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:     | 1 || 3 |

Структура потоков и массообмен в тепломассообменных аппаратах с вращательно-вихревым взаимодействием фаз

-- [ Страница 2 ] --

(2)

Коэффициент сопротивления орошаемого контактного устройства =L учитывает степень взаимодействия вихрей в вертикальном и радиальном направлениях, потери давления на трение газа о поверхность жидкости и изменение плотности орошения:

(3)

Погрешность полученных расчетных данных по сравнению с экспериментальными данными составили не более для сухого ±13% для орошаемого 15%.

Используя известный подход, для расчета скорости стекания струй, и учитывая их диаметр во вращательно-вихревом газожидкостном слое, диаметр капель, образующихся при распаде струй жидкости, определим из условия равновесия сил, действующих на каплю:

(4)

Корректирующий коэффициент в уравнении (4) получен в результате статистической обработки фотографий. Погрешность расчетных и экспериментальных данных составил 25%.

Исходя из анализа сил, воздействующих на лопасти контактных устройств в виде усеченных полых конусов, получена зависимость для расчета частоты вращения газожидкостного потока при прохождении им лопастей для орошаемого:

(5)

и для более точного расчета частоты вращения газового потока сухого аппарата, нами предложена аналогичная зависимость за исключением слагаемого жидкой фазы (ж Wж2).

Используя известное соотношение между гидравлическим сопротивлением и величиной столба жидкости, удерживаемой газовым потоком, предложена формула для расчета количества удерживаемой жидкости (КУЖ) в аппарате с вращательно-вихревым взаимодействием потоков в следующем виде:

(6)

Погрешность полученных расчетных данных по сравнению с экспериментальными данными составила не более 11%.

В предположении, что продольное перемешивание жидкости осуществляется турбулентными пульсациями, с учетом положений теории изотропной турбулентности, диссипации энергии, определяемой отношением мощности газового потока к массе жидкости, масштаба пульсаций и вращательно-вихревого взаимодействия фаз выражение для коэффициента продольного перемешивания имеет вид:

(7)

Расчеты по этим уравнениям и сравнение с экспериментальными данными показали, что погрешность составила 13%.

В третем разделе описана методика экспериментального исследования процесса массообмена и аппаратура для его проведения.

Массоотдачу в газовой фазе изучали в процессе адиабатического испарения воды в воздух, а массоотдача в жидкой фазе исследовалась в процессе десорбции кислорода из воды.

Исследования показали, что с ростом скорости газа и плотности орошения L коэффициенты массоотдачи и растут. Это объясняется тем, что при повышении скорости газа в аппарате происходит турбулизация потоков, за счет которой снижается диаметр образованных капель и растет межфазная поверхность.

Так как основная доля жидкости в аппарате представлена в виде капель, то с увечением плотности орошения L их количество растет, а следовательно растут и коэффициенты массоотдачи.

Как видно из рисунка 5 а,б, изменение кривых и от вертикального шага происходит аналогично кривым (рисунок 2) и (рисунок 4). При шагах расположения насадок, соответствующих режиму одновременного вихреобразования, наблюдаются максимальные значения коэффициентов массоотдачи и .

а) в газовой фазе б) в жидкой фазе

tр/dp=2; Wг=4м/с; 1, 2 - аппарата РКУ при L = 30м3/м2ч и L = 50м3/м2ч,

3 - аппарата РПВКр при L = 50м3/м2ч.

Рисунок 5- Зависимость коэффициентов массоотдачи и аппаратов РКУ и РПВКр от вертикального шага между элементами насадками tв/ dр

В этом режиме за счет появления большого количества вихрей, дробящих капли и пленки межфазная поверхность и, следовательно, процесс массообмена значительно интенсифицируется. При других шагах расположения насадок, наблюдается снижение коэффициентов массоотдачи, что связано с нарушением синфазности.

Аналогично происходит изменение характера кривых= для аппарата РПВКр (рисунок 5а кривая 3), однако их численные значения несколько ниже чем для предлагаемого нами аппарата.

Проведенные эксперименты по исследованию зависимостей коэффициентов массоотдачи от радиального шага между контактными устройствами показали, что характер изменения кривых и также аналогичен кривым (рисунок 3). При изменении радиального шага от 1,5 до 2 наблюдается резкое падение значений коэффициентов массоотдачи. Дальнейшее увеличение радиального шага от 2 до 4 приводит к более плавному уменьшению и . Это объясняется тем, что при значениях радиального шага от 2 до 1,5 возрастает количество вихрей, формируемых в зазоре между контактными устройствами, которые турбулизируют двухфазный поток. При шагах tр/dp>2 количество вихрей стабилизируется и падение значений и происходит незначительно.

