г. Тольятти, 2007 г.);
  7. IV Международная научно-практическая конференция «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (г. Санкт Петербург, 2007 г.);
  8. региональная научно-практическая конференция «Технология, автоматизация, оборудование и экология промышленных предприятий» (г. Стерлитамак, 2008 г.).

ПУБЛИКАЦИИ

Основное содержание работы изложено в 15 публикациях, из которых 3 патента РФ на изобретение, 1 патент РФ на полезную модель, 4 статьи в ведущих рецензируемых журналах, вошедших в перечень ВАК и 2 статьи в центральной печати.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ

Диссертационная работа состоит из введения, четырех основных разделов, выводов, списка литературы из 166 наименований и приложений. Общий объем диссертации составляет 90 страниц машинописного текста (без учета приложений), включая 31 рисунок, 3 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

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

Глава 1. Анализ конструкций оросителей градирен

В разделе дан краткий анализ конструкций пленочных и капельно- пленочных оросителей градирен. Показано, что рассмотренным конструкциям присущи следующие недостатки: большое аэродинамическое сопротивление, большая масса на единицу площади, малый срок службы и недостаточная прочность конструкций для пленочных оросителей градирен; сложность конструкций, сложность очистки сетчатых элементов оросителей и возможность свободного проскока капель воды без контакта с поверхностью оросителя для капельно - пленочных оросителей градирен.

Глава 2. Совершенствование и разработка конструкций полимерных капельно-пленочных оросителей градирен

В результате проведенных исследований и основываясь на анализе известных конструкций пленочных и капельно-пленочных оросителей градирен, предложена серия конструкций капельно-пленочных оросителей градирен на основе полимерных сетчатых оболочек.

Ороситель градирен (рисунок 2) представляет собой модуль из слоев полимерных сетчатых оболочек (рисунок 1), выполненных цилиндрическими, размещенных во всех вертикальных слоях параллельно друг другу и сваренных по торцам модуля между собой в местах соприкосновения. Кроме того, данный модуль дополнительно содержит в своем объеме малый модуль, состоящий из аналогичных сетчатых оболочек, размещенных во всех слоях параллельно друг другу и направленных перпендикулярно оболочкам основного блока. Малый модуль жестко закреплен в объеме содержащего модуля посредством спайки или другого крепления.

Также каждая сетчатая оболочка оросителя градирен (рисунок 4) дополнительно может содержать в своем объеме лопастные завихрители, представляющие собой полимерный цилиндр, на внутренней стороне которого размещены лопатки. В составе каждого ряда вертикально размещенных сетчатых оболочек могут быть установлены горизонтально лежащие гофрированные трубы в соотношении 1 к 2 к 1 для каждого последующего ряда вертикально размещенных сетчатых оболочек (рисунок 3). Также возможно комбинирование представленных блоков оросителей градирен (рисунок 5).

Оросители градирни работают следующим образом:

Охлаждаемая оборотная вода подается на ороситель градирен и под действием массовых сил проходит сквозь него, стекая тонкой струйкой по полимерным ячеистым трубам. Малый модуль, лопастной завихритель и гофрированные трубы препятствуют свободному проскоку капельного потока в трубном пространстве оросителя, дополнительно турбулизируя восходящий воздушный поток, интенсифицируя тем самым процесс тепломассообмена, что способствует увеличению времени контакта капель воды с потоком воздуха.

Рисунок 1 – Полимерная сетчатая оболочка

а) б)

а - ОГББ-45; б - ОГББ-65; 1 – сетчатая оболочка; 2 – малый модуль

Рисунок 2 – Полимерные капельно-пленочные оросители градирни «блок в блоке» с диаметром сетчатой оболочки 45 и 65 мм

а) б)

а - ОГГТ-45; б - ОГГТ-65;1 – сетчатая оболочка; 2 – гофрированная труба

Рисунок 3 - Полимерные капельно-пленочные оросители градирни, составленные на основе сетчатых оболочек и гофрированных труб с диаметром сетчатой оболочки и гофрированной трубы 45 и 65 мм

а) б)

а - ОГЛЗ-45; б - ОГЛЗ-65;1 – сетчатая оболочка; 2 – лопастной завихритель

Рисунок 4 - Полимерные капельно-пленочные оросители градирни, составленные на основе сетчатых оболочек с лопастными завихрителями с диаметром сетчатой оболочки 45 и 65 мм

