автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Гидродинамика и массобмен в аппаратах с самоорганизацией потоков

РГб од

Российская Академия наук

Институт общей и неорганической химии имени Н.С.Курнакова

На правах рукописи

Мемедляев Зия Наимович

ГИДРОДИНАМИКА И МАССООБМЕН В АППАРАТАХ С САМООРГАНИЗАЦИЕЙ ПОТОКОВ

Специальность 05.17.08 - Процессы и аппараты химической технологии

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва - 1994

Работа выполнена в Государственном научно-исследовательском и проектном институте химических технологий и в Институте общей и неорганической химий им. Н.С.Курнакова РАН.

Научный консультант: доктор технических наук, профессор Н.Н.Кулов.

Официальные оппоненты: академик В.В.Кафаров;

доктор технических наук, профессор В.В.Дильман; доктор технических наук, профессор Л.А.Серафимов.

Ведущее предприятие - АО "ГИАП".

. / Защита состоится </¿£'-¿¿1У'-^С- 199-гг. в часов на

заседании Специализированного совета Д.002.37.01 Института общей и неорганической химии им. Н.С.Курна-кова РАН по адресу: 117071, Москва, Ленинский проспект, д. 31.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан ^ 1994 г

Ученый секретарь Специализированного совета, кандидат химических наук

М.А. Глушкова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Приоритетно!! задачей химической и смежных отраслей промышленности в современных условиях является интенсификация процессов разделения, в том числе таких широко распространенных как абсорбция, десорбция, ректафакация и др., осуществляемых преимущественно в нзсадочкых и тарельчатых аппаратах. Компактность, высокая производительность и эффективность работы таких аппаратов могут быть обеспечены в результате проведения процессов при максимально возможных скоростях потоков в критических гидродинамических условиях, для которых характерно резкое ускорение тепло- и массопереноса.

• Однако, распространение в промышленности- методов интенсификации на основе критических гидродинамических режимов в значительной мере сдерживается из-за недостатка простых и надежных способов и устройств, обеспечивающих устойчивую работу аппаратов и практического отсутствия экспериментальных данных фундаментального характера и адекватных методов расчета мзссооСменного оборудования.

Поэтому создание ноеых методов стабилизации и управления экстремальными гидродинамическими режимами и исследование гидродинамики и мсссообмена в этих условиях с целью разработки высокоэффективных аппаратов и методов их расчета является актуальной научно-технической проблемой, имещей важное практическое значение.

Работа выполнялась в соответствии с: - координационными планами АН СССР по направлению "Теоретические основы химической технологии" на 1976-80 гг., 1981-85 гг., 1986-90 ГГ.;

- постановлением ГКНГ'* 935 от 19.06.91 г., задание 9 "Проведение исследований некоторых высокоэффективных тепломассообМенных аппаратов и выдача данных по их использованию при промшвлбдаой реали зации открытия СССР X 141 "Явление скачкообразного увеличение тепло- и массообмена между газовой и жидкой фазагги в реккме инверсии фаз"";

- целевой комплексной научно-технической программой ОЦ. 045, задание 04.01.01.01 "Разработать оборудование для производства метанола мощностью 2500 тонн в сутки".

Целью работы было исследование основных закономерностей гидродинамики и массообмена в новых аппаратах, устойчиво работающих 'в критических гидродинамических режимах за счет организации/самоорганизации потоков и,создание на этой основе научно обоснованных методов расчета высокоинтенсивного массообменного оборудования и его внедрение в промышленность.

Научная новизна. В результате теоретических и экспериментальных исследований процессов переноса в двухфазных газожидкостных системах обнаружены явление самоорганизации режима инверсии фаз в орошаемой насадке и возможность осуществления этого режима при докритических скоростях при организации соответственно конкурирующих или пульсирующих потоков газа или жидкости. Разработаны метода определения газосодержания (авт. "свид. J§ 1265542) и мек-фазного касательного напряжения (авт. свид. Я I34I545), в результате измерения которых установлено существование режимов инверсии фаз различной интенсивности и впервые получены значения коэффициентов трения, характеризующие критические явления подвисания и инверсии фаз. Показана возможность создания и поддержания в орошаемой насадке различных высот слоя газогшдкостной эмульсии и предложена методика расчета перепада давленая при одновременном

существования зоны с газоиадкостной эмульсией и зоны с раздельным течением фэз. Установлен различный характер влияния смены гидродинамических режимов на нинэтику ыассоотдачи в кадкой и газовой фазах в показано, что фазовые высоты единиц переноса \инж и Ьд>нв не зависят от способа организации режима и является предельными. Разработаны методы количественного описания кинетики массоотдачи в жидкой и газовой фазах в рекимах с раздельным течением фаз й их инверсией. Разработаны ряд методов организации/самоорганизации потоков и серия реализудщих их насадочных, тарельчатых и других типов аппаратов.

Практическая реализация работы. Результаты диссертационной работы внедрены в производство стеклопластиков на стадии очистки, отходящее.газов методом озонирования на Северодонецком ПО "Стеклопластик" (авт. свид. Л IQ959I7); в производство азотной кислоты на стадии каталитической очистки отходящих газов на Северодонецком ПО "Азот", реконструировано 9 агрегатов (авт. свид. А 1042792, Я I337132, й I590118, й 1659087); в производство аммиака на.стадии его рекуперации из продувочных я танковых газов на Туркменском ЗАУ, г.Мары (авт. свид. Д 745048); в цехе биохимической очистки сточных вод на стадии их обработки в аэротенках на Северодонецком ПО "Азот" (авт. свид. & 1778087) и использованы при промышленном проектировании производств йода и йодистого калия, стадия десорбции (авт. свид. A I0959I7, A II97683); крупнотоннажных агрегатов метанола мощностью 350 тыс. тонн/год н 750 тыс. тон/год, стадия ректификации (авт. свид. А 745048).

Апробация работы. Результаты работы докладывались на ч (Днепропетровск, 1980), vil (Львов, 1988) a vtii (Днепропетровск, 1991) Республиканских конференциях "Повышение эффективности, совершенствование процессов и аппаратов химических производств"; на

научно-технической конференции по аппаратурному оформлению процессов каталитической очистки отходящих газов (Дзержинск, 1983); на отраслевом совещании "Рассмотрение хода выполнения координационных планов НИР Союзйодоброма с Академией Наук СССР, Минвузом СССР в одиннадцатой пятилетке и согласование проекта плана на двенадцатую пятилетку" (Саки, 1984); на семинаре "Теоретические основы: химической технологии" (Москва, 1984); на Всесоюзной научной конференции "Повышение эффективности, совершенствование процессов к аппаратов химических производств" (Харьков, 1985); на III Всесоюзном совещании по проблеме "Абсорбция газов" (Таллинн, 1987); на Всесоюзной научно-технической конференции "Техника дсевдооЕккения (кипящего слоя) и перспективы ац развития" (Ленинград-Подцубская, 1988); на Всесоюзном совещании "Повышение эффективности и надежности машин и аппаратов в основной химии" (Суш, 1939); на научно-практической конференции "Очистка газовых внбросов промышленных предприятий" (Тольятти, 1990); на X (Прага, 1990) и XI (Прага, 1993) Международных конгрессах по инкенерной химическому оборудованию ■ и автоматизации химико-технологических процессов (ХИСА); не Всесоюзной научно-технической конференции "Экология химических производств" (Çaнароде не цк, ISS0); на IV Всемирном конгрессе по инженерной химии (Карлсруэ, 1991); на VI Всесоюзной конференции по ректифякзции (Северодоиецк, 1991); на VII Меядународном симпозиуме по ресурсо-coepeseffis) и повышению безопасности технологических процессов (Таомина, 1992); на- Всесоюзной конференции "Химреактор-Н" (Алушта, 1992); на Международной конференции по дистилляции и абсорбции (Бирмингам, 1992); на сешшзре "Экологические проблемы и пути их решения в медицинской и микробиологической отрасли"

(Северодонецк, 1993); на Ивздународной научно-технической конференции "Экология промышленного региона" (Донецк,- 1993); на XV Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Минск, 1993).

Публикации. По ■ материалам диссертации опубликовано 25 статей, получено 13 авторских свидетельств и I яолоззггельноэ решение о выдача патента РЭ..