Согласно структурно-поэлементного подхода, основанной на структуре потоков, раздельно определятся скорость переноса вещества к каждому компоненту (пузырьку, капле и пленке) дисперсной фазы, а потом рассчитывается их суммарная величина. Принимая аналогичный подход, для коэффициента массоотдачи в жидкой фазе имеем:

(8)

Капельная составляющая коэффициента массоотдачи, с учетом диаметров капель (уравнение (4)), рассчитывается на основе нестационарного процесса переноса с эффективным коэффициентом диффузии. Полученное уравнение имеет следующий вид:

(9)

Пленочная составляющая коэффициента массоотдачи для нестационарного процесса массопереноса с эффективным коэффициентом диффузии с учетом толщины пленки примет следующий вид

(10)

Для расчета толщины пленки на контактных устройствах с учетом вращательно-вихревого взаимодействия фаз предложена формула:

, (11)

Для расчета коэффициента массоотдачи в газовой фазе в зависимости от режимных и конструктивных параметров аппарата с РКУ на основе первого закона Фика получена формула:

(12)

Погрешность расчетов массообменных характеристик, при обработке экспериментальных данных составила - 11% ;-18%.

Для оценки эффективности массообмена с учетом структуры потоков использована модель идеального вытеснения по газу и диффузионная модель по жидкости.

Уравнения материальных балансов для газовой и жидкой фаз в безразмерном виде запишутся в следующем виде:

(13)

(14)

Для решения системы примем следующие граничные условия:

при , (15)

при (16)

Эта задача доведена до аналитического решения

в жидкой фазе

(17)

и в газовой фазе

, (18)

которая позволяет рассчитать изменение концентрации компонента по высоте аппарата, результаты расчетов приведены в виде графической зависимости (рисунок 6).

В четвертом разделе приведены результаты промышленных испытаний, рекомендации по проектированию и эксплуатации и инженерная методика расчета аппарата с вращательно-вихревым взаимодействием фаз.

Аппарат с вращательно-вихревым взаимодействием фаз прошел промышленные испытания в схеме абсорбции газов, отходящих от печи сжигания серы непрерывного действия в производстве сульфата хрома (основного). Степень абсорбции, достигла ~98,9%. Аппарат с вращательно-вихревым взаимодействием фаз внедрен с эколого-экономическим эффектом 4,66млн. тенге в год.

Для определения области использования предлагаемой конструкции аппарата РКУ нами также проведены исследования процесса пылеулавливания в промышленных условиях на СП «Газалкент стекло». Эффективность очистки пылегазовых выбросов составила 97%.

Заключение

Краткие выводы по результатам диссертационных исследований

1. На основе теоретических и экспериментальных исследований определены условия значительной интенсификации массообменных процессов в контактной зоне аппарата с вращательно-вихревым взаимодействием фаз за счет совмещения в них центробежного и вихревого взаимодействия газового потока с капельно-пленочной жидкостью.

2. Определены гидродинамические режимы работы аппарата с вращательно-вихревым взаимодействием фаз: пленочно-капельный, развитой турбулентности и брызгоуноса, зависящие от скорости газового потока и от плотности орошения. При этом режим развитой турбулентности определен как наиболее рациональный по степени турбулизации газожидкостного потока и величине минимального брызгоуноса.

3. При изменении шагов размещения контактных устройств в вертикальном направлении установлен шаг tв/dр=3,5 при котором достигается синфазный режим (режим одновременного вихреобразования), характеризующийся экстремальными значениями гидравлического сопротивления, количества удерживаемой жидкости и коэффициентов продольного перемешивания по жидкой фазе. При изменении радиального шага подтверждено наличие двух механизмов вихреобразования, разграниченных критическим шагом tр/dр=2. При меньших значениях шагов процесс вихреобразования зависит от величины зазора, а при значениях шагов больше 2 приводит к механизму формирования, где определяющим является ширина (диаметр) обтекаемых элементов.

4. Исходя из равновесия сил, воздействующих на лопасти контактных устройств в виде усеченных полых конусов, получено уравнение для расчета частоты вращения газового потока в отсутствии орошения и при наличии жидкой фазы.

5. На основании анализа сил, действующих на пленку жидкости стекающей по наклонной поверхности в условиях воздействия на нее закрученного потока определена ее толщина, а, исходя из условия равновесия динамического напора, действующего на поверхность раздела фаз и капиллярного давления, получено уравнение для определения среднего диаметра капель.

