Массообменные характеристики вихревых противоточных аппаратов

Abstract

Метою дисертаційної роботи є теоретичне та експериментальне дослідження процесу масообміну в порожнистих протитечійних вихрових апаратах, визначення впливу гідродинамічних, конструктивних і технологічних параметрів на ефективність масообмінних процесів у вихровій масообмінній камері ВРПМА в режимі протитечійного руху фаз і створення на їх основі науково обґрунтованих методів розрахунку та конструювання вихрових апаратів. Розроблена теоретична методика розрахунку ефективності процесу масоперенесення в робочій зоні порожнистих вихрових апаратів. Експериментально визначено гідравлічний опір і бризковинесення в апараті при зміні співвідношення навантажень за фазами. Розроблені методика визначення масообмінних характеристик ВРПМА у процесі десорбції СО2 в потік повітря, а також рекомендації для аналізу характеристик та ефективності роботи ВРПМА у процесах десорбції (абсорбції) і ректифікації. Визначена критеріальна залежність для знаходження масообмінних характеристик ВРПМА і розраховані її коефіцієнти на базі проведених експериментальних досліджень. Визначено шляхи підвищення ефективності масообміну у ВРПМА і запропоновано напрямки розвитку й удосконалення нових конструкцій ВРПМА. Удосконалено інженерну методику проектування і розрахунку основних геометричних параметрів масообмінних камер ВРПМА і масообмінних характеристик двофазного вихрового потоку в апараті. Наведено результати дослідження ефективності роботи вихрового розпилювального протитечійного масообмінного апарата при абсорбції аміаку. Визначено основні джерела викидів аміаку у виробництві кальцинованої соди і недоліки існуючих промислових апаратів. Був розроблений і запропонований модернізований апарат для санітарного промивання технологічних газів. Досліджена робота модернізованого апарата для санітарного промивання технологічних газів і наведені графічні залежності характеристик роботи апарата. Ефективність нового апарата значно вища, ніж ефективність існуючого на підприємстві санітарного промивача. У всьому діапазоні зміни кожного із факторів коефіцієнт корисної дії вихрового апарата досить високий і досягає 99 %. Розроблені технологічні схеми з використанням ВРПМА для очищення промислових газових викидів. Показано, що ефективність розроблених вихрових апаратів під час очищення газових викидів може досягати 99 %.

Целью диссертационной работы являются теоретическое и экспериментальное исследования процесса массообмена в полых противоточных вихревых аппаратах, определение влияния гидродинамических, конструктивных и технологических параметров на эффективность массообменных процессов в вихревой массообменной камере ВРПМА в режиме противоточного движения фаз и создание на их основе научно обоснованных методов расчета и конструирования вихревых аппаратов. Разработана теоретическая методика расчета эффективности процесса массопереноса в рабочей зоне полых вихревых аппаратов с учетом основных закономерностей массопередачи через поверхность взвешенных капель и пристенной жидкостной пленки. Экспериментально определено гидравлическое сопротивление аппарата для различных соотношений нагрузок по фазам и начальных скоростей газа в аппарате. Экспериментально определен брызгоунос в аппарате при изменении соотношения нагрузок по фазам. Разработана методика определения массообменных характеристик ВРПМА в процессе десорбции СО2 в поток воздуха. Проведен анализ работы ВРПМА в условиях ректификации в режиме бесконечной флегмы. Разработаны рекомендации для анализа характеристик и эффективности работы ВРПМА в процессах десорбции (абсорбции) и ректификации. Определена критериальная зависимость для нахождения массообменных характеристик ВРПМА и рассчитаны ее коэффициенты на базе проведенных экспериментальных исследований. Проведено сравнение эффективности ВРПМА с другими конструкциями оборудования для проведения массообменных процессов. Определены пути повышения эффективности массообмена в ВРПМА и предложены направления развития и усовершенствования новых конструкций ВРПМА. Усовершенствована инженерная методика проектирования и расчета основных геометрических параметров массообменной камеры ВРПМА и массообменных характеристик двухфазного вихревого потока в аппарате. Приведены результаты исследования эффективности работы вихревого распыливающего противоточного массообменного аппарата при абсорбции аммиака. Определены основные источники выбросов аммиака в производстве кальцинированной соды и недостатки существующих промышленных аппаратов. Проведенный анализ конструкций массообменного оборудования, появляющегося в последние годы, позволил выделить одно из направлений развития массообменной техники – распыливающие аппараты, течение в которых характеризуется высокой степенью турбулентности. Высокие скорости газа (пара) позволяют также производить распыливание жидкости на капли малого размера и значительно ускорять процесс массопередачи благодаря увеличению межфазной поверхности. Был разработан и предложен модернизированный аппарат для санитарной промывки технологических газов. Показано, что минимальным брызгоуносом по жидкости обладают вихревые аппараты с распылителями жидкости определенной конструкции. Величина брызгоуноса после вихревых устройств значительно меньше величины брызгоуноса после барботажных тарелок. Снижение брызгоуноса приведет к повышению движущей силы процесса массообмена и увеличит степень абсорбции газообразного аммиака. Исследована работа модернизированного аппарата для санитарной промывки технологических газов и приведены графические зависимости характеристик работы аппарата. Результаты исследования абсорбера санитарной очистки от газообразного аммиака показали, что он устойчиво работает в широком диапазоне изменения нагрузок аппарата по фазам. Эффективность нового аппарата значительно выше эффективности существующего на предприятии санитарного промывателя. Во всем диапазоне изменения каждого из факторов коэффициент полезного действия вихревого аппарата довольно высок и достигает более 99 %. Также разработаны технологические схемы с использованием ВРПМА для очистки промышленных газовых выбросов от паров органических растворителей, паров аммиака, сернистого ангидрида, окислов азота, двуокиси углерода. Показано, что эффективность разработанных вихревых аппаратов при очистке газовых выбросов от указанных компонентов может достигать 99 %.

The aim of the dissertation is a theoretical and experimental study of the processes of heat and mass transfer in counterflow vortex devices, determination of the influence of hydrodynamic, structural and technological parameters on the efficiency of mass transfer processes in counterflow mass transfer chamber VSCMA mode countercurrent movement phases and creation on their basis of scientifically-based methods of calculation and design of vortex devices. We developed a theoretical method of calculating the efficiency of mass transfer in the working area of the counterflow vortex devices. Experimentally determined hydraulic resistance and the ablation fluid in the apparatus when the change of the ratio of the loads on the phases. Developed method of determination of mass transfer characteristics VSCMA in the process of desorption of CO2 in the air stream. The recommendations were developed to analyze the characteristics and performance VSCMA in the desorption processes (adsorption and rectification). Defined criteria dependence for finding the mass transfer characteristics VSCMA and its coefficients are calculated on the basis of experimental studies. Identify ways to improve the efficiency of mass transfer in VSCMA and directions of development and improvement of new designs VSCMA. Improved engineering technique design and calculation of geometrical parameters of mass transfer chambers VSCMA and mass transfer characteristics of two-phase swirling flow in the apparatus. The results of research into the performance of vortex spray counterflow masstransfer apparatus for the absorption of ammonia. Identifies the main sources of ammonia emissions in the production of soda ash and weaknesses of existing industrial units. Was developed and a modified apparatus for sanitary flushing process gases. The operation of the upgraded apparatus for sanitary flushing process gases and provides a graphical dependence of the performance of the device. The effectiveness of the new device is much higher than the efficiency of an existing enterprise sanitary washer. In the whole range of variation of each of the factors, the efficiency of the vortex of the apparatus is high and reaches 99%. Developed technological scheme using VSCMA for the treatment of industrial gas emissions. It is shown that the effectiveness of the developed vortex devices when cleaning gas emissions can reach 99 %.