автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Гидродинамика и массообмен в насадочных аппаратах при пульсирующей подаче жидкости

Российская Академия наук Институт общей и неорганической химии имени Н.С.КурнакоЕа

На правах рукописи

Москалик Валерий Михайлович

ГИДРОДИНАМИКА И МАССООБМЕН В НАСАДОЧНЫХ АППАРАТАХ ПРИ ПУЛЬСИРУЮЩЕЙ ПОДАЧЕ ЖИДКОСТИ

Специальность 05.17.08 - Процессы и аппараты химической технологии

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1Э94

Работа выполнена в Государственном научно-исследовательском и проектном институте химических технологий ("Химтехнология") и в Институте общей и неорганической химии им. Н.С.Курнакова РАН.

Научные руководители: доктор технических наук, профессор Н.Н.Кулов; кандидат технических' наук, доцент З.Н.Мемедляев.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Г.П.Соломаха; кандидат технических, наук, стзршй научный сотрудник С.К.Мясников.

Ведущее предприятие - АО "ИШ1".

Защита состоится _ЗО июня_ 1994 г.

в /О часов на заседании Специализированного совета К 002.37.02 Института общей и неорганической химии им. Н.С.Курнакова РАН по адресу: 117071, Москва, Ленинский проспект, дом. 31.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан _мая_ 1994 г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Резкое усиление тепло- и массообмена между газоЕой и жидкой фазами в режиме инверсии фаз послужило ос-ноеой для развития весьма перспективного направления интенсификации процессов переноса е насадочных аппаратах. Осноеной проблемой при реализации этого направления является обеспечение устойчивой работы аппарата в условиях экстремального гидродинамического режима. Для этого разработан ряд методов и конструкций насадочных аппаратов, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки.

Перспективными представляются аппараты, устойчивость работы которых в режиме инверсии фаз обеспечивается самоорганизацией потоков. Поэтому поиск новых способов осуществления режима инверсии фаз и разработка на их основе высокоэффективных аппаратов с самоорганизацией потокое, а также исследование гидродинамики и массо-обмена в них является актуальной задачей.

Настоящая работа проводилась в соответствии с координационным планом АН СССР по направлению "Теоретические осноеы химической технологии" на 1986-1990 гг., задание 2.27.2.6.2 "Исследование конструкций массообменных устройств, перспективных с точки зрения возможностей работы в циклическом режиме в широком диапазоне нагрузок" и на основании Постановления ГКНТ й 935 от 19.06.91 г., задание 9 "Проведение исследований некоторых высокоэффективных тепломассообменных аппаратов и выдача данных по их использованию при промышленной реализации открытия СССР 141 "Явление скачкообразного увеличения тепло- и массообмена между гззоеой и жидкой фазами в режиме инверсии фаз"".

Цель работы. Разработка ноеого метода осуществления режима инверсии фаз в орошаемой насадке на основе пульсирующей подачу жидкости и исследование гидродинамики и массообмена в аппарате с самоорганизацией потоков с целью разработки методики его гидравлического и кинетического расчета.

Научная новизна. Разработан ноеый метод осуществления режима инЕэрсии фаз е орошаемой насадке (метод пульсирующей подачи жидкости) и предложена конструкция насадочного аппарзта с сифоном периодического действия, позволяющая реализовать этот метод (положительное решение о выдаче патента РФ по заявке !Ь 5034132/26/014409). ПроЕедено систематическое исследование гидродинамики и массообмена в орошаемой насадке в режиме инверсии Фаз при пульсирующей подаче жидкости, выявлены основные параметры процесса и раскрыты закономерности, позволяющие производить гидравлический и кинетический расчеты аппаратов по методикам для стационарного процесса, когда жидкость подается с постоянным расходом. Предложено обобщенное описание кинетики массоотдачи в жидкой фазе. Показано, что для описания массоотдачи в газе может быть использована гидродинамическая аналогия. Разработан и ис-пользоезн при исследовании массоотдачи в гэзоеой фазе способ определения аммиака е газах (зет. свид. й 1341579).

