автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Гидродинамика и массообмен газожидкостного слоя на тканых контактных устройствах

PÍ6

üu

, r ,r,nn

i) " * ' ' î t . : J

- ! ! ;

сашт - пегжургсшй ташлогж&ский йнгокуг

правах рукописи

cSkA

БОРИСЕШО Мария Июмйловиа

гцдродшшеа. и юшхвмви газоэдщкостшго слоя

".ИД ШЙД ШТАКТШХ УСТРОЙСТВАХ ;

05.17.03 - Процессы и аппарата xmmwïroxOQ технологии

Д. вто р.0 ф в р ...

диссертации на соисканио ученой степени кандидата ^екштазешк паук

Слннт - Петербург 1903

Работа Ешэлнена в Санкт - Петербургском государственном университете технологии и дизайна.

Научный руководитель:

док тор технических наук, ТЕРЕЗДЕШО

профессор ^ . ч Леонид Яковлевич

Научный консультант: - " СЕРОВ

кандидат технических чаук, Анатолий

доцент , Вячеславович

.. " Официальные оппоненты:

доктор технических наук, ГРИГОРЯН

профессор Леон Гайкович

кандидат технических наук, - 1ДБЕЕЛЕВ старший научный сотрудник ■ Вадим Петрович

. ' 5едущее предприятие' - НИИХимволокно (г. Санкт —"

Петербург )

Защита состоится "23"мдрм 1993 г. в 15 часов на заседании специализированного Совета Д 063,25.02 в Санкт - Петербургском технологическом институте.

■Адрес института: 193013, .Санкт -'"•Петербург, Московский пр., 26.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Синкт - Петербургского технологического института.

Отзывы и замечания, в одном энзе: лляре, заверенном гербовой печатью, просим направлять по адресу: 198013, Санкт - Петербург, Московский пр., 26, С - ПбТИ,

Автореферат разослан "/3"ФевР<т 1993 г.

Ученый секретарь специализированного^^—• .

совета: к.т.и., доцент В.П.Исаков

- 3 -

ОЕСУШ УЛРАКТЖСЖл РЛЕОШ

Актуальность проблзмкг. Одной ич ва-мол?; задач в совер-!Дчнстпогшни1г химических тегног'чмИ является интенсификация тепло- и массообченних процессов в аппаратах барботатнюго типа. В этом плана значительный «чтерзс нредст^оляпт контактные устройства, изготавлмраеуыэ из синтетических поли-¡"зрЕ!их кэнмдосЗ, называемых тханшл контактными устрой«?-, взнн ОКУ). Применение 1НУ позволяет организовать активный гидродинамический реянм, с равнрнерной структурой газотад-костного слоя, при практически постоянном, ой.;ог; гкдравлл-ческоы солроткплекии, в широком диапазоне нагрузок по газу и малых: энергозатратах на проведение-процесса, Область устойчиво;! работы ТКУ при свободно« сечении до 40 % существенно ш;фэ в сравнении с применяемыми я иастожцеэ время типами контактных устройств. Крона того, 'ШУ отличает су-гцвстэенно болое низкий »дгжгарельчатий унос дата при относительно высоких нагрузках по газу, а тектеэ способность работы с малыми (10-15 лм ) слоям;! кндкости.

Перечисленные особенности ТКУ позволяют создавать на их основе массообменную аппаратуру с исныяккн объемами. Применение полимерных материалов так'яо дает позложность существенно снизить металлоемкость и вес оборудования.

Предлагаемая работа выполнена в соответствии с научно - технической программой Гособразования СССР "Теоретические основы химической технологии и новые принципы управления химическими процеесами'Чприказ .'"489 от 13.07.90), ■ программой Министерства науки РЗ "Управление1, региональной экономикой'.'Раздел "Эколорияя(приказ 604-0 от 07.04.92), программой мэрии Санкт-Петербурга "Зкология города" и является развитием иаучно-практическия рпо'от па нссладлважга сво^кч» ТКУ, выполняемых на кафедре процзссол л аппаратов хлиичоДйих производств Санкт-По-гербургского иксиитута текстильной и „чегкоЯ промкилелности.

Пель т»\ботн ~ исследопанне закономерностей баро'отада газа л н.чесслэрелоса .на ТКУ, определенна рвиихоа бзрбр^ааа п границ их с.упеет?ания, модв.глров«1ив годродмодаквсяой

оРстаиовк?" н э4л«кгивиосг.; ¿.доведения процесс л с целью потека ианоодье тациошшышг условий использования к р.")Оты ТУХ

Игучкая :.отша тнеэультпт^в исследовании

- га основе тлртпческиго рлс^ьтг, подтвержденного нлпо-срег •. грекк дд "ьмеоэш'.ел объемоа образущ! -*ся ча И'У гаао-вчх пузыре."., оценекч их геометрические гарамеч'ры и грод-л жен Ай/санпзм ^о;лт;:ропа1 ля одчночп^го пуэьря.