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав, выводов, списка литературы из 341 наименования, прилозэ-кий и изложена на 363 страницах машинописного текста, включая 91 рисунок и 28 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе приводится обзор работ по гидродинамике и массообмену в аппаратах со слоем орошаемой насадки и барботанными тарелками.

При противотоке газа л яидкости в слое орошаемой насадки рассмотрены и охарактеризованы различные состояния двухфззной системы, обусловленные тем, что постепенное изменение количественных характеристик - нагрузок по фазам - приводит при достижения критических значений этих величин к качественно новым гидродинамическим ренкмам. Выделены .и последовательно анализируются пленочный режим, режимы подвисания и инверсии фаз в разграничи-.вавдие их критические явления подвисания и захлебывания. Показано,что переход к активным гидродинамическим реаимам подвисания и инверсии фаз сопрововдается интенсификацией массопереноса, причем максимальный эффект достигается в наиболее активном, но крайне неустойчивом гидродинамическом режиме инверсии фаз. Рассмотрены немногочисленные методы и аппараты, разработанные для реализации

режима инверсии фаз, среда которых наиболее известными и изученными являются метод принудительного эмульгирования и позволяющие реализовать его ■ колонны с затопленной насадкой, работающие при скоростях ниже скорости инверсии фаз.

На Сарботанннх тарелках, как и в слоях орошаемой насадки, в зависимости от нагрузок по фазам наблюдаются различные гидродинамические режимы. Выделены и проанализированы барботаяный и струйный режимы и характеризующие их зависимости уноса жидкости от скорости газа. Рассмотрены современные контактные тарелки с продольным и поперечным секционированием и направленным вводом газа в жидкость, успешно решающие проблему масштабного перехода путем устранения различного рода гидродинамических неравномерно-стей и ориентированных, главным образом, на работу в струйном режиме для достижения максимально возможных скоростей при сохранении высокой эффективности, что ограничивается сильной зависимостью уноса жидкости от скорости газа (е ^ и^; и я; 4).

Таким образом, рассмотрение вопросов гидродинамики и массо-обмена в насадочных и тарельчатых аппаратах приводит к выводу о необходимости поиска новых способов и устройств, которые обеспечили бы стабилизацию и управление критическими гидродинамическими режимами в аппаратах различного типа. Перспективными представляются метода и разработанные на их осноЕв аппараты, устойчивость и эффективность работы которых в экстремальных гидродинамических условиях могут быть обеспечены путем самоорганизации потоков.

Во второй главе на базе предложенных новых путей стабилизации и управления режимом инверсии фаз в орошаемой насадке рассмотрены методы конкурирующего газового потока и пульсирующей подачи жидкости и разработанные на их основе насадочные аппараты.

Конкурирующий поток. Сущность метода конкурирующего газового потока заключается в наличии основного (в аппарате) и конкурирующего (в байпасе) газовых потоков, что позволяет при = в аппарате я = ы„ а. байпас© записать уравнение

из которого следует9 что высота слоя газожидкостной эмульсии нС11 принимает вполне определенное значение, т.е. реши инверсии фаз мояэт быть стабилизирован. Изменения нагрузок по фазам вызывают изменение скорости конкурирующего газового потока на величину +4и0, что приводит к автоматическому установлению нового равновесного значения ноь, первоначальная или требуемая величина которой при необходимости может быть установлена путем изменения коэффициентов гидравлического сопротивления основному и (или) конкурирующему потоку 52 с помощью, например, вентилей пли клапанов. Наиболее легко и просто регулировать высоту слоя газожвдко-стной эмульсии, изменяя гидравлическое сопротивление байпаса. Так практически обеспечивается управление режимом инверсии фаз.

На рис Л в качестве примера представлена схема одного из рззработанных насадочных аппаратов, реализущлх метод конкурирующего газового потока.

Пульсирующее орошение. Сущность метода пульсирующей подачи жидкости заключается в том, что при заданном расходе газа определенное количество жидкости подают с периодически колеблющимся расходом. Такая организация потоков позволяет для усредненной по периоду скорости кидкости в аппарате записать уравнение:

2

2

(I)

Рис. I- Схема на садочного аппарата, реализующего метод конкурирующего газового потока: I - корпус аппарата; 2 - слой насадки с раздельным течением фаз; 3 - слой насадки с газожидкостной эмульсией; 4 - байпас.

Рис. 2. Схема насадочного аппарата, реализующего метод пульсирующей подачи жидкости: I - корпус аппарата; 2 - слой насадки с раздельным течением фаз; 3 - слой насадки с газожидкостной эмульсией; 4 - сифон периодического действия; 5 - основной поток жидкости; 6 - дополнительный поток жидкости.

X - (2)

в котором - приведенная скорость жидкости» соответствувдая стационарному процессу, когда плотность орошения не меняется со временем,, а и ЛЯЬ характеризуют усредненные избыточную составляющую скорости за время ^ и дефицит скорости по сравнению с \ за время .

Для режима инверсии фаз = \янж и прз соблюдении равенства

Н]

Ф-Ь- (3)

из уравнения (2) получаем, что средняя за период скорость жидкости равна скорости инверсии фаз

Й. « я. • (4)

и (.яна Л

Таким образом, при периодическом изменении плотности орошения становится возможным периодическое осуществление режима инверсии фаз при скоростях, меньших \ыяя или *01П,Ж» что немаловажно с учетом возможных колебаний нагрузок по фазам в промышленных аппаратах.

На рис.2 представлена схема касадочного аппарата* реализующего метод пульсирующей подачи жидкости.

Нетрудно видеть, что разработанные на основе обоих методов насадочные аппараты для осуществления режима инверсии фаз можно квалифицировать как аппараты с самоорганизацией потоков.

В третьей главе излагаются и обосновываются принятые методы исследования, обсуадаются и обобщаются результаты изучения гидродинамики орошаемой насадки в режиме инверсия фаз.

Гидродинамические исследования проводили на системе вода-воздух на экспериментальных установках, основной рабочей частью которых служили стеклянные колонны внутренним диаметром и = 105; 160; 200 и 400 мм со слоем кольцевой насадки, засыпанной в навал на высоту 600; 800 и 1000 мм.

Характеристики использованных в опытах насадок приведены в табл.1.

Таблица I

Характеристики насадок

Тип Материал Размер, мм Е0, Ы3/М3 а, м2/м3

Кольца Рашига Керамика 15x15x3 0,645 294,0

-- 25x25x4 0,680 221,6

50x50x6 0,755 94,7

Кольца Палля Сталь 25x25x1 0,925 176,0

50x50x1 0,900 108,0

Пластмасса 50x50x2 0,860 112,0

Таблица 1а

Характеристики насадок

. Тип Материал Размер, мм е0, м3/м3 а, м2/м3

Кольца Рашига Сталь 50x50x1 0,955 98,8

Кольца Палля 35x35x1 0,900 170,0

Кольца ГШ 50x50x0,8 0,960 100,0

54x54x1 0,960 95,0

Мини-кольца 50x15x1 0,950 115,0

Насадка

УкрНИИХиммаш 40 0,950 170,0

Седла Инталокс Керамика 50 0,770 100,0

Характеристики дополнительно использованных в опытах насадок приведены, в табл.1а. •

Единичные (контрольные) опыты были проведены на гидродинамическом стенде с колонной в=2000 мм со слоем кольцевой насадки, засыпанной в навал на высоту 2000 мм.

Расхода вода и воздуха измеряли ротаметрами и диафрагмой, температуры потоков - ртутными термометрами, непрерывное измерение и запись перепадов давления осуществляли специально разработанным прибором и фиксировали с помощью микроманометра или диф-манометра, а высоту слоя газсжидкостной эмульсии- определяли визуально с помощью миллиметровой шкалы, укрепленной на стенке колонны.