Практическая ценность. Результаты проведенного исследования позволили осуществить промышленное внедрение насадочного аппарата со стационарным режимом инверсии фаз для комплексной очистки отходящих газов производства стеклопластиков от стирола, фенола и формальдегида на Северодонецксм ПО "Стеклопласт;®" и разработать

тт ССТТТОГТЧ- ТТСИТТ*Т.Г ТТЛ Т*ПТТГ\ П1- С1ТТТТ1Л иапопшшпгп 01 м I г» ртт —

фоком периодического действия, работающего в режиме инверсии фаз.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на Международной научно-технической конференции "Экология промышленного региона" (г. Донецк, 1993), на Всесоюзной конференции "Использование вычислительной техники для охраны окружающей среды в теплоэнергетике" (г. Севастополь, 1988).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 2 статьи и получены положительное решение о выдаче патента РФ и I авторское свидетельство.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, еыеодов, списка литературы, приложений и изложена на страницах машинописного текста, включая рисунков и /¿"таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе дается обзор работ по гидродинамике и массо-обмену при противотоке газа и жидкости в слое орошаемой насадки. Выделены и последовательно анализируются пленочный режим, режимы подЕисания и инверсии фаз и разграничивающие их критические явления подписания и "захлебывания". Показано, что переход от пленочного режима к режимам подвисания и инверсии фаз сопровождается интенсификацией массообмена, причем максимальный эффект достигается в наиболее активном, но неустойчивом гидродинамическом режиме инверсии фаз. Рассмотрены методы, разработанные для обеспечения устойчивости экстремального гидродинамического режима. Обосновывается перспективность применения аппаратов, устойчивость работы которых в режиме инверсии фаз обеспечивается самоорганизацией потоков.

ра гз'глплл' г» ттох: о "п о г» г>м о т-птт-о оофп ст гта тт ттпи'ОХгш.тл' »«офптт тттг тгх. ртт.-1 лицу ^иииши х^лыии 1 ии И^у^лии^лии*« Иили,^ li■J И^У^Ч.

рутлтр-Лг гтллда'Щ ЖИДКОСТИ ПО 3 ВО л ЯЮ1Ц11Й ПО-НОВОМУ осуществлять рЗЖИ^Л фзз В О^ОШЗ&ЖЙ Н2С2ДКЭ.

Сущность метода заключается в том, что при заданной скорости газа определенное количество жидкости подают с периодически колеблющимся расходом. Такая организация потоков позволяет для усредненной по периоду скорости жидкости в аппарате записать уравнение (см. рис. I)

I

w = -L т

+ AWb)tc + (WL - AWl)(T - tc)

(I)

в котором V/ - приведенная скорость жидкости, соответствующая стационарному процессу, когда плотность орошения не меняется со

Г 1Г

Бременем, а и дуу характеризуют избыточную составляющую скорости за время ^ и дефицит скорости по сравнению с ^ за время т^ .

с

Для режима инверсии фаз = \ и при соблюдении равен-

ства

щ = Aw"(I - (2)

т т

из уравнения (I) получаем, что средняя за период скорость гзхд-кости равна скорости инверсии фаз

w = w . (3)

L Litan

Очевидно, что при периодическом изменении плотности ороиеклл становится еозмотсной реализация р^т^^лз инверсии фаз прп ^ко—

■nor"T!CIV Motll-Mmv W ТЗ ЧЧЭиСЛПЛр rv Г.^мщ.-Г.' f 4<vr\ tJOMCtjrnDO'IMIO n

"пит "

штатом vn поАоитп> riar*vr\rrr»D üocir.nínTmftnTr/ftr'nTTV fbna о ггрг)_

Jl ÍLIl'JHI UWWII.'-JJ.M^^k. 'J UIWUA ^ LJ L'J^U AJ wuu.u'i J.u tUJ ..J..UL ^ ^ — * 1 f '

*ЯС.ТТИ ПС1 Utinv ОГТТТГ! nof O V

1»L

%

Cl

/ ••• y' /

/ / y / / /

/V V/ S /

' / / //

'' / / ' y"'

/ / / t.