6. С учетом выявленных гидродинамических закономерностей вращательно-вихревого взаимодействия фаз предложены уравнения для расчета коэффициентов сопротивления регулярно размещенных контактных устройств в виде усеченных полых конусов в однофазном и двухфазном потоках, гидравлического сопротивления, количества удерживаемой жидкости и коэффициентов продольного перемешивания жидкой фазы.

7. На основании диссипативного подхода получены уравнения для расчета коэффициентов массоотдачи в газовой и жидкой фазах, а для оценки эффективности массообмена с учетом структуры потоков предложена модель, учитывающая идеальное вытеснение по газу и диффузионное взаимодействие по жидкости, доведенная до аналитического решения, заключающегося в расчете концентрации компонента по высоте аппарата.

8. На основании полученных расчетных уравнений и результатов лабораторных и промышленных испытаний аппарата с вращательно-вихревым взаимодействие фаз разработана научно-обоснованная методика расчета, проектирования и эксплуатации.

9. Аппарат с вращательно-вихревым взаимодействием фаз прошел промышленные испытания и внедрен на АО «Актюбинский завод хромовых соединений» в схеме абсорбции сернистых газов, отходящих от печи сжигания серы непрерывного действия в производстве сульфата хрома (основного) с эколого-экономическим эффектом 4,66 млн. тенге в год и для определения области применения проведены промышленные испытания аппарата на СП «Газалкент стекло» в цехе очистки отходящих газов от сушильного барабана в производстве стекла, которые показали высокую эффективность очистки пылегазовых выбросов до 97%.

Оценка полноты решений поставленных задач. Результаты теоретических исследований, их оценка, теоретическое и экспериментальное изучение закономерностей образования и взаимодействия вихревых потоков, массообменных процессов, апробация в промышленных условиях полностью соответствуют поставленным в диссертации задачам. Задачи решены, цель достигнута.

Разработка рекомендаций и исходных данных по конкретному использованию результатов. Результаты исследования гидродинамики и параметров массообмена аппарата с вращательно-вихревым взаимодействием фаз, методика расчета, рекомендации по проектированию и эксплуатации промышленных аппаратов могут быть рекомендованы научным, инженерно-техническим работникам различных отраслей промышленности, проектным и научно-исследовательским институтам для модернизации существующих и разработки новых аппаратов, преподавателям вузов при изучении курсов «Процессы и аппараты химической технологии», «Технологическое оборудование отрасли», «Моделирование процессов химической технологии».

Исходными данными по конкретному использованию результатов являются: расходные характеристики газового и жидкостного потоков, рекомендации по проектированию и эксплуатации аппарата с вращательно-вихревым взаимодействием потоков.

Оценка технико-экономической эффективности внедрения. Разработанный аппарат с вращательно-вихревым взаимодействием фаз внедрен на АО «Актюбинский завод хромовых соединений» в схеме абсорбции газов, отходящих от печи сжигания серы непрерывного действия в производстве сульфата хрома (основного) с эколого-экономическим эффектом 4,66 млн. тенге в год и проведены промышленные испытания аппарата на СП «Газалкент стекло» в цехе очистки отходящих газов от сушильного барабана в производстве стекла, которые показали высокую эффективность очистки пылегазовых выбросов (до 97%).

Оценка научного уровня выполненной работы в сравнении с лучшими достижениями в данной области. Аппарат с вращательно-вихревым взаимодействием фаз позволяет реализовать центробежный и вихревой механизмы взаимодействия газовой и жидкой фаз и в сравнении с известными конструкциями тепломассообменных аппаратов имеет более высокую эффективность и сравнительно низкие энергозатраты. Методика расчета основных гидродинамических закономерностей и параметров массоотдачи базируется на известных законах механики газа и жидкости и вновь открытых закономерностях вихревого взаимодействия потоков, что свидетельствует о высоком научном уровне выполненной работы.

Условные обозначения: dр–диаметр контактного устройства, м; h–высота кон­тактного устройства, м; n – число оборотов, об/с; r – радиус, м; S – площадь, м2; Uж–скорость жидкости, м/с; –порозность насадки м2/м2; - параметр; коэффици­ент; –коэффициент динамической вязкости, Пас; г и ж–коэффициенты кинема­тической вязкости газа и жидкости, м2/с; г и ж–плотность газа и жидкости, кг/м3; –поверхностное натяжение, Н/м; э–газосодержание, м3/м3; –модифициро-ванное число Рейнольдса; Еж-коэффициент про­дольного перемешивания жидкости, м2/с; –число Рейнольдса; -диффузионное число Пекле; - число Стантона; - число единиц переноса; РКУ- аппарат с регулярными контактными устройствами; РПВКр- аппарат с регулярными вращающими насадками круглой формы.

Список опубликованных работ по теме диссертации



Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 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.