- впсдчые предложен цгумтт ^орш^ова^чя ».оваргностг контакта гри работе "30' в автомате пьым клепанго - капил-ляпгом режиме;

- определены оедамы ьпрСлаяы на ТКУ и их оу-^соьания;

-• рассмотрены за1. знаке; ности ласоопаре.аса на ТКУ, у^гли-врчщке оечозные особеш(Ос»и фср!.:лрсааиш пое^рчаостч кон-л.кта >3 е прярвяоТочном сло*> и в ос чотм объема хадо-кидкосгного ело л, их вэт'мипг.шние на всяиод»:/ обцеги коэффициента мае соо .тучи при сспротиглет! маосоп^еиосу.со-!-р>_дотостенночу г жид..с 1 фа;.а|

- пре^ке'м иитемагкчеикио моле ли, позволяющие прогноз ч-

'•ь основное гидродмнамич и миссоосн. иные характе-. р"гт"кч ^чух^аэного барботгдапге слоя на ИУ о >летом гео-матричгс;скгх пирано.ров т'-йнух се:ок.

П-'актигдская т?".ннОч.ть> По результатом проведенных те-пр-тическгос и ^ксиррпм&мт&льнж исследований греллежена -13'] ^дика расчета оснопгшх : кдродиягчичс ск:ос парьметр^в двухфазного г^.т^тг дкос^ного ело:, и кооф&'.циентор масеоотдачк -при аа,-аншгс геометрическое параметра* ТО и расходах контактирующих фаз. Она позволяет тжг» проектировать ТКУ, от-речащие за папам конкретного процесса, уи«тнвп.ч при отои мехгн/зм формироврч-.ш пов^рхнос^а контп^та фаз, роккмы вза-чмоде^ст^я ггза и едкости и их границ«, взаимосвязь "объемного*' V. "решеточного " меха;шзмов шесопереиюа»

Результаты работы к,о гут быть, использованы при проектировании и разработке аппаратурного офорш.ешд процессов »'бсорбики с ИьУ для очистки технологических газообр&эных сред и отходяцих газов различных химических производств.

Реалтоагдия р.чботь. Достоверность сделамн.лс б работе выводов г здтвер-кдена результатам:! стендовых и опытно - ..ро-миаленнмх испытаний, а тшг»е промш'лзтго.Ч эксплуатацией абсорбционных аппаратов о ПСУ в системах очистки производить химических волокон. Объектами внедрения япля:.тея: ~ система очистки отходя:;»* газов узла контактной выпарки осэдительноН и шпсглфикацнонной ьанн вискозного производства Балаковского ¡10 "Хнмеолокчо" (производительность 150 тыс. м3/ч );

- система очисткч гектиляци нтсс выбросов шедкгвоги производства Даугл^пилсикосо ПО "Химводокно" < лротаггдитагьнос'ь 25 тыс. м^/ч).

чпробагщя работа. Оснс адыз разгти работы были дэ-лжены на Всесоюзной конферемии "Хнмреактор - 1ГЧА.:.уц:п, 1992) и на совещании ""аынерныв проблемы окологии" при ВХО им. Д.ИЛенд&леева (Санк**-Петербург, 1992).

Публикаций. ГЪ материалам дкс^ер'.йци.г опубликована три рабом.

Рбъеь. работы. Диссертация систол1 и;. вве^о.ли., Плтн глав, вшодов и приложения. Ст.сок использованной .»итерату-ры включает 170 наимег'ований публикаций со ..«т. к гк и зарубежных ав'.со. ОбщЛ обгзм работы составляет 151 страница,, в том число 39 иллюстраций. Прила~е1Г,"5 содержит .аблицы экспериментальных данных, документы о внедрении,

ОСНОВНОЕ СОДЧРЯА ЧИЕ РАБОТЫ

Ек- введении обосновывается актуальность работы, формулируется цепь исследования, приводится краткий сбзор содержания работы. /

В первой главе /-ян анализ современного состояния проблемы /лпенси^икацин газочидксггншс процессов в барботатомх аппарате" тарельчатого тчпа. Раосм.->тр"ва,атся литературные сселения пг основа,щ гидродикам-'чгским пярямсграм и эфрк-ти^ности на;:'о.:ео ислестных конструкций иолтактяьж устройств, приведен гх сраг>мительш:й аьлл:'3.

;'ассм'тгэ!Ш ол»к»янме ¡.пгтряр^ечил ямпнсифлсазди мае-

сообменных процессов в системе газ - жидкость. Отмечено • положительное ялиян*о пульсационного взаимодействие контактирующих хаз, приводящее к турбулнзации слоя и, в.конечном итоге, повышению эффективности процесса, Проанализированы последние конструкция аппаратеэ, основание на принципе генерирования автоколебаний газожидкостной система.