Определяющую роль в возникновении критических явлений подви-сания и инверсии фаз играет касательное напряжение на границе раздела фаз. Схожесть этих явлений в орошаемой насадке и трубе позволяет исследовать закономерности межфазного касательного напряжения при взаимодействии восходящего турбулентного потока газа и стекающей под действием силы тяжести пленки жидкости в орошаемой трубе. • . _

Универсальный характер распределения скоростей в турбулентном потоке газа в кольцевых газожидкостных течениях в форме закона дефицита скорости позволил предложить метод определения межфазного касательного напряжения, которое находится с помощью выражения

^оь

47, ^

»0—--<»*. (5)

*(<1-23)

Эксперименты проводили на системе вода-воздух в стеклянной трубе внутренним диаметром й = 27 мм и длиной 1500 мм. Скорость

аоздуха на оси трубы измеряли о помощью тонкой Г-образной

трубки Што, надежность показаний которой проверена в условиях противотока, восходящего и нисходящего прямотока фаз. Среднюю толщину пленки жидкости О определяла методом отсечки питания.

Газосодеряание определяли как традиционным методом отсечки потоков, так и предложенным в настоящей работе методом, согласно, которому после отсечки орошения при неизменной подаче газа измеряли высоту снихавдегося уровня газокидкостной эмульсии в последовательные моменты времени. Решая уравнение, связыващеэ между собой известные, измеряемые и искомый параметры,

' \/в(1 -а) = ¿н01/Д'Ь, находили газосодержание газожидкостной -эмульсии в слое орошаемой насадки

V» Дt V Д1;

а - I---— - I - —- . (6)

едя01) 38ДН0Ь

Измеренные в опытах значения коэффициентов гидравлического сопротивления неорошаемых слоев колец Рашига Л0= 4,5 и Палля 3,0 совпали с известными литературными данными.

Предельные нагрузки по* газу и жидкости обычно определяют по уравнению Бейна-Хоугена

= Ъ - оХ, (7)

в котором коэффициенты ь и о в общем случае зависят от типа и размера насадочных тел. Если в насадочных аппаратах обычной конструкции при достижении скорости инверсии фаз наблюдается неконтролируемый рост слоя газожидкостной эмульсии, приводящий к захлебыванию, то в насадочных аппаратах с конкурирующим газовым потоком критический режим не только стабилизуется, но и появляется возможность управлять значением На рис.3 представлены

измеренные в опытах различные устойчивые высоты слоя газо-кидкостной эмульсии в орошаемых слоях различных насадок. Конкретное значение устанавливали путем изменения общего расхода газа или изменением коэффициента гидравлического сопротивления байпаса £г с помощью вентиля. Оказалось, что при постоянной плотности орошения различше устойчивые высоты слоя газожидкостной эмульсии существуют практически при одной я той же предельной скорости основного потока газа я0инв> как это и следует из уравнения (I). Обобщение-экспериментальных данных по предельным нагрузкам в форме уравнения (7) показало их согласие с известными корреляциями.

Найденные с помощью уравнения (5) значения тоь свидетельствуют об уменьшении мекфазного касательного напряжения в критических точках подвисания и инверсии фаз с увеличением плотности орошения, что согласуется с результатами других работ; из этого следует, что чем толще жидкостная.пленка,.тем меньше ее устойчивость к мегфазным касательным усилиям. В совокупности с известным уменьшением скоростей подвисания и инверсии фаз с ростом плотности орошения, на основе соотношения *.011-= 8т01/(рся§0) приходим к выводу о приближенном постоянстве коэффициентов трения и значений отношения скоростей на оси трубы к среднерасходной в точках подвисаяйя и инверсии фаз:

п мм»

\С1) * 0,08; х0ь а 0,1, (8)

' * 1,40; [ У"«'

* 1,45; (9)

их»

Соотношения (8) и (9) иллюстрируются на рис.4, отображающем взаимосвязь деформации профиля скорости газа и коэффициента трения.

0.0

2.0

0.8 1.2 1.6 Мсянв. М/С

Рис. 3. Устойчивые высоты слоя газохидкостной эмульсии при различных сопротивлениях байпаса: а - кольца Рашига размером 15x15x3 т, д = 29,47 б - то же, ч = 65,05; в - кольца

Рашига размером 25x25x4 км, ч = 65,05; г - кольца Палля размером 25x25x1 мм, <1 = 65,05; д - кольца Ралшга размером 50x50x6 мм, = 140,13; е - кольца Палля размером 50x50x1 мм, q = 100,32; ж -седла Инталокс, ч = 39,81.

1£

Рис. 4. Зависимость деформации скоростного профиля газа в трубке с орошаемой стенкой от коэффициента трения: а - пленочный режим, не^= 1230 я 3840 по работе С.К.Мяепикова, Н.Н.Кулова (ТОХТ. 1982. Т. 16. Х5. С. 663); б - точка подвисания,. в - точка инверсии фаз, 210 - 1310.

Анализ экспериментальных данных по газосодержанию газо-жвдкостной эмульсии, полученных с помощью уравнения (6), обнаруживает существование режимов инверсии фаз различной интенсивности, что подтверждается и визуальными наблюдениями. С увеличением плотности орошения газосодержание газожидкостной эмульсии уменьшается, а при одинаковой.плотности'орошения оно больше у насадок с большим свободным объемом. Обобщение экспериментальных данных осуществлено с привлечением известных модальных представлений, согласно которым в точке инверсии фаз

*Оинв _ *0„нВ

еа еаг е(1 -а)

или

а = ■ -. (10)

+ ^

Для изученных насадок на основе обширных экспериментальных исследований получены зависимости множителя С от режимных параметров инверсии фаз.

Гидравлическое сопротивление слоя орошаемой насадки в режиме инверсии фаз в общем случае удобно представить как сумму гидравлических сопротивлений зоны А, занятой газожидкостной эмульсией и зоны Б, в которой реализуется раздельное течение фаз:

АР = ДРД + ДРБ. (II)

В свою очередь, ДРд также можно представить как сумму

ДРА = ДР1 + ДР2, (12)

где ДР, и ДРг - потери напора газа на преодоление смоченного слоя насадки и поддержание столба газожидкостной эмульсии, соответственно.

Первое слагаемое уравнения (12) имеет вид

н

а второе (щи » р0)

А

Н.

8е3а3

(13)

(14)

Таким образом

нд аечг

(16)

Гидравлическое сопротивление зоны Б, согласно нашим экспериментальным данным, может быть с достаточной точностью определено по известной графической зависимости Эдулдаи. •

Установленные закономерности позволяют предложить следующую последовательность расчета гидравлического сдпротивления орошаемой насадки в режиме инверсии фаз, стабилизация и управление которым осуществляется методом кбнкурирущего газового потока.

1. Выбрав насадку и плотность ее орошения, по формуле (7) рассчитывают значение яСинв.

2. Из графика С - находят величину С и по формуле (10) значение а.

=г

3. По формула (15) определяет гидравлическое сопротивление зоны А. при отсутствии значения б и А. можно воспользоваться значениями е0 и Л.0; при этом потеря точности не превышает 10®.

4. С помощьв известной графической зависимости Эдулдаи определяют гидравлическое сопротивление- зоны Б.

5. По уравнению (II) находят полное гидравлическое сопротивление рабочего слоя насадки.

В диссертации продемонстрировано хорошее соответствие результатов расчета и эксперимента, подтвержденных опытом промышленной эксплуатации аппаратов.

При исследований гидродинамики нестационарно орошаемой насадки использовали различные варианты подачи жидкости в экспериментальную колонну, рис.5. Очевидно что, при фиксированном значении усредненной по периоду т приведенной скорости жидкости йь уменьшение и Ьс/т приводит к росту, а их увеличение - к

уменьшению амплитуды" колебаний '

Как известно, с ростом скорости газа и жидкости последовательно возникают подвисание и инверсия фаз. Пульсирупцая подача в колонну газа или жидкости приводит к более раннему (по сравнению со стационарным процессом) периодическому возникновению критических явлений. Это иллюстрируется на рис.б, где в качестве примера показано изменение во времени гидравлического сопротивления слоя неупорядоченных колец Палля при постоянной скорости газа и периодически изменяющейся скорости жидкости для ряда значений

Предельные нагрузки по газу и жидкости могут быть определены по уравнению (7) с теми же значениями коэффициентов ь и о, что и для стационарного процесса, если величину расхода жидкости Ь, входящую в X, заменить усредненной по периоду величиной Ь.

