Науково-теоретичні основи масообміну у системах з твердою фазою

Abstract

Дисертація присвячена теоретичним та експериментальним дослідженням масообмінних процесів з твердою фазою у дво- та трифазних системах. Вирішена науково-технічна проблема дає змогу моделювати процеси сушіння, розчинення та екстрагування, використовувати нові методи їх інтенсифікації та розрахунку обладнання для їх проведення. Досліджено гідродинаміку, тепло- і масообмін та динаміку фільтраційного сушіння дисперсних матеріалів та визначено кінетичні коефіцієнти процесу. Досліджено розчинення полідисперсних сумішей у апараті періодичної дії за умови зміни рушійної сили та неперервне розчинення зернистого шару у вертикальному апараті. Досліджено екстрагування розчинної твердої фази з одинарних частинок та з шару зернистого матеріалу і визначено вихідні концентрації міді сульфату на виході з колонного апарату. Результати досліджень показали значну інтенсифікацію процесу розчинення та екстрагування в умовах постійного та періодичного вакуумування. Розроблено теорію масообмінного процесу у трифазній системі газ – рідина – тверде тіло. Показано можливість використання хемосорбційного процесу для очищення газового середовища від діоксиду сульфуру. Розглянуто процес розчинення твердих тіл, який супроводжується значним тепловим ефектом у зоні взаємодії. Наведено аналогію теплообміну та масообміну Для промислового розчинника складено математичну модель розчинення калійної солі. Запропоновано технологічну схему очищення газового середовища від діоксиду сірки.

Диссертация посвящена теоретичесим и эспериментальным исследованиям масоообменных процессов с твердой фазой в дво- и трифазных системах. Решеная научно-техническая проблема дает возможность моделировать процессы сушки, растворения и экстрагирования, использовать новые методы их интенсификации и рассчета оборудования для их проведения. Исследовано гидродинамику, тепло- и массообмен и динаміку фільтрационной сушки дисперсных материалов и определено кинетические коэффициенты процесса. Исследовано. растворение полидисперсных смесей в аппарате периодического действия при условии изменения движущей силы и неперывное растворение зернистого слоя в вертикальном аппарате. Исследовано экстрагирование растворимой твердой фазы с одиночных частиц и со слоя зернистого материала и определено выходные концентрации меди сульфата на выходе с колонного аппарата. Результаты исследований показали значительную интенсификацию процесса растворения и экстрагирования в условиях постоянного и периодического вакуумированя. Розработано теорию масоообменного процесса у трифазной системе газ – жидкость – твердое тело. Показано возможность использования хемосорбционного процесса для очистки газовой среды от диоксида сульфура. Рассмотрено дифузионно контролированый процесс растворения твердых тіл, который сопровождается значительным тепловым эффектом в зоне взаимодействия. Наведено аналогию теплообмена и массообмена. Для промышленного растворителя составлено математическую модель растворения калійной соли. Запропонировано технологическую схему очищения газовой среды от диоксида серы.

The dissertation is devoted to theoretical and experimental researches of mass transfer processes with solid phase in two- and three-phase systems, which are the actual scientific and applied problem for processes of chemical technology. The solved scientific and technical problem enables to simulate mass transfer processes of drying, dissolution and extraction, to use new methods of their intensification and calculation of equipment for their implementation. Hydrodynamics, heat and mass transfer and the dynamics of filtration drying of dispersed materials were studied and the kinetic coefficients for the substances involved in the process were determined. Theoretically and experimentally was investigated the dissolution of polydisperse mixtures in a periodic action apparatus under conditions of change in motive force. The particle distribution function is represented by their diameters and the function change with the dissolution time is shown. The graphic integration method was used to determine the mass soluble particle during the theoretical analysis of the dissolution of the polydisperse mixture depending on the dimensionless time. Experimentally was investigated the continuous direct solubility of a stationary granular layer in a vertical apparatus and determined the concentrations at certain heights of a layer. A mathematical model of the dissolution process is made and its solution is presented. The theoretical algorithm for calculating of concentrations and dimensionless diameter is presented. The dissolution of solids in the stationary layer of the granular material is accompanied by non-stationary phenomena, which complicate the calculation of the dissolution. The results of experimental researches showed significant intensification of the process of extracting of sulphate cuprum in conditions of constant and periodic vacuuming. Effective diffusion coefficients were determined and was shown the possibility of increasing of the extraction rate up to 6 times compared to the external mechanical mixing of medium. The theory of the mass transfer process in the three-phase gas-liquid-solid system was developed, and each mass transfer stage was studied: physical absorption, mass deduction, diffusion-controlled chemical dissolution. The possibility of application of chemisorption process to purify the gas environment from sulphur dioxide is shown. The mathematical models of the non-stationary heat transfer process with a superficial heat source are developed, which allows to determine the temperature in solids and liquid media. An analogy of heat transfer and mass transfer is shown, which is determined by the same hydrodynamic situation in the reaction zone. For the industrial solvent a mathematical model for dissolving potassium salt is developed. The technological scheme of purification of gas medium from sulphur dioxide in a three-phase system is proposed on the basis of conducted researches.