На основе ранее проведенных исследований, сделан ана-лиа основных особенностей работы ТКУ о сравнении с традиционными типами контактных устройств, С учетов. требований цредъявляешх к контактным устройствам барботажных аппаратов тарельчатого типа и особенностей работы ТКУ сформулированы оскопные с?дачи теоретических и экспериментальных исследований , которое сводится, в гсковшм, к следующему,

- исследований механизма барбогажа газа и формирования поверхности контакта фаз на ПСУ;

- определенно оеяшлов и граничных условий работы ТКУ;

- оценка мэханизыов ыассопероноса на ТКУ;

- выдача практических рекомендаций по црименэкия TIO';

Вторая глава посвящена описанию характеристик ПСУ полотняного п«етония» наготовленных из металлических и полимерных нитей различной толщины, использованных в настоящей работа (табдД), Представлены методики проведения экспериментов, схемы и описание окспериыантьлькых установок.

Таблица I ■

Характеристики ТКУ полотняного .плетения

Материал

фторо пласт -2М га -■гунь

Диаметр. "нитей, мм

ГОпг, »л,

ЮЕ

,Ьо 0,69 0,83 0,81 О,ВО 0,82 0,83 1,01 0,28 0,38

_а

Ü745" 0,83 0,80 0,83 0,82 0,84 0,83 0,99 0,42 0,38

1,38 1,82 1,85 2,17 I 48 1,56 1,67 0,76 1,28.

0,98 I 19 1,67 1,61 I 56 I 16 1,39 0,62 1,22

Эквивалентный

о;<ж

0,89 1,27 1,50 0,97 О 77 О 77 0,43 1,03

Диаметр а свату

-аг

0 43 О 68

0 86

1 15 0,69 0,53 0,53 0,34 0,87

Свободное со-

afflfflftif

147« 12 I 18 7 23 2 34 3 20 7

ia;4

II ,3 20 О 48,0

- у -

îL^iX

vana piOc:-!OTf-.-Hii ocw-'U-e i.»ur>iMV3p»ioeiH rjop

.-.<;:;■ орга-;иг »кого слоя л i ТлУ.

р.шл ; ocêfeH:.cc-r.i pu1cr.".i 'iKL'; ксзлу.{с:«.х»СГп i&.ern rrçajRçr.!: левого сспротаапе;и',л от нагрузок ко гяяу ь зн-рског: ¿»чпваси» ь^м-энсь-лл, слзсо5г»с: ь и уегоПин-

л;з..1 ..'с-стрзгйлыгом прл спободнтх: с-чзнлгп' до -¡0 д.чтэ

при и-трузпо газу, г;озко<7и.»сг1. соединил s.-iiiîs'.'.cr.i

С'2рбо".а'->;ого е.л.'л э ir.-rji-:pti-:o"з:.; .-in ::s.:\iz>: (10 - 17; ьм)

сг&ьг. "идлоо^л, стнэег'тедикь,.! унос тлдко:: àma при tfo-

льо'-л: нагрузкапо газу Сдо 2 .м/с),- появол>.гл суд; расгпфигь область \(:С'оИч;'.ьол р-.'ото ТКУ • ертпн'-.чпк с грл/чщи-ончо ксполь^увудаи конеъручш'л-чм :.он?ан?:-ы:с устроЛста (рис Л).

.I.JÛW /Г'ТОЛ"

рзбгта

уезрз ? t. п различного

II

III

- ситчатк^' тарелки; Ш.

Свободное сече:ше,%

Попытка объяснить rpirpopy обметенных особенностей г клпо-льзовачлем известные представлений, описывающгк работу тозди-mtoKiibiK типов контактного устройств, нэ поз золила в полной i.;eps оценить езковше гидродинамические характеристики бариотлзноло глоя на ТКУ.

постоянство общего гидравлического сопротивления 1КУ (рис. 2 ) можно объяснить дгаь постоянство.: скоростл ггетечокия газа в отверстиях '1КУ, что, в слою очередь, ¡пзмоотс только в случае меняющейся величины -оаботающей шюцади сечения контактного устройства. Ветчина работающее селения гззрастазт прогар-Ц'/оналъьо уЕ"!Ллченйг нагрузки П" газу, и при лоститешш <-ю некоторого ь-ритиче -¡кого ,)"апэ!л:я общее гидравлическое сопротив-verrue становится существенны* обраьом зависимо jt "агрузон по

rtjy.

Рис.?. Зависимость об-

цзг'» гидсявличегчогс сопротивления ЧКУ $3 ит привеченной скорости газе. в a" Trapare ( jD =2 м):

1- UI .I U3,'A?

2- US.iuV/n;

3 - L'-S.'Íií3/«2 ч;

4- L^uVu2^

система зодг-во^дуг.

I 2 4

Цривпдчнна!. сворость raot ,ы/с

•пл

401 ы.