\

w„

/ "У Г 'Г, /\i К /1 v А/ / ш ш

и т

J

Рис. 5. Схема различных вариантов орошения, WL= oonst.

4480

3920

3360

| 2800 С

2240

а. <

1680 1120 560 0

0 4 8 12 16 20 24 1. С

Рис. 6. Изменение гидравлического сопротивления слоя колец Палля размером 25x25x1 мм во времени при = 1,757 м/с, О, Т * 10 с,

(^/Т) = 0,6 при различных плотностях орошения. Пунктирные линии соответствуют гидродинамическим режимам без инверсии фаз, а сплошные - с инверсией фаз.

/ \ /^«ш-1.0

» 0.689

' / "» \ • / \ \ '/ ' * V • л-л4-- " * \\\ Л4- ■ Л г / / / / /Л" ' /, /// / // / ^ ^ - 0.546 0.430 0.337 0.263 0.203 0.154 0.095

' -" 4 3

1 •• I I 1 1 1. 1 1 к и л..и.1 1—1. Л. 11111.

Периодически колеблющийся расход жидкости обусловливает переменное гидравлическое сопротивление слоя орошаемой насадки потоку газа. Минимизировать колебания ДР/Е можно варьируя значения W^/WL и t/t (рис.7). Экспериментальные данные, представленные на этом рисунке, получены в специальных опытах и соответствуют максимальным (светлые точки) и минимальным (темные точки) значениям ДР/н на кривых, аналогичных приведенным на рис.6. Из рис.7 следует, что при

я. t

ШШ —-&.I (16)

WL т

удельный перепад давления оказывается таким хе, как и для стационарного режима инверсии фаз, несмотря на некоторую асимметрию хода кривых (ЛР/Н) и (ДР/н) относительно стационарного значе-

Mftk nun

ния (показав пунктирной линией).

Исходя из этого, гидравлический расчет насадочных аппаратов, работающих при пульсирующем орошении в режиме инверсии фаз, при соблюдении соотношений (2)-(4) и (16), можно производить по методике для стационарного режима инверсии фаз с помощью уравнений (7), (10) и (15), записанных для усредненных по периоду значений параметров.

В четвертой главе излагаются экспериментальные методики, об-суздаются и обобщаются результаты исследования массообмена в орошаемой насадке на абсорбционно-десорбционном и ректификационном стендах, основной рабочей частью которых служили стеклянные колонны внутренним диаметром D=I05; 160; 200; 300 и 400 мм со слоем насадки, засыпанной в навал на высоту 600; 800 и 1000 км. Использовали насадки, характеристики котсрнх приведены в табл.! и 1а.

и/т

Рис. 7. Зависимость максимальных и минимальных потерь напора газа в слое колец Палля размером 25x25x1 мм при (^/\инв) = I, \ = 42,347 м/ч от при

1=10 с, ис/Т) = 0,6 (7А) и от ^/Т при т = 10 с, ~ 0,8^ (7Б). Пунктирные линии отвечают значению ЛР/н при стационарном рениме инверсии фаз (*).

Массоотдачу в жидкой фазе исследовали при десорбции диоксида углерода из воды в воздух. Массоотдачу в газовой фазе изучали при десорбции аммиака из вода в воздух. В расчетах учитывали сопротивление массопередачв со стороны жидкой фазы. Серия опытов была посвящена ректификации бинарной смеси метанол-вода.

На рис.8 в качестве примера иллюстрируется изменение высоты единицы переноса в жидкой фазе с изменением скорости воздуха в диапазоне 0 < 1»0 < «?0инв при различных плотностях орошения слоя насадки из колец Рашига размером 25x25x4 мм (8А) и одной плотности орошения слоев различных насадок (8Б).

Ход кривых отчетливо обнаруживает известные гидродинамические режимы: пленочный (горизонтальные участки кривых), подвисания (область падения ь^) и инверсии фзз (точки на вертикальной прямой с начальной абсциссой (^/"оинв^1^

Экспериментальные данные в пределах пленочного режима обобщены уравнением вида

11 = Аене,0,35Зо,0,5. (17)

1* I*

Нетрудно видеть, что начиная с некоторого значения в слое орошаемой насадки возникает подвисание жидкости, сопровождающееся интенсификацией процесса массоотдачи в жидкой фазе. Дальнейший рост wG усиливает этот процесс и при достижении т.е. в режиме инверсии фаз, наблюдается максимальная скорость массоотдачи в жидкой фазе. Для всех испытанных насадок увеличение интенсивности массоотдачи в жидкой фазе по сравнению с пленочным режимом зависит от режимных параметров процесса, что согласуется с данными по гидродинамике и подтверждает существование режимов инверсии фаз различной интенсивности, экспериментальные данные обобщены уравнением вида

0.0

0.2

0.4 0.6

Щ/^бгяв

0.8

1.0

Рис. 8. Зависимость от для колец Рашига разме-

ром 25x25x4 мм при различных q (8А): а - ц = 29,47 м3/(м2ч); б - 41,37; в - 53,15; при ч = 70,06 м3/(м2ч) для различных насадок (8Б): а - кольца Рашига размером 50x50x1 мм; б -кольца Раягига размером 50х50хБ км; в - кольца ГИАП размером 54x54x1 мм.

^кив

В - иге.

(18)

Значения коэффициентов А, В и к в уравнениях (17) и (18) приведены в табл. 2.

Таблица 2

Коэффициенты А, В и к уравнений (17) и (18)

Насадки Коэффициенты

Теп Размер, мм А В к-Ю3

Кольца Рапптга . 15x15x3 65.8 2,88' 4,77

25x25x4 57,6 3,12 4,77

50x50x6 44,4 2,24 0,62

Кольца Палля 25X25X1 47,7 2,57 1,46

50x50x1 40,1 2,13 0,46

50x50x2 33,0 1,81 0,46

При исследовании массообмена в нестационарно орошаемой на-

садке использовали те же варианты подачи жидкости в экспериментальную колонну, что и при исследовании гидродинамики, рис.5.

На рис.9 в качестве примера показана зависимость высоты единицы переноса в жидкой фазе от скорости воздуха в диапазоне О < *с < И0инв рри постоянной усредненной по периоду скорости жидкости в слое колец Палля размером 25x25x1 мм.

Подобно тому, как при стационарном процессе ход кривых зависимости ^ от отражает смену гидродинамических режимов, для процесса с пульсирующей подачей жидкости ход аналогичных кри-

с

Рис. 9. Зависимость h^ от "G/ffGiiKB Для колец Палля размером 25x25x1 мм при 42,347 м/ч,

т = 10 с для различных WbmU> и (tc/T) = 0,6 (9А): а - ff, . = 0; б - = 0,2® ; в - 0,8й : для различных (tc/t) и ffLmin= 0,8wl (9б): а - (t/t)® = 0,2; б - 0,3; в - 0,8. Пунктирные линии соответствуют стационарному процессу.

вых характеризует эволюцию гидродинамической обстановки и ее зависимость от таких параметров, как № /5? и г /I. '

При малых значениях когда еще не достигнуто подви-

сание жидкости, интенсивность массоотдачи в жидкой фазе ниже, чем при стационарном процессе (сплошные кривые на рис.9 располагаются . выше пунктирной кривой).

С ростом скорости газа интенсивность массоотдачи становится выше, чем при стационарном течении процесса и сплошные кривые располагаются под пунктирной кривой. Установлено, что при (Ис/Я0и11в)=1 значения высоты единиц переноса в случае пульсирующей подачи жидкости и для стационарного процесса имеют одно и то же значение. Таким образом, можно утверждать, что интенсивность массоотдачи при максимальных нагрузках не зависит от способа организации режиме инверсии фаз и является предельной.

Заметим, что экспериментальные данные, полученные в условиях пульсирующей подачи жидкости в режиме инверсии фаз при (я0/и0инв)<1 или («1_/№1_инв)<1, свидетельствуют о том, что при значениях и . /V? или 1 /т, близких к единице, максимальный пе-

1>т т- ь с

репад давления на одну единицу высоты переноса практически такой же, как для стационарного режима-инверсии фаз.