/'/ / /

/> /•"' / y ..' /

t

'//// / / / / / /

и

3

к/,/у

V ///1

'///s

V////////7777A

Y///////////;

СП

Dur» Т Pvqmci Ti о о rrmrmjv тэотуггогтпттэ лллтоит*а U7 = «? +■

* • X • UAVHIÜ uuuJuii 'UlUik. uuunuitiwu wuumutuHí f ir — uvüu u

С целью обеспечения самоорганизации потоков в режиме инверсии фаз можно рекомендовать насадочный аппарат с сифоном периодического действия, показанный на рис. 2.

О

\ у •• / \ / \ Л у {/¿I

Рис. 2. Схема насадочного аппарата с сифоном периодического действия: I - корпус аппарата; 2 - слой насадки с раздельным течением фаз; 3 - слой насадки с газожидкостной эмульсией; 4 - сифон периодического действия; 5 - осноеной поток жидкости; 6 - дополнительный поток жидкости.

Следует подчеркнуть, что в рассматриваемом случае режим инверсии фаз возникает е Еерхних слоях насадки, которые, таким образом, становятся естественным оросителем, обеспечивающим равномерное орошение нижележащих слоеЕ насадки.

В третьей главе излагаются и обосновываются принятые методы исследования гидродинамики, обсуждаются результаты экспериментов.

Гидродинамические исследования проводили на системе вода -Еоздух на экспериментальной установке, основной рабочей частью которой служила стеклянная колонна с внутренним диаметром' 160 мм со слоем неупорядоченных колец Рашига или Палля, характеристики которых приведены ниже:

Тип Размер, мм Материал е а, м'/м"

Кольца Рашига 15x15x3 Керамика 0,645 294,0

То же 25x25x4 То же 0,680 221,6

Кольца Палля 25x25x1 Сталь 0,925 176,0

Высота слоя насадки ео всех опытах составляла 800 мм. Для уменьшения брызгоуноса в активных гидродинамических режимах оро-шаизщие патрубки были заглублены в слой насадки на 100 мм.

Расходы воды и воздуха измеряли ротаметрами, температуры потоков - ртутными термометрам, а непрерывное измерение и запись перепадов давления осуществляли специально разработанным прибором или фиксировали с помощью микроманометра.

Измеренные в опытах значения коэффициентов гидравлического сопротивления сухих насадок для колец Рашига ?„0=4,5 и Палля А.о=3,0 совпали с известными литературными данными.

Из анализа способа подачи жидкости в экспериментальную колонну (рис. I) следует, что при одинаковых 1; и Т амплитуда колебаний 7/ "^е^'чивзется с Уменьшением ^у и достигает максимума

ш — Q (рис 1а) При одинаковых значениях и т (рис. т л тэ > о»*ттш*футт2 ко С а кий уменьшается с ростом Амплитуда

и-п паЛпитгП т пптпатпо гтглпча-иипП гтт.т птпшог/ппиу Ш тт (- /Ф

(рис. 16, г). Таким образом, при фиксированном значении \ уменьшение и 1; /Т приводит к росту, а их увеличение - к уменьшению амплитуды колебаний

Как известно, с ростом скорости газа и жидкости последовательно Еозшпсают подЕисагше и инверсия фаз. В случае пульсирующей скорости газа или жидкости наблюдается периодическое возникновение критических явлений при осредненных скоростях газа и жидкости, меньших критических. Это иллюстрируется на рис. 3, где в качестве примера показано изменение ео времени гидравлического сопротивления слоя неупорядоченных колец Палля при постоянной скорости газа и периодически изменяющейся скорости жидкости для ряда значений V? .