Простр&нстяенногть ^гр^шуры \.p:tc.í*j к ;д?1иш сзлкчккд O'feepcíKii 1*&1еьзс соток (0.5-1,2 мм) позволили предположить существенный вклад в обгге сот^отизлешв ШУ сопротивления, обусловленного -бЛс.'ьием сил поверено "тгзго натд_жнкя СьР^) Унихэпгия особенности ТЖУ даерззгеахь слой тид-:ос*ги кг тг-релке fia бапботпул газа щ:я наличии шшшалыиго статического подпора, превшгвдего д?ст, позволила достаточно точ-j d '.лене;име'пальчыы путей ггредалигь велз.*чщу ¿¡^.котирая находила с* пи иаяслмальк'щу перепад/ д&ьлеюш при форсиро-лузыр.;.

Sin yi^=lAE!/icrl-|¿B¡r

¿ —-----ÍA§1—-_____ .

(icrt-UBO • /7ЯЗШ

Рис.3. Геометрическая структура ТКУ: I)- чид евпрху; £)- срез по основе; 3)- срез по утку; 4) развертка выходного отверстия^

Использование эна гений геометрических параметров решетки в сэе'гу для расчета значений дРд я не

^ экв

дало удовлетворительной сход.даоети с экспериментальными даннкми, так как бо.чьиуп роль, очзелдно, играет пространственная структура сетки. У^е? этого по г 20 ли .г получить фор:г/лу для определения экв^залентнсо диаметра /I/, которая описала экспериментальное дг.ннае с точночтыо + 10 %:

А _с__^о<?н, ...7,. ^лсн........ .........../т/

Влияние поверхности« свойств материала сетки, оцениваем"* обычно через краевой угол смачивания, изучали для металлических и полимерных чг:&ркат.ов различной природе. Показано, что в условиях относительно длительной (.стационарной)'работы ТКУ краевой угол смачивании станс в'*.тся практически ралам нули.

Зи~уалььлг наблюдения за работой ПСУ в -ппаратах раз, личного дьаметра (до 4 м) показали, что - этом ".гтгаэ ка ТКУ имеет место типичный барбо'аг газа з пузырькосм ^етк-ые ь широком диапазон"1: нагрузок по газу. ? сз..т'.1 с этим • "це.ша геогзтриче.'ких параметров пузырей представляет значительный интерес как в ллнс определения ы^ханкзкч формирования одиночного пузыря, так к для сценки величины поверхности контакта фаз, формируемой на ТКУ. Отмеченная ранее способность ТКУ удерживать сдой лидкости без барботь-ка позволила достаточно точно измерить об'емы образующихся * на ней ..узнрей. Экспериментальная установка для изучения формирования и отрыва одиночного пузыря Срис.4) представляет собой б грботатснуп ~чейну, подача газа в подрепетстиов, пространство к;торой лсущелалялась терез шприц с помощью и« роиетрического пи.гта, Сго давало воыожкост.о оеущесть-лять барботаж отдельными пузырями.

Проведенные исследования гозволиги предюгкть следуй' щий ыеханкзт Армирования одиночного пузыря. При превышении длвлегля ( д?с.г: чад одним из отверстий образуется

. пузырь, лречьпащнй по^еферу. Однако, над о^нмгчным с г вор-

- л.0 -

ее .'ей он I а ь-^гг? с^орк:;роЕ{!,-ьсч до сгр1"5«сго

1' К г,тг.)> т.к. пгЛ1 уселиче-ла: радиусь по-у^ер« на е

цгчбь-лзуч-олът р^гчуг с) происходит ег" слияпге ел с£е>.<"чс .¡кинп ¡аоворхно'или:: смирных отверсти." а пузчрь не ?сю: стадиях представляет из ссЗя практ: чгекг полу;

777Т7-77 ГП77~У7',

Лс.-«. Э:;сг<ер;шгктальнгч установка д;.я изучения формирования к отрь'ра од.;ночног<" яурчрч: I - воздуходувка; 2 -барботктнач ячейка; 3-- ди:7:сренцииль*г;П ь;аномегр;4 -гаприц; о - ки^рометрпЕггскк,-. вигт. Чр" достилеккк полусферой отвывного радиуса происходив ¿оллровпкие поверхности близко?. к игровой, сопроБоздагцрСг-С1 пзрекрцтиеы отверстий ресг.гкк слоем азцлсости.

оххгсгох) сГ&бЪъъ сг^оо)го

<**аа I

Ф*аа И ,аГ = гп*т

I 4>аса 1У

Глс.о. Фяъы фурмировгшия пузыря

Ф&ЕЬ III

9яв» 7

йз баланса действудцих на полусферу сил п момент отрыва следует:

г л-* с.-.гч fr.i^c 'Г 7, •.-.,.•'•- • ,r-c!*-jT до;,ол ::ч-

гти.-.ое - дп'icrrno е".:л ¡,orciv:o<;;voro ¡>* ..»"-:c.:v 1, Vfcs - сил c^eiv.n .г:р;г обт< , те-пст-ро -

-- :!<г-з'-ц,'он •:ьгс г;:/, - с;;л д.пнпг-.нм'гсьг г, i.o. дс'':ть,п

газого"1 С'РУ''' ycs.oz".'-! 3: с a I сач пул

rrpo',!c:co'vi'. oTf-i? rvr»tH.