Анализ экспериментальных данных, полученных в ходе стационарного процесса и представленных рядом серий кривых зависимости Ч. от ^с^'сини (Рис*8) обнаруживает их качественно сходный характер. Это делает возможной И целесообразной обработку экспериментальных данных с привлечением метода асимптотических координат.

Обработанный таким образом обширный экспериментальный материал сформировал универсальную кривую, представленную на рис.10. От точки подвисания до точки инверсии фаз, т.е. в диапазоне

Рис. 10. Высота единицы переноса в жидкой фазе в орошаемой насадке при различных плотностях орошения и расходах газа:

Точки Тип Размер, мм

а кольца Рашига 15x15x3 17,33...53,15

б ■ 25x25x4 29,47...65,05

в 50x50x6 70,06...140,13

г кольца Палля 25x25x1 41,00...50,00

Д 35x35x1 39,81...100,32

е 50x50x1 70,06...140,13

ж 50x50x2 70,06...140,13

3 седла Инталокс 50 39,81

и кольца ПШ1 54x54x1 70,06

к мини-кольца 50x15x1 100,32

л насадка УкрШИХиммаш 40 39,81

м кольца Рашига 50x50x1 70,06

н кольца ГИАП 50x50x0,8 19,90

Значком * отмечено местоположение всех точек в режиме инверсии фаз, (и</я0инв)=1.

О'ЗД^/^Син»^1, 1Ф2В8Я описывается уравнением'

0,б1еГ1 - —] + 1.2. (19)

ал ^-ин» бин»

Отметим, что уравнения (17) - (19) получены при йе^® 50...1400. Расхождение мезду экспериментальными данными и расчетом не превышает 5+10 %.

Подобно тому, как это наблюдалось в случае массоотдачи в жидкой фазе, можно было ожидать, что изменение гидродинамического режима взаимодействия фаз существенно отразится на интенсивности массоотдачи в газовой фазе. Однако единое мнение относительно характера влияния смены гидродинамического режима взаимодействия газа и жидкости на интенсивность массоотдачи в газовой фазе отсутствует. Одни исследователи отмечают такое влияние, другие его на обнаруживают. Поэтому представляло теоретический и практический интерес установление характера влияния смены гидродинамических режимов на кинетику массоотдачи в газовой фазе. По результатам большого числа работ была принята зависимость Б!^ -ч Б0д/3, которая для высоты единицы переноса приводится к виду ^ Боц/3.

На рис.11 представлены зависимости эффективности массоотдачи в газовой фазе на кольцах Рашига от относительной скорости газа при различных плотностях стационарного и пульсирующего орошения.

Данные рис.11 указывают на то, что интенсивности массоотдачи в газовой Фазе при стационарной и пульсирующей подаче жидкости совпадают и практически не зависят от плотности орошения. В результате обработки экспериментальных данных получено уравнение

Как следует из указанного диапазона скоростей, уравнение (19)

нельзя применять при и?0=й,Сикв-

Г5

«о в о

оо

- о -а

да —б

\0

о« -в

-

-

□ Та

А ... I. - -1 —■—1_1_1. . <_ д_ . ........

Рис. II Зависимость ^/Зо^3 от и0/*0инв Для колец Ра-шига размером 15x15x3 мм (светлые точки) и 25x25x4 мм (темные точки) при стационарном орошении (НА): 3 - 17,33 м/Ч, й - 29,47, В - 41,37; при пульсирующем орошении при \т1п= 0,8^, Т = 10 с, (^/Т) 0,8 (ПБ): а - 16,07"м/ч, б - 20;45, в - 24,83; сплошная линия соответствует стационарному процессу.

- ^^о.^"**50™ (20)

Из анализа .рис.П в уравнения (20) следует, что высота единицы переноса в условиях пленочного режима, режима подвисания и инверсии фаз может быть найдена из одного р того же уравнения. Оказалось, что с увеличением.скорости газа высота единицы переноса для газовой фазы во всех режимах уменьшается, а с увеличением размеров иасадочвнх тел растет.

Отметим, что уравнение (20) подучено при 50..Л70.

Расхождение между экспериментальными данными и расчетом' не превышает 10 % .

Известно, что при турбулентном течении перенос количества движения и вещества осуществляется по одинаковому механизму 8 описывается однотипными уравнениями. Гидродинамическая аналогия по Чильтону-Кольборну позволяет записать следующее выражение для , высоты единицы переноса в газовой фазе:

ги, - —^- Бор''3. (21)

Таким образом, по уравнению (21) с привлечением соотношений. (8) можно найти высоты единиц переноса в гззоеой фазе в точках подвисания и инверсии фаз, а располагая значениями 1г0а и ьСия8 можно рассчитать кинетику ыассоотдачи в газовой фазе для той или иной насадки в пределах любого режима ее эксплуатации, так как значения Ьд в условиях пленочного регзша, режимов подвисания и^ инверсии фаз в координатах гд(ь0/3о|/3) - лежат на

прямой, проходящей через значения и ьСинв (рис.П).

•

Пример расчета. Пусть требуется определить высоту единица переноса для колец Рашига размером 25x25x4 мм при скорости газа и0 = °>б№о„нв- По уравнению (21) с привлечением соотношений (8). находим 11Сп, ЬСкив а о прямой,, проходящей через них в координатах 1б(па/Зоц/3) - снимаем искомое значение . ь0 = 0,402 м, расчет по уравнению (20) дает 0,387 м. Распадение составляет 3,7$.

Таким образом, подытоживая результаты исследования процессов массоотдачи, приходим к выводу, что характер влияния смены гидродинамических режимов на кинетику массоотдачи в жидкой и газовой фазах существенно различен.

Глава заканчивйтся изложением нового способа орошения наса- . дочных аппаратов на основе активных гидродинамических режимов и результатов его испытания в процессе ректификации смеси метанол-, вода.

В пятой главе дается описание новой контактной тарелки с организованными газожидкостными потоками, излагаются и обсуждаются результаты ее испытаний на крупномасштабных стендах.

Идея управления уносом жидкости за счет организованного взаимодействия газожидкостных струй с секционирующими перегородками и комбинированная схема направленного ввода газа в жидкость воплощены в конструкции просечной тарелки с У-образными продольно-секционируюодами перегородками, рис.12.

Гидродинамические испытания проводились на стенде с колонной Б = 2000 мм на системе вода-воздух в диапазоне изменения нагрузок по жидкости 10+100 м3/(мч) и скоростей газа в колонне 0,7+3,0 м/с.

В колонну устанавливали три тарелки. Средняя из них служила в качестве исследуемой, а верхняя и нижняя были распределительными.

А-А

Рис. 12. Схема контактной тарелки (а - угол отгиба просечек;■р'- угол между наклонными пластинами; 7 - угол поворота дополнительных просечек; ъ - направление потока жидкости на тарелке; о и направление газовых струй): I - полотно тарелки; 2 - основные, просечки; 3 - дополнительные просечки; 4 - У-образные секционирующие перегородки; 5 - приемный карман; Б - переливной карман.

Измеренное в опытах значение коэффициента гидравлического сопротивления сухой тарелки £0= 2,7» Экспериментальные данные по гидравлическому сопротивлению орошаемой тарелки, представленные в координатах - отражают известные гидродинамические режимы: барботажный и струйный.

Провал и унос жидкости измеряли путем'ее сбора и улавливания соответственно под и над исследуемой тарелкой. Если в области минимальных нагрузок по газу гидродинамические характеристики новой тарелки, как и ожидалось, оказались такими же, как и для известных тарелок с направленным вводом газа в жидкость, то в области максимальных нагрузок получена другая зависимость уноса жидкости от скорости газа. Так, при одинаковой интерпретации экспериментальных данных, для просечной тарелки с вертикальными продольно-секционируипими перегородками справедлива известная в литературе зависимость

в х (22)

тогда как для просечной тарелки с 7-обрвзными продольно-секционирующими перегородками при р'» 2а' = 60° (рис.12) в настоящей работе было получено

е % (23) '

Зависимость относительного уноса жидкости от угла р' при прочих равных условиях легко проследить по следующим данным . (и0 = 3,25 м/с):

р'. град 30' 45 . 60 75 90 105

е-ю2, кг(ж)/кг(г) 9,90 8,24 7,02 6,91 6,72 6,74

Полученный результат объясняется тем, что при взаимодействии

газожидкостных струй (сформированных просечками с углом отгиба # )

а , рис.12) с V-образными перегородкам! (с углом (3 между наклонными пластинами, рис.12) обеспечивается не только исключение у отраженных капель и брызг вертикальной составляющей скорости,

направленной вверх (при p'z а'), но и перемена ее знака (при i »

р >а ), т.е. отраженные от преграда капли и брызги приобретают вертикальную составляющую скорости, направленную вниз, и возвращаются на тарелку.

