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 |

Испарительное охлаждение в регулярном комбинированном контактном устройстве градирни

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Харитонов Антон Александрович

ИСПАРИТЕЛЬНОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ В РЕГУЛЯРНОМ КОМБИНИРОВАННОМ КОНТАКТНОМ

УСТРОЙСТВЕ ГРАДИРНИ

05.17.08 – Процессы и аппараты химических технологий

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Иваново – 2013 г.

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетом образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет инженерной экологии (МГУИЭ)» на кафедре «Автоматизированное конструирование машин и аппаратов».

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Лагуткин Михаил Георгиевич

Официальные оппоненты: Мизонов Вадим Евгеньевич

доктор технических наук, профессор,

Ивановский государственный химико-технологический университет, профессор кафедры экономики и финансов

Полевой Александр Сергеевич

кандидат технических наук, ст арший научный сотрудник,

генеральный директор ООО «ПОЛНОХИМ»

Ведущая организация: Открытое акционерное общество «Научно-исследовательский и конструкторский институт химического машиностроения»,

г. Москва

Защита диссертации состоится 01 июля 2013 г. в 12 часов на заседании диссертационного совета Д212.063.05 в Ивановском государственном химико-технологическом университете по адресу: 153000, г. Иваново, пр-т Ф. Энгельса, 7, ауд. Г-205.

Тел. (4932) 32-54-33. Факс (4932) 32-54-33, E-mail: dissovet@isuct.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ивановского государственного химико-технологического университета по адресу: 153000, г. Иваново, пр-т Ф. Энгельса, 10.

Автореферат разослан «___» мая 2013 г.

Ученый секретарь

совета Д 212.063.05 Галина Альбертовна Зуева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Градирни применяют в системах оборотного водоснабжения, где необходимо глубокое устойчивое охлаждение воды при высоких удельных гидравлических и тепловых нагрузках.

Использованная вода поступает в градирни, где происходи отвод от нее теплоты в атмосферу. Рост мощности современных тепловых станций и различных предприятий требует не только увлечения площади охладителей, но и интенсификации процессов, протекающих в них.

Эффективность охлаждения градирни во многом зависит от равномерности распределения контактирующих фаз (вода, воздух) в объеме насадки.

Одним из доступных, достаточно простых и дешевых методов, позволяющих интенсифицировать массообменный процесс и снизить энергозатраты на его проведение, является использование в качестве контактных устройств насадок регулярного типа. Они обладают низким гидравлическим сопротивлением и высокой массообменной эффективностью. В свою очередь, к недостаткам этих конструкций относится замкнутость в поперечном сечении каналов движения газа и жидкости, которая обусловлена геометрической структурой насадок, исключающей сообщение между каналами, образованными соседними листами. Исследование гидродинамической обстановки в существующих конструкциях градирен обнаруживает неравномерности в распределении жидкой и газовой фаз в поперечном сечении насадочного пространства, что препятствует интенсификации процесса тепло- и массообмена и снижает глубину охлаждения в водооборотной системе. В то же время определенный положительный эффект может быть получен за счет использования комбинированных контактных устройств.

Увеличение стоимости свежей воды требует принятия мер по повышению рентабельности производства, которое может быть достигнуто с помощью разработки новых тепло- и массообменных насадок, которые позволят увеличить глубину охлаждения циркуляционной воды, что в свою очередь способствует сокращению общего объема циркуляционной воды и соответственно снизит эксплуатационные затраты на электроэнергию и химическую подготовку оборотной воды.

Исходя из сказанного, разработка и исследование новых энергоэффективных конструкций насадок, а также изучение физических закономерностей гидродинамики в градирнях, является актуальной задачей.

Исследования, выполненные в рамках диссертационной работы, направлены на разработку новой конструкции эффективной насадки в виде комбинированного контактного устройства, изучение процесса испарительного охлаждения, разработку новых видов регулярных насадок пленочного и капельно-пленочного типа, достижение более низкого уровня температур охлажденной воды в градирнях, что в свою очередь, обеспечит экономическую эффективность при реконструкции действующих секционных градирен на промышленных предприятиях и в энергетике.