У слоты aw-Awn* rsopo лстот^шя 1\-за - отверстии "НУ ллзг-о: лз? г.рсне^леч;. иперр;?01пю£ с

уравнении /-V, т.к. . ,сТ1

V,- 2/ЗТГ^ R » n/TVlt: ; - о

•Про.:звзд:т "зойгодим"? »р-ообр^ппан:-..; и кчадрау .:ос

уравнена?, погучялл сь'рз'гс'гш.з для расчета ;грчвног j pa-"луса пупьтрп:

I * ' 2

/3/

ypssneine /Г/ с т:0э|^;.л7.стг.с"л К': *• 2,26 х ''.0'"*J позволяет списать &к<.пври!.'С1п,ольиые дскнкэ с тотпоегш W t ¡(5

В рлссмотреилом ке:тш..зил просле^т гчрэде sct-1-пт аналогия >' раб'той клапанной харолги, п^.г-м в случт«"1 ШУ пул'.-сацкошгий релкы г.зая,,одсПств;?--- vw ; ^хтл обеспечивается капиллярны* о^фглЬм, етдаеуъгл« тктшы стг-кан, а и» спсциальньш устрсйсг-аки. сяя-п т г/г»«- рэгдал работа ТКУ назван нами автомоделью«! тслапатп'г :.А®шюрню:«.

Больной каутшо-практиттес«т.й интерес прлдстаишт* знание верхней границы клапанпе-шпшяргюгл j-smn, иеобхо-* димоЯ такта для расчета отрывного'радиуса и р..змерп "узы-уэй, формирующихся на ТКУ. В сооиегстстги : условиями ав-томодельности область существования кл чт?г.ого режима будет распространяться до нагрузок" по газу, при которызс последнее отверстие станет постоянно ваботять v.-; проход газа. Исходя из равенства потерь скоростного пагюра сопротивления, обусловленного дейстгиеы сил'поверхностного на* тяжения, ( дР| = aPw ) мог.ем най"И "pintwyra скоро его клапанного режиш: .1 _ „ „2

2'АР* ■ .SreoM /4/

Для расчета коэффициент*, гидравлического сопротивле • ния смоченной решетки предлагается уравнение:

+ 10 % для различных образцов ТКУ и гг^ожлдкостных систем.

Значение критерия РеКнольдса в последнем уравнении расчитывается из знания эквивалентного диаметра отверстия и скорости истечения газа в отверстиях ТКУ, которая, рак и коэффициент сопротивлеыя смоченной решетки в границах клапанного режима остается величиной постоянной. Для расчета скорости истечения газа в отверстии ИГГ предлагается уравнение: W0 = Г,47 • V Afg /рг ' /б/ описывлвцее экспериментальные данные с точностью + 15 %,

Присущий ТКУ механизм формирования поверхности контакта гойголкл теореткчзски оценить-ее величину с учзтоы реальных геометрических параметров пузырей. При этоы было сделано до1.ущение.об увеличении размеров пузырей в условиях нарастающей стесненности пропорционально фактору стс-скслнос-'и с< = W^/W,, = Spa£5/Sj,eoia.'Нослрцний. позволяет pacc4HTáTb ^г^авный-диаметр оквивадентный в стесненных ус- : ловиях: . ' •

зная к"торь.Я 1гш:о расчитать размеры пузырей, еррмирукщих-ся в стйсненнь./.. условиях. Для упрощения, расчетов было предложено уравнение:

аппроксимирующее результаты решекля системы уравнечий/3-б/ с достаточной (+ 5 %) для инженерной практики точностью.'

Расчет поверхности i/энтакта фаз в условиях свободного пузырькового .режима ыожы вести по известному51 уравнению. В'условиях нарастающей стесненности, когда вррадя жизни пузыря в слое уменьшается пропорционально увеличблип нагрузки по гпзу, величина ПК'! мокет ^ыть оценена как:

/5/

аппроксимирующей экспериментальные данные с точностью до

55 Рамм В.Н. Абсорбция гсзов.М.Хкмия-1976,-,559.

6 У/ггр___

б

а г

С н2/,3)

/3/

ипуэ пуз

Значения ПК5, расс/лакнае таким сбраяом, хсро-ю ор-ро прутся с резулмлтзми сПрсдсясл:1я поверхнос^м фазового контач а хучнчвспм методов как по а'Ч )г*згк. 1 Ео.-нлине, гак к по вид^ зависимости (рис 6).

£».25 0,50 0,75 Г,00 Фагтор с-'-'СЧз'зюсти, даль ед. Рис.6. Раеттннз зарйишос.^ ПКФ о? ♦ф-.гстс^а стегнзгдаосгя для систекы вода - воздух при ггсркальых условия::; 1-ТЧУ Я; 2-ТЛ ГЛ; 3-1КУ «3; 4-ГОУ Я; 5-ШУ №5; - экспзри:®гпальны9 *«.э*сл. "

Как стедуот кз анализа полученно^'э^висимос1»»; макси-к&льнзд ггозериюс.'ь фазового' контакта досглгаетсл ух.е при " цёболът.. нагрузках по газу, что поэволяз? ожидав янсокую эффективность работа ТКУ даже гтр.ч дллых иагрузгах по гашу. Некоторое снизите ГШ* ТКУ с увеличение!! гаидузни* объясняется увеличением размера пудареЯ а уменьшением кс врсмо-ии жизни в алоэ. .

Дульсационикй характер чзаишдвйстеия г^за и- ййдкости на ТКУ позволил определоть время шгп^пзкля одиночного п>~ • Й1ФЯ как: «Сшп ^ • ЯО/

При этом величина расхода через одиночный "клапан" при условии постоянства перепада давгеиия бши определена как:

в = [¿Гек ) I -ЦД-ЙГ /II/

У У | /V ■

Частота пульсаций давления.одиночного "клапана определял

ласъ как култтих обратная ¿псиегсл i&iiy.,-; пузирл /урав-

(¡окне ГО/, Н*счлтй.ч,:ьч: гаки:.; образоы частоты пульсацк:: давления совпадали с %г>С'",от(Ш1 наиболее град?.тагглте,ли1ог друппы пуьырей, барбослрулщчх: на НО* s условиях реального процесса, кзмероиннг: при помол/.; анализатора чаетотншс спе-к'д'ров (¡.чрмм "Dr ueE & Mie-r".

Амплитуда колебания мо-зт быть определена по раеьице лР|. - л^' . Величина дГ^ определяется из условия:

aPV1 =■ 2 é / R

л- 0 • о / л 0,ip .

Для /чсчвтс ппедэлог- иагруцок по гаьу, связанных с

илод-лдьп тарелки и плреэдямн отрываьцжся полусфер бил пре-

д."'.j-'ccit ib.aîop j, предс'СсиЪ'шюцл'л COOOh o'fhgùiôhiio пдсц1чц1»

занятой гдкотфеыгнко отрхшздиюся полусферами,к пдоцади таг^лкл;

л _ F 'KiJiVCrV V/ii;) • 1 'НаГ. /I?/

' "V' з

'Л'о, рааджетзс един.де означает переход реки-ьд ь'арбегг. г из стсснглколо пузырькового в струйный, ког-избыток 'аза сбрасывается через отдельные струи. Прозе-да.:ай тас^зт для разлитых образцов "ПСУ и газожидкоежча. систем ьоянлал, что Блачзнич соответствузт значение об к* 0,6. У^-слкний пр--дол яЕ^.летсл границей ауломодельно-го реккма, а дамках'которого сопротивление 1КУ остается :остоянным при 'н-аначчто'льном брызгоучосе, что подтверждается результатами промышленной эксплуатации.

Общее гидоавдическоп сопротивление 1КУ а границах ав-тошдольного .к^апанног.о рел-жа может быть расчитачо по-ур-агнзшш; . ' . . . ' '

'лРобщ ' * .■йР1 + д?ст /13/

Четвертая глава посвящена анализу экспериментальных' данных п^ • эф$акг. явности ыассопареноеь. и разработке модели ж Соопередачи щ ТКУ с учетам расо'отреш-ых ранее закэ».о-мерностей .формирования ГШ, режимов взаимодействия газа и жидкости и границ их существования.

Эффективность массопереноса на ТКУ исследогалась ь условиях десорбции ь0£ из воды «оэдухом в колонне- диаметром 400 мм Северодонецкого института Гос:^:Н:.1кТА.Н0ЛП?0йКТ

- 15 -

¡! оцениваюсь через коэфф:1-{нен?ы массоотд/чи. При рлстетр . последнего использовались пксперичотальныв эначзнил с'л>~ пмного коэффициента масссотддчи и ПКЗ,' растгганше по уравнению /9/. ■,

Анализ изменения ко-лЭДкчиентгг мгнгсоэтдати а мсглй 'фазо в зависимости от основных ггдродина»«чзсках па^'-ет-ров процесса позволил предложи, л модель нос -.опереноее.ос-теанкрт на существовании н взаимном алиямки двух 8п>'оп поверхности с различным ь'ромзнеы обновления. Первый вид поверхности представляет собой поверхность полусфер, фэр» мирующкхзя на сотке. Время жиэну какого элемента пог.ьрг-. шетн определяется временем наполнения полусферы /урззнание 10/. Второй ьид поверхности сл;.-ап с пробнваниэм пузыря'б слое. Время жизни в этом случае оценивается черег отношение высоты газояидзостного слоя п пригеденноИ скорости газа на тарелке (рис,7). 13

Й СС

ъ .о

о о

о а

ез

о X Й"

1,0

0,5

л.