Массообменную способность новой тарелки изучали в процессе ректификации смеси метанол-вода на стендах с колоннами D = 400 и 900 мм.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что эффективность массопвреноса по Мерфри у тарелок с V-образными продольно-секционирующими перегородками (при р'= 2а'= 60°) примерно в 1,2 раза выше, чем у тарелок с вертикальны?® продольно-секционируэдими перегородками, что согласуется с известными литературными данными по интенсивности Тепло- и массоотдачи в струях при различных углах их нзтекания на плоскую пластину.

Таким образом, гидродинамические и кинетические испытания новой продольно-секционированной тарелки свидетельствуют о ее повышенной пропускной и массообменной способностях, что в совокупности с коэффициентом масштабного перехода, близким к единице позволяет рекомендовать ее для оснащения аппаратов большой единичной мощности. •

В шестой главе описываются разработанные насадочные аппараты, в которых стабилизация и управление режимом инверсии фаз осуществляется методом конкурирующего потока жидкости. Приводятся конструкция других типов аппаратов, разработанных на основе предложенных методов самоорганизации потоков.

В седьмой главе обсутздоются результата испытаний аппаратов с самоорганизацией потоков в заводских условиях, приводятся примеры их практического использования при аппаратурном оформлении различных технологических процессов.

Одной из важных проблем промышленности пластических масс является санитарная очистка отходящих газов, в частности очистка воздушно-старольнйх выбросов производства полиэфирных стеклопластиков. Была показана принципиальная возможность и экономическая целесообразность их очистки методом озонирования, причем было найдено, что озонолиз стирола предпочтительно проводить в жидкой фаге при высокоразвитой меяфазной поверхности; это обстоятельство предопределило выбор контактного аппарата и режим его эксплуатации. С 1986 года в цехе Л 3 СПО "Стеклопластик" эксплуатируется установка по очистке воздушно-стирольных выбросов производства листового стеклопластика с двухслойным насадочным аппаратом, стабилизация и управление режимом инверсии фаз в котором осуществляется методом конкурирующего газового потока. Проведенные на этой установке испытания показывают, что разработанный технологический процесс и его аппаратурное оформление могут быть использовацы также для очистки газовых выбросов, содержащих фенол, формальдегид; ацетон, толуол и ксилол.

Распространенным методом очистки отходящих газов производства азотной кислоты является высокотемпературное каталитическое восстановление оксидов азота природным газом, который подают с

некоторым избытком для достижения требуемой степени очистки. Поэтому в отходящих газах всегда присутствуют продукты неполного окисления метана, в частности токсичный монооксид углерода, причем в количестве, превышающем предельно допустимую концентрацию (1ЩК) примерно в твкое же число раз, как превышение концентрации оксидов азота над их ПДК до очистки. Снизить содержание монооксида углерода в газовых выбросах можно его доокислением на "дополнительном слое катализатора. Нами было'предложено осуществить каталитическую очистку отходящих газов от оксидов азота и монооксида .углерода в одном.реакторе путем введения в мекслоезое пространство определенного количества воздуха в качестве окислителя. Очевидно, чтобы обеспечить взрывобезопасность процесса и исключить проскок монооксида углерода надо было не только ввести расчетное количество воздуха, но и равномерно смешать его с основным потоком хвостовых газов. Т.е. проблема заключалась в равномерном распределении воздуха по сечению реактора в условиях ограниченного межслоевого пространства. Этим требованиям и условиям отвечает устройство с самоорганизацией газораспределения, близкого к равномерному. Оно состоит из перфорированных труб, расположенных параллельно в одной горизонтальной плоскости. В соседних трубах реализуется противоточное движение воздуха, что обеспечивает взаимную компенсацию неравномерности его истечения по длине каждой из труб. В итоге по сечению реактора достигается близкое к равномерному распределение и смешение воздуха с основным потоком хвостовых газов. С середины 80-х годов в цехах * 5 и * 6 СПО "Азот" реконструировано 9 агрегатов каталитической очистки, анализ результатов работы которых свидетельствует, что усовершенствованная технология и ее аппаратурное оформление являются эколо-

гически более совершенными. В частности» содержание токсичного монооксида углерода в отходящих газах уменьшено в 4+8 раз. Добавим, что эта разработка обеспечила не только экологический, но и существенный экономический эффект за счет снижения расхода природного газа. В заключение заметим, что в странах СНГ действуют около 100 агрегатов высокотемпературной каталитической очистки нитрозных газов, которые можно реконструировать с большим экологическим и экономическим эффектом.

Для повышения экологической и экономической эффективности производства аммиака мощностью 600 тонн/сутки Туркменского ЗАУ (г. Мары) разработан и внедрен блок рекуперации аммиака из продувочных и танковых газов. Технологической схемой блока предусматривается абсорбция аммиака водой из смеси продувочных и танковых газов под давлением 4,0 Ша с последующими ректификацией полученного 255 (вас.) раствора аммиачной вода под давлением 2,0 Ша до Остаточной концентрации 10% (вес.) и возвратом его на абсорбцию. Процесс ректификации осуществляется в колонне, оснащенной просечными тарелками с У-образными продольно-секциокирупцими перегородками.

В 1993 году в цехе биохимической очистки сточных вод СТО "Азот" путем реконструкции аэротенка * 15 внедрен новый способ аэрации, сущность которого заключается в наложении на поступательное движение сточной вода вращательного движения со сменой направления вращения вдоль продольной оси аэротенка, что происходит автоматически, без вмешательства извне за счет расположения аэраторов то с одной, то с другой стороны аэротенка. Такая организация/самоорганизация потоков усиливает турбулизацию газожидкостной смеси, благодаря чему степень насыщения сточной воды кислородом воздуха повышается на 12,8,20,5% по сравнению с преж-

ним способом .'аэрации при прочих равных условиях. Запланирована поэтапная реконструкция всех аэротенков цеха БХО СПО "Азот"»

Для производств йода и йодистого калия разработаны и выполнены технические проекты насадочных десорберов с самоорганизацией режима инверсии фаз, которая обеспечивается методами конкурирующего потока газа, жидкости.

Для крупнотоннажных производств метанола мощностью 350 тыс. тонн/год и 750 тыс. тонн/год разработаны и выполнены технические проекты колонн ректификации, оснащенные просечными тарелками с У-образными продольно-секционирующими перегородками. Применение тарелок с организованным взаимодействием газожидкостных струй с продольно-секционирующими перегородками и комбинированной схемой направленного ввода газа в жидкость позволило уменьшить металлоемкость колонн, снизить расходные коэффициенты и обеспечить габаритные размеры, удовлетворяющие требованиям, предъявляемым к грузам при их транспортировке по железной дороге..

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ОСНОВНЫЕ ШВОДЫ

1. Обнаружено явление самоорганизации двухфазных потоков в орошаемых насадках, из которого следует возможность стабилизации и управления критическими гидродинамическими режимами в насадочных аппаратах. Показано, что стабилизация и управление одним из наиболее важных для практики критическим режимом инверсии фаз может быть осуществлено с помощью конкурирующих или пульсирующих потоков газа или жидкости.

2. Измерения газосодержания газожидкостной эмульсии в орошаемых насадках различного типа позволяют сделать вывод о существо-

вант режимов инверсии фаз различной интенсивности. Предложена методика расчета перепада давления при одновременном существовании зон с газожидкостной эмульсией и раздельным течением фаз.

3. Измерения мезфазного касательного напряжения а трубке с орошаемой стенкой при противотоке, восходящем и нисходящем прямотока фаз впервые позволили найти автомодельные значения коэффициентов трения при годвисании » 0,08) и инверсии фаз

^ 0,1)с положенные в основу расчета массоотдачи а газовой

фазе.

