Процес концентрування розчину сульфатної кислоти випаровуванням у потік нейтрального газу за зовнішнього підведення теплоти

Abstract

Дисертаційна робота присвячена виявленню закономірностей процесу концентрування водних розчинів сульфатної кислоти випаровуванням в потік нейтрального газу за умов зовнішнього підведення теплоти. Такий процес дозволяє понизити температуру теплоносія, який використовується для нагрівання розчину кислоти, і відповідно відмовитись від дефіцитних видів палива. У дисертації представлено результати експериментального дослідження впливу нейтрального газу та режимних параметрів процесу на інтенсивність процесу концентрування розчину. Запропоновано методику визначення швидкості випаровування розчину кислоти та експериментально встановлено її залежності від складу розчину. Проведено дослідження тепло- і масопереносу при концентруванні, визначено величини потоків теплоти при теплообміні між рідкою і газовими фазами, встановлено умови, за яких теплообмінний потік міняє напрям. Отримано емпіричні рівняння для розрахунку швидкості випаровування розчину кислоти та коефіцієнтів тепло – і масовіддачі при його концентруванні. У результаті моделювання зазначеного процесу встановлено закономірності зміни складу розчину в часі для періодичного процесу і від величини потоку початкового розчину для безперервного процесу при різних режимах концентрування. Розроблено пропозиції щодо апаратурного оформлення цього процесу на основі типового ємнісного апарату і апарату плівкового типу, а також методику розрахунку періодичного і безперервного процесів концентрування в ємнісному концентраторі.

Диссертационная работа посвящена выявлению закономерностей процесса концентрирования водных растворов серной кислоты испарением в поток нейтрального газа при внешнем подводе теплоты. Такой процесс позволяет снизить температуру используемого для нагревания раствора кислоты теплоносителя, и соответственно отказаться от дефицитных видов топлива. В диссертации представлены результаты экспериментального исследования влияния нейтрального газа и режимных параметров процесса на интенсивность процесса концентрирования раствора. Предложена методика определения скорости испарения раствора кислоты и экспериментально установлены ее зависимости от состава раствора. Проведено исследование тепло- и массопереноса при концентрировании, определены величины потоков теплоты при теплообмене между жидкой и газовыми фазами, установлены условия, при которых теплообменный поток меняет направление. Получены эмпирические уравнения для расчета скорости испарения раствора кислоты и коэффициентов тепло- и массоотдачи при его концентрировании. В результате моделирования отмеченного процесса установлены закономерности изменения состава раствора во времени для периодического процесса и от величины потока начального раствора для непрерывного процесса при разных режимах концентрирования. Разработаны предложения по аппаратурному оформлению этого процесса на основе унифицированного емкостного аппарата и аппарата пленочного типа, а также методику расчета периодического и непрерывного процессов концентрирования в емкостном концентраторе.

The thesis presents the results of an experimental investigation of the influence of indifferent gas, which is injected into the free space above acid solution or bubbled through it, and operating conditions of the process on the intensity of the solution concentration process. A method of determining the acid solution evaporation rate has been suggested, and its dependences on the solution composition that confirm the presence of the critical acid concentration in the solution, at which the acid (H2SO4 monohydrate) starts evaporating along with water, have been determined experimentally. It has been shown that, within the range of solution concentration values before and after the critical concentration, the dependences of the evaporation rate on the solution composition are of a different nature. The study of concentration heat transfer and mass transfer has been carried out, the heat flux values at heat exchange between liquid and gaseous phases have been determined, and the conditions, at which the heat-exchange flow changes its direction, have been ascertained. By means of modelling the aforementioned process, the regularities of the solution composition change over time for a batch process and the dependences on the initial solution flow value for a continuous process at different concentration conditions have been determined. The suggestions have been made concerning the equipment needed for this process on the basis of a standard capacitive apparatus and a film apparatus, as well as the methods of calculating the batch and continuous concentration processes in the capacitive concentrator.