7,Зависимость ко-айвдгнта ыассоотдл-чн от приведенной с ко-, реститаза: Г - для арирлсаточксй * • пог.зрхности; 2 - для осне^оОго еиа гпзонздкостного • • ^ слоя; систет

зод!5-виэдух,и.у.

I о

й Приведенная скорость газ а, м/с

До результатам расчетов коэффициенты .массоотдачи при-., резюточного с-лоя с уаолиивлкем пагрусг.,- ас газу падают, -что находится в соответствии с предузо.^нпщ иаханиамои форм;1ропашгя ПКФ, для которой' с ростом кагрузг.г по' гаду имеет масто подепи© частоты пульсаций дазлчг."т при неизменной амплитуде. Дл,т условий цропеде?л:ж окезарямаитоп частота уменьшалась от 1250 до 975, что приводит к сни-жетта расчетного коэффициента массоотдачи приблизительно в 1,3 рр 1.

Активность поверхности в основном объеме газотадкос-гного слоя с угэличеииеы нагрузки по газу возрастает, по-

- 16 -

сколгку возрастает турбулиэация слоя. При этом активность приреиеточной поверхности по абсолютной величина вше чем активность поверхности в основном объеме слоя приблизительно в 4 - 8 раз.

За базовую модель ыассопереноса на ТКУ была принята модель Хигби, дополненная учетом активности каждого вида поверхности через аддитивное сложение коэффициентов ыас-соотдачи по слоям пропорционально отношению >:х объемов:

р кпл - Котр

Г

где

■ь--,Гз>

1?отр

Ь„л

Ьп)

А 4/

пл

1 тг Ьпл

Сопоставление расчетных и экспериментальных коэффициентов таисоотдачи показало их удовлетворительную схо-дишс^'с С[)Ус.З).

Рис.8.Зависимость :оэффи-

1,0

(3

и

Е>

О

и

о о

¿г

С) '

0,5 ® »

к н

» о

циента маесоотдачи от приведенной скорости газа п аппаратеФк«=0;4 ы, -Ь пд=15.^л)

— - расчетная криьая;

экспериментальные точки: 1 о

д - I. II маДг ч\

. - I « 22

- о - = 46- М3/м Ч.

: I .2

Приведе.шая-скорость газа,ь,/с

3 пятой глапе представлены и описани :гемы промиш-лен"их аппаратов очистки газовых выбросов с ТКУ, внедренных с производствах химических волокон. Объектами внедрения являются: I. Установка по лчистке отходящих газов уз/а келтакгней выго-рки о'ддчтельно." и пластилин .ционной ванн вискозного производства Балаковскорс ПО "Хкмволокпз". Диметр яппя-

- I? -

рата - 4 м, высота - 6 н. Абсорбер содержи™ две тарелки из тканых сеток л многослойный сетчатый сепаратор. Ьро-извьд"телыпсть аппарата »о raav 150 тыс.м3/:, общее сопротивление - ме бо;.оо 2,5 кИа, степень y.-an:i..n .н/t пс. отдоль'пт компонента ( Щ^Сйг, S0.>, брызги fkSO,,) 50-05 ■%

2, З'с.та: огка по спг.сгкс рчнтлллциочнык Bj6po^on производства иалазуых гттеЯ Даугав»т лесного V "Уим-олокно" (рьс.Э).

ятши; j

Впзачх ai прядильных мйыин

b

реггмсрйцу -

Г и с 9.Схема пропиленной установки го очистке вентвыбро-сос; х-абсорбэр; 2-бак верегэго контура; З-бзц нижнего контура; 4-наеосм; о-сетчатыА сепаратс-у.

В абсорбере :редусмотрены две с;.стоки подачл ял дко-. с,ти на у.ав кивание ;.аров капро.:актама а рег/лркулям^

- перв/чная система состоит иь тре:. тарелипСШУ) ео свобод!^ сечен;: ем 15 расстоянием г'еяду тарелками 60С мм, приемными и пепелиршми карманами; насыщение жидко.ли ка-пролактамом - до 2

- втор::т,иая система (доочистка газа) включав'. одну тарелку, имепщуп индивидуальную систему ор'-^-згил; касщение кашюлактамом - до I 1

Производительность аппарата по газу 25 - 30 тыс.м3/ч, о*щео сопротивление - не более 3,5 ;Ла, степень абсорбции

- не менее 70 % при начальной концентрации паров капролак-тама 25 - 30 иг/и3. Длагетп аппарача-2 ы, высота -7 м.

осшзасв РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТУ

1. Показана теоретическая и практическая,возможность .реализации ;<а ТКУ беспропального клапанного релиза прк свободных сечслшя^г до 40 % за1 счет капиллярного ьфректа,

2, Разработана гидродинамическая модель бароутарного слоя на ТКУ, позволяющая прогнозировать обл сть сущес-гиоиания клапанного режима для конкретных геометрических параметров ткания сеток.