4. Исследован массообмен в аппаратах с орошаемой насадкой и установлен различный характер влияния смены гидродинамических режимов на кинетику массоотдат! в жидкой и газовой фазах; подтверждено, обнаруженное при исследовании гидродинамики, сущзство-вание режимов инвзрсии фаз различной интенсивности и показано, что фазовые высоты единиц переноса и ^„„^ не зависят от способа организации режима и являются предельными.

5. На основе комплексного исследования гидродинамики и массо-обмена в аппаратах с орошаемой насадкой разработаны методики их гидравлического и кинетического расчетов.

6. Разработаны ряд методов организации/самоорганизации потоков и серия реализущих их насадочных, тарельчатых и других типов аппаратов, для которых характерны высокая производительность и эффективность.

7. Осуществлено промышленное внэдрениэ аппаратов с самоорганизацией потоков в производство стеклопластиков на стадии очистки отходящих газов методом озонирования на Северодонецком ПО "Стеклопластик"; в производство азотной кислоты на стадии каталитической очистки отходящих газов на Северодонецком ПО "Азот"; в производство аммиака йа стадии его рекуперации из продувочных и

танковых газов на Туркменском ЗАУ, г. Мары; в цехе биохимической очистки сточных вод на стадии их обработки в аэротенках на Севв-родонецком ПО "Азот". Осуществлено промышленное проектирование аппаратов с самоорганизацией потоков для производств йода и йодистого калия, стадия десорбции; для крупнотоннажных производств метанола, стадия ректификации.

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

а - удельная поверхность насадки, мг/м3; Б - внутренний диаметр колонны, мм, м;

ВАБ» V к03*^1111?183™ молекулярной и турбулентной диффузии, м2/с;

<*эжв- эквивалентный диаметр насадки, м;

й - внутренний диаметр трубы, ми, м;

е - относительный унос жидкости, кг(ж)/кг(г); .

с, ъ - массовые скорости газа и жидкости, кгЛм2^);

& - ускорение свободного падения, м/с2;

н - высота слоя насадки, мм, м;

Нсь - высота слоя газокидкостной эмульсии, мм, м;

н - высота сепарационного пространства, м;

> - высота единицы переноса, м;

АР - перепад давления, Па;

Ч - плотность орошения насадки, м3/(м2ч);

ч' - плотность орошения трубы, м3/(мч);

э - площадь поперечного сечения колонны, м2;

т - период цикла, с;

ъ - время, с;

время подачи жидкости в количестве, превышающем средний расход, с;

7 - объемный расход, ¡Р/с;

ну - приведенная скорость, м/с, м/ч;

я - усредненная скорость, м/с, м/ч;

и - локальная скорость, скорость конкурирующего потока, м/с;

а - газосодержание, ыР/м3;

в - средняя толщина пленки, м;

е - свободный объем слоя смоченной насадки, м3/м3;

е0- свободный объем слоя сухой насадки, ьР/м3;

9 = (г,2/б)1/3 - приведенная толщина пленки, м;

Л - коэффициент гидравлического сопротивления насадки;

л01- коэффициент трения;

и - динамическая вязкость, Па-с;

коэффициенты кинематической и турбулентной вязкости, мг/с; р - плотность, кг/м3;

межфазное касательное напряжение, Н/м2; Ф = о /V ;

Т Т

Не-, = —- - число Рейнольдса для потока газа;

Не = - - число Рейнольдса для потока жидкости (орошаемая

и 3800«»

насадка);

4ч»

^ труба);

Ле = - - число Рейнольдса для потока жидкости (орошаемая

ь 36001'

М

- —— число Шервуда для жидкой фазы;

°АБ V

Зо ---число Шмидта;

ВАБ

1/Л/п /п ^1/В.

X = (vo'^tpg/p^)

V - Pg „0.16

Pl

индексы

G - газ; инв - инвзрсия фаз;

ь - жидкость; mar, min - максимальная и. минималь-

G1 - газоквдкостная система; ная величина;

пл - нленочный режим; 0 - сухая насадка, тарелка, относи-

п - режим подвисания; тельная величина.'

Основное содержание диссертации изложено в следувдих работах:

1. КемедляеБ З.Н. О межфазном касательном напряженки з восходящем чисто кольцевом газожидкостном потоке // Теор. основы хим. технол. 1980. Т. 14. Л 4. С. 620.

2. У.емедляев З.Н., Ильиных A.A., Носач В.А. К определению меяфаз-еого касательного напряжения в кольцевых газохидкостных потоках // Повышение эффективности, совершенствование процессов и аппаратов химических производств. Гидромеханические процессы. Днепропетровск, 1980. С. 116.

3. Мемедляев З.Н. Массообменный аппарат: А. с. 816476 СССР// Б. и. 1931. » 12.

4. Мемедляев З.Н., Кочергин H.A., Бондарь П.Ф., Соломаха Г.П., Тютшников А.Б. Контактная тарелка: А. с. 745048 СССР// Б. и. 1981. JS 48.

5. Ильиных A.A., Мемедляев З.Н., Носач В.А., Кулов H.H. Определение динамической скорости газа в кольцевых газожидкостных потоках // Теор. основы хим. технол. 1982. ?. 16.

.'5 5. С. 717.

6. Мемедляев З.Н., Гликин М.А^, Ферд В.Л., Сорокина Л.И., Блох S.M. Реактор каталитической очистки хвостоеых газов производства" азотной кислоты от оксидов азота и углерода // Научно-техЕическая конференция по аппаратурному оформлении процессов каталитической очистки отходящих газов. Дзержинск, 1983. С. 13.

7. Мемедляев З.Н., Гликин М.А., Ферд В.Л. Распределитель газа или жидкости: А. с. 1042792 СССР// Б.и. 1983. J 35.

8. Мемедляев З.К., Ильиных A.A., Носач В.А., Кулов H.H., Малю-сов В.А., Белоконь E.H., Рило Р.П., Николаенко В.П. Тешюмассо-обменная колонна: А. с. I0959I7 СССР// Б. и. 1984. JS 21.

9. Мемедляев З.Н., Ильиных A.A., Носач В.А., Бренер H.A., Мику-ленко A.B., Кулов H.H., Малюсов В.А., Белоконь E.H., Свинобоев Г.З. Тешгамассообменная колонна (ее варианты): А. с. II4082I СССР// Б. и. 1985. Ä 7.

Ю. Мемедляев З.Н., Ильиных A.A., Малюсов В.А., Кулов H.H., Белоконь E.H., Носач В.А., Бренер U.A., Микуленко A.B. Тепло-массообменный аппарат для взаимодействия газа(пара) и жидкости: А. с. II97683 СССР // Б. и. 1985. * 46.

11. Мемедляев З.Н., Ильиных A.A. Способ определения содеркакия газа в газожидкостной эмульсии: А. с. 1265542 СССР// Б. "и.

1986. а 39.

12. Ильиных A.A., Мемедляев З.Н., Кулов H.H., Малюсов В.А. Исследование массоотдачи в газовой фазе при различных гидродинамических режимах в орошаемой насадке // Абсорбция •газов. М.,

1987. Ч. 2. С.126.

13. Ыемедляев З.Н., Глшшн U.A., Блох Б.Ы., Смалий Н.И., Алексе-енко Д.А., Каштвнов А.Е., Белобаба Л.П., Кордыш Е.И., Кучер O.E., Сорокина Л.И. Реактор: А. с. I337I32 СССР // Б. и. 1987. Ш 34.

14. Ильиных A.A., Мемедляев З.Н., Кулов H.H., Малззсов В.А. Гидродинамика устойчивого режима эмульгирования в орошаемой насадке // Теор. основы хим. технол. 1987. Т. 21. & 2. С. 184.

15. Мемедляев З.Н. Способ определения мекфазного касательного напряжения З.Н.Мемэдляева: А. с. I34I545 СССР // В. и. 1987.

- & 36.

16. Мемедляев З.Н., Гликин H.A., Самойленко В.А., Бондарев В.Н. Организация псевдоожижения встроенным.в слой распределителем газа // Техника псевдоожижения (кипяцего слоя) и перспективы ее развития. Черкассы, 1988. С. 124.