а) б)

а - ОГК-45; б - ОГК-65;1 – сетчатая оболочка; 2 – гофрированная труба; 3 – лопастной завихритель

Рисунок 5 - Комбинированные полимерные капельно-пленочные оросители градирни с диаметром сетчатой оболочки и гофрированной трубы 45 и 65 мм

Глава 3. Экспериментальное исследование гидроаэротермических и аэродинамических характеристик оросителей градирен

Аэродинамические испытания проводились с целью определения коэффициента аэродинамического сопротивления оросительных устройств в автомодельной области, его зависимости от расхода (плотности орошения) воды и расхода воздуха (скорости воздушного потока). Испытания проводились на сухом оросителе (q = 0 м3/(м2ч)) и при плотности орошения q от 4 до 11 м3/(м2ч), скорость восходящего воздушного потока w изменялась от 0,5 до 2,5 м/с, температура подаваемой воды t2 составляла 25 0С.

Гидроаэротермические испытания оросительных устройств проводились с целью определения объемных коэффициентов тепло- и массоотдачи на основе комплекса полученных данных, который включает параметры проходящих через установку воды и воздуха. Испытания проводились при плотности орошения q = 4, 7, 9, 11 м3/(м2ч), скорость восходящего воздушного потока w изменялась от 0,5 до 2,5 м/с, температура подаваемой воды t2 составляла 40 0С.

Аэродинамические и гидроаэротермические испытания оросителей проводились независимо друг от друга с соответствующей подготовкой шахты экспериментального стенда, оборудования и измерительной аппаратуры.

Экспериментальная установка (рисунок 6) работала следующим образом:

С помощью циркуляционного насоса 2 вода подавалась в емкость для горячей воды 4. Вода нагревалась до необходимой температуры и подавалась по напорному трубопроводу, минуя электроакустические преобразователи расхода в водораспределительную систему 5 шахты экспериментальной установки 8. Водораспределительная система равномерно распределяла водный поток по площади орошения рабочей секции шахты, где был установлен испытуемый фрагмент оросительного устройства 6. Встречный воздушный поток в шахте установки создавался центробежным вентилятором 1 и системой воздуховодов. Воздух проходил через воздуховходные окна, расположенные по всем сторонам шахты, далее через рабочую секцию с оросителем, водораспределительную систему и по воздуховодам отводился в атмосферу. Высота воздуховходных окон была ограничена нижней частью рабочей секции шахты и верхней частью водосборного бака 7. В объеме испытываемого оросительного устройства происходили наиболее интенсивные процессы тепло- и массообмена между стекающей горячей водой и восходящим потоком холодного воздуха. Охлажденная в оросителе вода стекала в водосборный бак, установленный в нижней секции шахты экспериментальной установки, откуда насосом вновь подавалась в напорный подводящий трубопровод и бак для горячей воды.

1- вентилятор; 2 – насос; 3 – нагревательные устройства; 4 - емкость с горячей водой; 5 - водораспределительная система; 6 - исследуемый ороситель градирни; 7 - емкость с охлажденной водой; 8 – шахта вертикальная (корпус установки); 9 – измерительные приборы; 10.1-10.6 – запорная арматура

Рисунок 6 – Экспериментальная установка для исследования гидроаэротермических и аэродинамических характеристик оросителей градирен

Элементы испытуемого оросительного устройства создают сопротивление восходящему воздушному потоку, измерения соответствующего перепада давлений проводились при помощи пьезометрических трубок и манометра.

Измерение начальной температуры воды t1 проводилось непосредственно над оросителем; температура охлажденной воды t2, скорость воздушного потока – под оросителем градирни. Также измеряли плотность орошения , барометрическое давление и температуру воздуха по смоченному термометру .

Глава 4. Обработка опытных данных по результатам проведенных гидроаэротермических и аэродинамических испытаний

В данной главе представлены основы теории процессов тепломассообмена в градирнях и методика определения коэффициентов тепло- и массоотдачи оросительных устройств. Также приведена уточненная методика обработки опытных данных.

На практике окончательные результаты определения коэффициентов тепло- и массоотдачи принято представлять в виде зависимости, связывающей два безразмерных комплекса – число испарения и относительный расход воздуха (рисунок 7).

Относительный расход воздуха определяли зависимостью

(1)

где - удельный массовый расход воздуха, кг/(м2с).


Pages:   || 2 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.