Объектом исследования является насадка, представляющая собой комбинированное контактное устройство, как основной технологический элемент насадочного тепломассообменного аппарата – градирни.

Предметом исследования являются основные закономерности гидромеханических и тепломассообменных процессов, протекающих в объеме комбинированного контактного устройства.

Цель работы. Разработать высокоэффективное комбинированное контактное устройство для интенсификации процессов тепло- и массообмена при осуществлении испарительного охлаждения оборотной воды в градирне на основе анализа существующих конструкций ряда регулярных насадок.

Для реализации поставленной цели были сформулированы и решены следующие задачи:

  1. Разработка новой конструкции комбинированного контактного устройства (ККУ) с улучшенными характеристиками по отношению к известным насадкам.
  2. Экспериментальное исследование гидродинамических и тепломассообменных характеристик регулярных насадок типа «22,5», «36+6», «ККУ».
  3. Получение обобщенных зависимостей для расчета гидродинамических и тепломассообменных характеристик испытанных конструкций насадок по результатам экспериментальных исследований.
  4. Сравнительный анализ нового комбинированного контактного устройства и существующих современных конструкций насадок по различным параметрам.

Научная новизна

  1. Результаты экспериментальных исследований гидродинамических и массообменных характеристик новой конструкции регулярной насадки типа «ККУ», защищенной патентом РФ №2456070, представленные в виде табличных данных и графических зависимостей гидравлического сопротивления сухой и орошаемой насадки от скорости газового потока, а также коэффициента массоотдачи от относительного расхода воздуха и плотности орошения.
  2. Экспериментально установлено, что в проставке типа «РС-50», входящей в состав новой насадки типа «ККУ» обеспечивается максимальный угол растекания единичной струи жидкости равный 1300, что создает равномерное распределение жидкости по поверхности насадки.
  3. Получены эмпирические зависимости коэффициента гидравлического сопротивления от скорости газового потока для сухих и орошаемых насадок типа «22,5», «36+6», «ККУ» в диапазоне скоростей воздушного потока от 1,0 до 3,0 м/с и плотностей орошения от 5 до 15 м3/м2ч.
  4. Результаты исследований тепло- и массообменных характеристик насадок типа «22,5», «36+6», «ККУ» обобщены в виде зависимостей коэффициента массоотдачи от величины относительного расхода воздуха и плотности орошения.

Практическая значимость

  1. Разработана методика расчета вентиляторных градирен с использованием полученных эмпирических зависимостей для определения гидродинамических и тепло- и массообменных характеристик насадок типа «22,5», «36+6», «ККУ».
  2. Разработаны две новые эффективные насадки защищенные патентами РФ на изобретение (№2456070 и положительное решение о выдаче патента по заявка №2011123436/05).
  3. Разработана техническая документация насадки типа «ККУ» для внедрения в секционные градирни на химический завод ОАО Казньоргсинтез (г. Казань) и ОАО «Котласский ЦБК» (г. Коряжма). Документация принята для возможного использования новой регулярной насадки на указанных предприятиях.

На защиту выносится

  1. Конструкция нового комбинированного контактного устройства.
  2. Результаты экспериментальных исследований эволюции растекания течения жидкости по проставке в слое насадки.
  3. Результаты экспериментальных исследований и эмпирические зависимости для определения гидродинамических и тепломассообменных характеристик насадок типа «22,5», «36+6», «ККУ».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научной конференции студентов и молодых ученых МГУИЭ – 2010 и 2011; Konferencijus «Silumos energetika ir technologijos» Литва, Каунас – 2010; научно-технической секции в ОАО «НИИхиммаш» - 2012.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 13 работ из них 3 статьи в журналах из перечня рекомендованного ВАК, 2 патента РФ на изобретение,, 7 статей в центральной печати, 2 тезисов докладов.

Достоверность полученных результатов исследований подтверждена данными, полученными на опытных стендах в аттестованной испытательной лаборатории ВНИИГ им. Е.Б. Веденеева и на стендах МГУИЭ. Оригинальные измерительные приборы для экспериментальных исследований были сертифицированы и аттестованы согласно требованиям ГОСТ и технических условий. Оценка достоверности результатов исследований проводилась с определением толерантного интервала погрешности.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения и 5 глав, содержащих обзор литературы и постановку задачи исследования, описания экспериментальных установок и методик проведения экспериментов по аэродинамике, гидравлике и аэротермике, обработку результатов исследований и рекомендации по расчету; области использования и рекомендации по промышленному внедрению; общих выводов и списка литературы. Работа изложена на 160 страницах, включает в себя 47 рисунков, 15 таблиц и список литературы из 116 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, охарактеризована научная новизна и практическая значимость полученных результатов, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе изложены особенности процесса испарительного охлаждения воды в градирнях, выявлены основные направления интенсификации. Приведена классификация регулярных насадок по различным параметрам, рассмотрены основные свойства материалов, применяемых для их изготовления. По результатам литературно-патентного анализа представлен обзор конструкций насадок, предназначенных для использования в градирнях. На основе проведенного анализа определены основные задачи исследования.

Во второй главе приведена диафрагмальная модель, описывающая структуру газового потока в комбинированном контактном устройстве на основе регулярных насадок с различными геометрическими характеристиками. Обоснован выбор в качестве объекта исследования комбинированного контактного устройства.

Одним из перспективных направлений интенсификации процесса тепло- и массообмена в контактных аппаратах с насадкой является переход на пульсирующий режим течения газовой фазы. Такой режим течения газового потока может быть реализован в комбинированном контактном устройстве (ККУ), состоящем, например, из совокупности блоков регулярной насадки различного типа – пленочного и капельного.

Рис. 1. Схема течения газового потока по высоте контактного устройства, выполненного в виде комбинации блоков насадки пленочного типа и проставки из решетчатых элементов. 1,3 – насадка пленочного типа с вертикальными каналами; 2 – проставка капельно-пленочного типа из решетчатых элементов.

На основании диафрагмальной модели были выбраны следующие объекты исследования. Насадка типа «22,5», представленная на рис. 2. Это известная чешская регулярная насадка, принятая за основу, состоящая из гофрированных поливинилхлоридных листов с вертикальными гофрами расположенных под углом наклона к горизонту 900, высотой гребня 22,5 мм и основанием 50 мм. Какие-либо сведения об охлаждающей способности этой насадки, кроме данных чисто рекламного характера, в литературе отсутствуют, в связи, с чем были проведены дальнейшие исследования.

Рис. 2. Объекты исследования; а – насадка «типа 22,5»; б – насадка типа «36+6»; в - насадка «типа ККУ».

а) б)

в)

Чтобы уменьшить большое гидравлическое сопротивление и сильное биообростание насадки типа «22,5» была сконструирована и в дальнейшем исследована комбинированная конструкция насадки типа «36+6», она отличается от предыдущей тем, что помимо пакета из чередующихся листов с вертикальными трапециевидными гофрами (высота которых составляет 36 мм и шириной основания 85мм) имеются также и листы с волнистыми горизонтальными гофрами, высотой 6 мм, как показано на рис. 2 (б).

Комбинированное контактное устройство (ККУ рис. 2(в)) представляет собой регулярную насадку для тепло- и массообменных аппаратов, состоящую из расположенных с промежутками по высоте аппарата контактных пакетов 1, собранных из гофрированных листов 2, установленных вертикально и параллельно друг другу, соприкасающихся выступающими гофрами 3 друг с другом и образующих между собой свободные каналы 4, и размещенных в промежутках по высоте аппарата 5 между контактными пакетами 1 блоков проставок 6, которые выполнены в виде уложенных в ряды объемных элементов 7, выполненных в виде треугольной призмы 8, у которой две верхние грани выполнены выпуклыми, а нижняя вогнутой, причем поверхность призмы 8 выполнена решетчатой с отверстиями одинаковой формы и равной площади живого сечения, причем отношение высоты пакетов 1 из гофрированных листов 2 к высоте блока проставок 6 равно 2:1, а общая высота блока проставок 6 составляет по меньшей мере два ряда призм 8, установленных с поворотом на 900 в соседних рядах.

Во третьей главе описаны экспериментальные установки для проведения гидравлических и тепломассообменных испытаний насадок типа «22,5», «36+6», «ККУ», показана особенность растекания одиночной струи жидкости в слое проставки из различных решетчатых полимерных структур, изложены методики проведения экспериментов.

Гидравлические исследования насадок типа «22,5», «36+6», «ККУ» проводились на системе воздух - вода. При проведении гидравлических испытаний насадки значения плотности орошения изменялись в пределах от 0 до 15 м3/(м2ч). Каждому значению плотности орошения соответствовали значения скорости воздуха в расчете на полное сечение аппарата, которые изменялись в пределах от 1 до 3 м/с. Во время проведения экспериментов производились измерения расхода воздуха, расхода воды, перепада давления по высоте слоя сухой и орошаемой насадки при различных расходах воды и воздуха.

Тепломассообменные исследования насадок типа «22,5», «36+6», «ККУ» проводились на системе воздух-вода. При проведении тепломассообменных испытаний насадок значения плотности орошения изменялись в пределах от 5 до 15 м3/(м2ч). Каждому значению плотности орошения соответствовали значения скорости воздуха в расчете на полное сечение аппарата, которые изменялись в пределах от 1 до 3 м/с. Температура нагретой воды в процессе проведения испытаний поддерживалась постоянной и равной 400С.

Во время проведения экспериментов производились измерения следующих величин: расхода воздуха, расхода воды, температуры нагретой воды, температуры охлажденной воды, относительной влажности и температуры входящего в экспериментальную установку атмосферного воздуха.

Исследовалась особенность растекания одиночной струи жидкости в объеме решетчатой насадки. В качестве решетчатых насадок использовали выпускаемые в промышленности полимерные сетки (15 видов) с различным живым сечением и толщиной нити.

Рис. 3. Растекание единичной струи по различным полимерным структурам. Рис.4. Растекание единичной струи по решетчатой структуре РС-50. Рис. 5. Сравнение углов растекания жидкости по различным насадкам: Norton – 35; ПН-2кд – 90; Типа «РС-50» - 130.

Наибольший угол растекания одиночной струи жидкости был зафиксирован у насадки типа «РС-50» (рис. 5.). Он составил 1300. В сравнении с похожими насадками, как показано на рис. 2, Norton и PN-2D из геликоидных элементов, где углы растекания соответственно составляли 350 и 900, использование РС-50 можно считать более перспективным.

В четвертой главе представлены результаты гидравлических и тепломассообменных испытаний сухих и орошаемых насадок типа «22,5», «36+6», «ККУ», получены расчетные эмпирические зависимости для определения гидравлического сопротивления слоя сухих и орошаемых насадок.

Результаты испытаний сухих насадок типа «22,5», «36+6», «ККУ» на системе воздух – вода представлены на рис. 6 в виде графических зависимостей гидравлического сопротивления одного погонного метра насадки от скорости движения воздуха в расчете на полное сечение аппарата.

Рис. 6. График зависимости гидравлического сопротивления сухих насадок типа «22,5», «36+6», «ККУ» от фиктивной скорости воздуха.

Из рис. 6 следует, что гидравлическое сопротивление насадок увеличивается с увеличением скорости газа в расчете на полное сечение аппарата.

В результате обработки экспериментальных данных методом наименьших квадратов были получены расчетные эмпирические зависимости для определения гидравлического сопротивления одного погонного метра сухих насадок по заданным значениям критерия Рейнольдса.

Таблица 1.

Эмпирические зависимости для сухих насадок типа «22,5», «36+6», «ККУ».

Тип насадки Диапазон чисел Полученное уравнение
«22,5» 9802941
«36+6» 10973292
«ККУ» 7962385


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.