17. Ыемедляев З.Н. К определению межфазного касательного напряжения в кольцевых газожидкостных потоках // Повышение эффективности, совершенствование процессов и аппаратов химических производств. Львов, 1988. Ч. 2. С. 9.

18. Мемедляев З.Н., Рило Р.П., Уханев В.П., Николаенко В.П., Бренер М.А., Красиков В .В., Ильиных A.A. Ороситель: А. с. I4II0I2 СССР // Б. И. 1988. Л 27.

19. Ильиных A.A., Ыемедляев З.Н., Кулов H.H. Ыассообмен в орошае-. мой насадке в режимах подвисания и эмульгирования // Теор.

основы хим. технол. 1989. Т. 23. JS 5. С. 569.

20. Ильиншс A.A., Мемедляез З.Н. Динамическая задержка жидкости в аппаратах с устойчивым режимом эмульгирования в орошаемой насадке // Повышение эффективности и надежности машия и аппаратов в основной химии. Сумы, 1989. С. 5S.

21. Мемэдляэв З.Н., Нестеров Н.Г., Заславский H.H., Ильиных A.A., Бренер М.А., Николаенко В.П., Олейник А.П., Шнайдер А.П., Данилов В.Н., Мусиенко Н.В. Устройство для распределена газа: А. С. 1473789 СССР // Б. И. 1989. 's 15.

22. Бренер Ы.А., Микуленко A.B., Мэмедляев З.Н., Ркло Р.П., Нико-лаенко В.П., Красиков В.В. Тепломассообменный аппарат: А. с. 1500334 СССР // Б. и. 1989. JS 30.

23. Memedlyaev Z.N., Kulov N.Ii., Ilyinykh A.A. New Möthod for Stabilization and Conti"-ol of Phase Inversion in Irrigated Paolcing and Apparatus on Its Basis // 10ih Internat. Ccngress Chetn. Engng., Chem. Equipment Design and Automation. Praha, 1990. К 6.ZA.

24. Гликин U.A., Черномордик Л.И., Мемэдляев З.Н., (Здоров А.Н., Волохов И.В.я Кордыш E.Ii., Сорокина Л.И., Смалий Н.И. Способ очистки отходяиях газов от оксидов азота: А. с. I590II8 СССР // Б. и. 1990. JS 33.

25. Мемэдляев З.Н. Аппараты с самоорганизацией потокоз для очистки отходящих газов // Экология химических производств. Сввз-роДонецк, 1990. С. 76.

26. Нестеров Н.Г., Якоби В.А., Заславский H.H., Мемэдляев З.Н., Милоютй В.В., Сычева В.А., Олейник А.Е., Белых Н.С. Результаты работы по обезвреживанию газовых выбросов производства стеклопластиков // Экология химических производств. Севвродо-нецк, 1930. С. 114.

27. Гликин М.А., Мемедляов З.Н., Тюльпинов А.Д., Моисеенко А.Ф. Каталитическое окисление монооксида углерода в выхлопных газах агрегатов по производству азотной кислоты // Очистка газовых Еыбросоа промышленных предприятий. Тольятти, 1990.

Ч. 2. С. 75.

28. Бренер U.A., Кемэдляев З.Н., Тернопольский д.Я. Тепло-масрообцвнный • аппарат для взаимодеЗствия газа (пара) и жвд-кобщ: Д. с. 1634292 СССР // Б. и. 1991. J6 10.

29. Hemedlyaev Z.N., Gltlrin H.A., Blokh В.М., Moisyenko A.F. А Catalytio ¡Reaotor for Treatment of Gas Effluents of .NItrio • Aoid Units // 4th World Congress of Chiemioal Engineering. Karlsruhe, 1991. 6.1-61.

30. Мэмедяяев З.Н.Новый метод управления активными гидродинамическими режимами в орошаемой насадке и аппараты на его основе // Повышение эффективности, совершенствование процессов и аппаратов химических производств. Днепропетровск, 1991. С. 116.

31. Ыемедащев З.Н., Гликин U.A., Елох Б.М., Волохов И.В.,

. Ферд B.JI., Дегтярев И.К., Степанис Л.С., Токарь В.Д., Ыоисеен-ко А.Ф., Крыжний A.B. Газораспределительное устройство: А. с. 1659087 СССР // Б. И. 1991. * 24. .

32. Мамедляев З.Н., Бондарь П.Ф., Кулов H.H., Ильиных A.A., Бука-ленко Л.И. К вопросу об орошении насадочных ректификационных

. колонн // ух Всесоюзная конференция. по ректификации. Северо-донецк, 1991. С. 145.

33. Олексиюк В.®., Ильиных A.A., Бондарь П.»., Немедляав З.Н. Некоторые гидродинамические и массообменные характеристики колец Рашига и Падая в режиме инверсии фаз // VI Всесоюзная конференция по ректификации. СевероДонецк, 1991. С. 149.

34. Бренер Н.Д., Ыемэдляев З.Н., Тимко В.Г., Рябиков A.M., Бренер Н.Г., Микулевко A.B. Массотеплообмвнный аппарат: Д. с. 1720678 СССР // Б. И. 1992. X II.

35. Гликин U.A., Ывмеддяав З.Н.„ Тюльпинов Д.Д. Реконструкция реактора каталитического восстановления оксидов азота в производстве азотной кислоты // Всесоюзная конференция

"Химреактор-И". Харьков, 1992. Ч. 3. С. 556.

3S. Бондарь П.Ф., Мемедляев З.Н., Кулов H.H., Принь ГЛ1. Способ проведения процесса тепломассообмена: А. с. 1724300 СССР // Б. и. 1992. * 13. •

37. Мемедляев З.Н., Гликин М.А., Волохов И.В., Бондарь А.И., Иль-минский В.А., Шумейко В.А., Савченко Я.А., Пушкина В.В. Способ аэрации сточных вод в аэротенках: А. с. 1778087 СССР // Б. и. 1992. * 44.

38. Гликин М.А., Тюльпанов А.Д., Мемедляев З.Н., Блох Б.М., Менее енко А.Ф., Хаконов А.Н. Опыт реконструкции узла очистки хвостовых газов производства азотной кислоты в Сэверодонацком ПО "Азот" // Хим. пром-сть. 1992. JS 10. С. 36.

39. Мемедляев З.Н., Ильиных A.A., Бренер М.А., Москалкк В.М. Аппаратурное оформление малоотходных технологий с использованием насадочЕых аппаратов, реализующих открытие Л 141 // Экология промышленного региона. Донецк, 1993. С. 107. •

40. Бренер М.А., Мемедляев З.Н., Микуленко A.B., Чернышев А.Н., Колесников А.Е., Сумалинский Г.А., Кротких М.А. Насадочный тепломассообменный аппарат: A.c. I8I0077 СССР//Б.И. 1993. JH5.

41. Мемедляев З.Н., Ильиных A.A., Ыоскалик В.Ы., Бондарь П.Ф., Кулов H.H. Способ проведения массообменных процессов: Положительное решение о выдаче патента РФ от 09.11.93 г. по заявке Л 5034I32/26/GI4409.

•U. Мемедляев З.Н. Насадочныо аппараты с самоорганизацией режимз инверсии фаз для очистки газовых выбросов и сточных вод // Vf Менделеевский съезд по общей и прикладной химии. Минск, 1993. Т. 2. С. 276.

43. Memeälyae* 2.N., Ilyinykh A.A., Brener Ы.А., KuXov N.K. Packed Colwrns Operating in Flooding Mode and High Capacity cnemical Plants on Their Basis // 11th Internat. Congress Ciieffl. Engng., Che®, Equipment Design and Automation. Praha, 1993. E 4. 168.

44. Ыемедляев 3-Я.. Кулов H.H., • Ильиных A.A.,- Москалик В.М. (¿ассоотдача в орозшемо'й насадке в режимах подвисания и инверсии фаз // Теор. основы хим. технол. 1994. Т. 28. Ji I. С. 3.

45. Ыемедляев 3„Н., Кулов H.H., Москалик В.М. Гидродинамика и массообмен в орошаемой насадке при пульсирующей подаче жидкости // Теор. основы хим. технол. 1994. Т. 28. Я> 5. С. 483.

Соискатель: