Гідродинаміка та масообмін в диспергуючому контактному пристрої відцентрового масообмінного апарата

Abstract

У дисертаційній роботі виконані теоретичні й експериментальні дослідження гідродинамічних та масообмінних характеристик відцентрового масообмінного апарата з розробленим типом контактного пристрою. Контактний пристрій конструктивно складається з вісесиметричних кільцевих контактних елементів, виконаних з металевої сітки. Елементи розташовані з кроком один від одного. Розроблено фізичну та математичні моделі гідродинаміки фаз у контактному пристрої, отримані залежності для розрахунку швидкостей газу, гідравлічного опору та дисперсних характеристик рідини. Експериментально досліджений вплив режимних (швидкості обертання ротора, швидкості газу та щільності зрошення) і конструктивних (крок між контактними елементами) параметрів контактного пристрою на гідродинамічні показники та кінетику масопереносу в апараті. За результатами обробки експериментальних даних визначені коефіцієнти теоретичних моделей гідродинаміки рідини та газу та узагальнені в критеріальній формі рівняння масовіддачі. У результаті теоретичного моделювання та експериментальних досліджень розроблена методика інженерного розрахунку відцентрового апарата з дослідженим типом контактного пристрою. На підставі розрахунків за створеною методикою розроблена та досліджена у виробничих умовах ректифікаційна установка на базі двох відцентрових масообмінних апаратів. При цитуванні документа, використовуйте посилання http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/20900

Диссертационная работа посвящена теме исследования гидродинамических и массообменных характеристик центробежного массообменного аппарата с контактным устройством предложенной конструкции. Актуальность темы исследования определяется постоянно растущими потребностями в снижении материальных и энергетических затрат производств, повышении эффективности технологического оборудования и охране окружающей среды. Одним из перспективных путей интенсификации процессов химических производств есть их проведение в поле центробежных сил. Проведенный литературный анализ существующего состояния центробежного массообменного оборудования позволил выделить ряд перспективных конструкций центробежных аппаратов. Также выявлено, что значительный ресурс для дальнейшей интенсификации процесса лежит в использовании нестационарных гидродинамических режимах при диспергировании жидкости. При этом достаточно интересно использование эффектов резкого повышения интенсивности массопереноса в период образования и разрушения капель (концевые эффекты). Исходя из проведенного анализа, в качестве объекта исследования предложена новая конструкция контактного устройства для центробежного массообменного аппарата (ЦМА). Контактное устройство состоит из набора осесимметричных кольцевых контактных элементов, выполненных из металлической мелкоячеистой сетки и установленных на расстоянии один от другого. Такая конструкция обеспечивает многократные стадии образования и разрушения дисперсного потока в режиме противоточного взаимодействия с газовой фазой в поле центробежных сил. Разработана физическая модель взаимодействия фаз в контактном устройстве ЦМА, которая учитывает начальные, режимные и конструктивные параметры рассматриваемого процесса и позволяет оценить их влияние на гидродинамику фаз. Разработана математическая модель, описывающая движение газовой фазы в контактном устройстве, на основании которой получены зависимости для определения гидравлического сопротивления и распределения скоростей газа всредине контактного устройства. На основании физической модели определены режимы диспергирования жидкости на сетчатых контактных элементах. Получены уравнения, позволяющее определить размер образующейся капли в различных режимах диспергирования в конкретных условиях проведения процесса. Уравнения учитывает влияние на размер дисперсной фазы скорости газа, частоты вращения, физических свойств фаз и геометрических параметров сетки. На основании энергетического подхода получено уравнение для определения скорости движения капли в свободном пространстве между контактными элементами. Используя полученные зависимости, а также учитывая вероятность захвата летящей капли на поверхность сетки, получена модель для определения количества удерживаемой жидкости (в диспергированном состоянии) и соответствующей ей величины поверхности контакта фаз. Экспериментальными методами исследований подтверждена адекватность полученных теоретических моделей гидродинамики фаз. Для газовой фазы получены коэффициенты уравнения для расчета гидравлического сопротивления ЦМА с контактным устройством предлагаемой конструкции. Для жидкой фазы экспериментально подтверждены режимы образования дисперсной фазы в контактном устройстве, получены распределения капель по размерам в каждом режиме диспергирования. Получены коэффициенты, дополняющие теоретические уравнения, что позволяет прогнозировать дисперсность жидкой фазы в контактном устройстве ЦМА. Экспериментально исследованы массообменные характеристики ЦМА с диспергирующим контактным устройством. Исследования массообмена проводились в зависимости от режимных (частота вращения и нагрузки по фазам) и конструктивных (шаг между контактными элементами) характеристик ЦМА. На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработана методика инженерного расчета ЦМА с диспергирующим контактным устройством. Составлен алгоритм расчета, оформленный в виде блок-схемы. Проведена опытно-промышленная апробация ЦМА с диспергирующим контактным устройством. При этом проводили анализ получаемых продуктов и сравнение с аналогичными показателями для колонных массообменных аппаратов. Результаты апробации показали высокую эффективность разработанного устройства. При цитировании документа, используйте ссылку http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/20900

In dissertation performed theoretical and experimental study of hydrodynamic and mass transfer characteristics of mass transfer centrifugal apparatus with the proposed type of resistance device. Contact device is assembled with axisymmetrical ring contact elements made of metal mesh. Elements are spaced from one another. The physical and mathematical model of the hydrodynamics of the phases in the contact device are elaborated, the dependences for calculating the rate of gas flow resistance and dispersion characteristics of the liquid are elaborated. Experimental influence of regimen (rotor speed, velocity, gas density and irrigation) and design (a step between the contact elements) parameters of hydrodynamic resistance on device performance and mass transfer kinetics in the machine. As a result of experimental data processing coefficients for theoretical models of hydrodynamics of liquid and gas and mass transfer results are summarized in the form of criterial equations. As a result of theoretical modeling and experimental research methodology of engineering calculations centrifugal apparatus of the investigated type of resistance device. Based on calculations by a method developed and investigated working conditions in the rectification unit on the basis of two mass transfer centrifugal machines. When you are citing the document, use the following link http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/20900