3„ Исследован кзханмзи^ормирования пуаыря на ТКУ, предкояогл уравнения для оценки его геометрических пара-остров и скорости формирования.

4. Предложена у.одель формирования ПКФ в условиях свободного и стесненного барботин газа, использование которой позволяет расчитать величину Лазозого контакта ■. I широком диапазоне нагрузок по газу,

5. Обнаружен и теоретически обоснован пульсацион— пай £арси'?вр взаимодействия газа' и гшдкрети на ТКУ. Предложены уравнения для расчета параматров пульсаций,

6.' предложен механизм ыассоотдачи в жидкой $азе, основанный па учете-взаимного влияюш двух стадий формирования-поверхности контакта фаз с - различным временен обловлен^;. Механизмы обновления поверхности учитывают амплитудно-частотный характеристики пульсаций слоя.

7. Показано, что в услошях клапанного режима эф-£ектийнос®ь работы ПСУ практически неизменна.

Б. 'Сгецдовие и- промьшеачые испытания подтвердили правил):¡¡ость пзлояенныг и работа представлений о механизмах {срыгфогания барботаъшэге слоя и его основных гид--рйдннаиичоеккх эаконоцерностяя.

9, Реэудьт'ать работы использованы при проектировании и проч&нлеиноЗ эксплуатации абсорберов с ИгУ для . отлетай гааои »да Дауг&впмаг.'ско» к Еалаковскоа П0"Химво-ложко",

1С. 'ПСУ СПОСОБЫ ^.М^кткько ?л?:0тлт1 й уГТОЙЧИРОМ

- 19 -

пузырьке ром режима при малых слоях (до 15 он) б аироком диапазоне нагрузок по газу Сдо "? м/с), что недоступно тра-дицгонпгч типам контактных устройств. В связи с зтпу рекомендуется испол' ковать ТКУ в га.юочистных аппаратах, абсорбера, п процессах ректификации (особенно закуумьой), криогенной техники и других.

Основные обозначения L - плотность ортенип,м'5/м^ч; Ьпл - высота ^зреливне.* планки, м;дРт ~ гидравлическое сопротивление статического слоя тадкости,Па; д P<ä - сопротивление,обусловленное сила« • ш поверхностного натяжения,Па: - а момент образования первичной полусферы, д!^ - в момент загр^ия отверстий решетки слоем хидкости; t^- шаг по утку; t-oc4- иаг по основе; d^- диаметр утка; d0CK- диаметр основы,м; 33j; -диаметр колонны,м; (э- коэффициент поверхностного натяжения, Н/н;d3KB- эквивалентный диаметр отверстия ТНУ,м;d0-диаметр ячеЯки в свету,м; -'отрывной радиус полуе-

феры,м; Ц, м ¿К, J - коэффициент^ гидравлического сопротивления; О,- плотность жидкости, кг/м ;0„~ плотность гйа

•¿Гл , J 1 / ? тг

за,кг/и , (J- ускорение свободного поденкл,м/е'; VtJ- объем полусферы,»"^; V"ny3~ объем пузиря,«"'; Vj.- гранкчкзя скорость клапанного режима,м/сjV^- приведенная скорость '-аза а аппарате,«^» W0~ скорость газа в отверстии» - время наполнений полусферы,«; Spng, Speq4 - ссет^усгве-нно работающее и полное свободное сечоние Тй',дзли ед,; А-удельная поверхность контакта fPi0площадь ..

пятна отрывной полусфсры,м2; , кпзфф-л siiiiiTbl ¡4&CC00T— дач:! соответственно приргшеточтай поверхности к Поверхности в основном объема газо*идкостн'огэ в',эл„и/с{ 3) - коэффициент молекулярной диффузии ,*г/е. К кряк ■ PrJ терий Рсйнольдса. '

Геномное содержание дисс^удуг/И. апубликязпна а следу-. от:'х работах:

I. Борисешо М.М., Серов A.B., Терещенко Л.Я. О меха-"изI, ? формирования поверхности контакта фа* в системе газ--тадкость на горизонтальных контактных устгпйс:?«: из сии-

теттесккх тканых штериалоь. Материалы Всесо^нои кон-форенцки "Хй*«реактор - II"»'Часть III, Алушта, 1902, с. 542 - 545. '

Серое Л.Б., Терещенко Л.Я., Борисенко И.Id. Закономерно оти формировьняя гаго^лдкостного слоя на тарелках кз тканкх полимерных. структур.-Омическая промышленность, 1992, 'JÜ, с. -15 - 4-3.

3. Серов А.З., Борисенко U.U. Реаиыы ьзаимодей^чия газа и^ыщиоези на кзктактиьос устройствах im тканых син-. ?ОУич&сг!их материалов.-Химические волокна, 1993, FI, с.

41-46..

IV.iri.^-r. 39-ÖC ИД.'ЯКСИНТЕЗ, Ыооковокк! пр.26