4480

.3920

3360

1 2800 с

^ 2240 0_ <1

1680 1120 550 О

- ( \ / wl/wшlm=1.0

- у- 0.689

■ / а \ 7 ' v \ / ' - к v ' у 4 \ п' ' Ь 1 - у ~ -¿с / 0.546 / / / / / / 0.430 / / , 0.337 //' 0.263 //^ 0.203 ! / ^ / , , 0.154 у у, - , 0.095

1 1 ......~ .....•........ '

+ 8 12 16 20 24 с

Рис. 3. Изменение гидравлического сопротивления слоя колец Палля размером 25x25x1 мм во времени при = 1,757 м/с, V?" =0 т = 10 с и /т) = 0,6 при различных плотностях

' ьггап * ' С

орошения. Пунктирные линии соответствуют гидродинамическим режимам без инверсии фаз, а сплошные - с инверсией фаз.

Предельные нагрузки по газу и жидкости могут быть определены по уравнению Бейна-Хоугена

с теми же значениями коэффициентов ь и с, что и для стационарного процесса, если величину расхода жидкости Ь, входящую в X,' заменить усредненной по периоду величиной ъ.

Превышение усредненных за период предельных нагрузок по жидкости е сравнение с критической скоростью инверсии фаз )>1 приводит в конечном счете к захлебыванию аппарата даже при наличии отрезка времени без подачи жидкости.

Периодически колеблющийся расход жидкости обусловливает переменное гидравлическое сопротивление слоя орошаемой насадки потоку газа. Минимизировать колебания ДР/Н можно варьируя значения и V? (Рис- Экспериментальные данные, представленные на этих рисунках получены в специальных опытах и соответствуют максимальным (светлые точки) и минимальным (темные точки) значения!,1 ДР/Н на кривых, аналогичных приведенным на рис. 3. Из этих рисунков следует, что при

= ь - сх

(4)

V.

t

с

I или

I

(5)

\ч

т

удается достичь удельного перепада давления, характерного для стационарного режима инверсии фаз, несмотря на некоторую асимметрию, значений максимальной и минимальной потери напора газа отно-

AP/H, Eta/M

c\

сительно ее стационарного значения, покззанного на рис. 4 пунктирной линией.

Исходя из этого, гидравлический расчет насздочных ашаратов, работающих при пульсирующей подаче жидкости в режиме инверсии фаз рекомендуется производить по разработанной ранее А.А.Ильиных, З.Н.Мемедляевым, Н.Н.Куловым и В.А.Малюсовым методике (ТОХТ. 1987. Т.21. Ш. С.184) для стационарного режима инверсии фаз, дополнив ее соотношениями (1)-(3) и (5).

В четвертой главе дано описание экспериментальных методов и обсуждаются результаты исследования массообмена при пульсирующей подаче жидкости в насадку, полученные на абсорбционно-десорбциокном стенде.

Массоапдачу в хидкой фазе исследовали при десорбции диоксида углерода из вода в еоздух. Использовали кольцевые насадки, характеристики которых приведены ваше (см. главу третью). Температура юды в пределах одной серии опытов изменялась не более, чем на °С, однако в разных сериях она могла отличаться более сущестнен-о. Поэтому используемые для сравнения и обобщения эксперкмен-альные данные приводили к одной температуре (20 °С). МассооюЗачу газовой ф2зе изучали при десорбции аммиака из воды в Еоздух. В зсчетах учитывали сопротивление массопередаче со стороны жидкой 1зы. Использовали кольца Рашига размером 15x15x3 мм.

На рис. 5 в качестве примера иллюстртауется изменение еысоты иницы переноса в жидкой фазе hL с изменением скорости воздуха в зпазоне 0<*Л'а<'1Ус.[нв при постоянной усредненной по периоду. сг:с-зти ¡кидкостл в слое колец Палля.

Подобно тому, как е стационарном процессе ход кривых ззеис::-

vnr^niTT- зналсгн'-^'ой ззs"cT."'oсти для пульсирующего спсшенпя от—

0Л5

й!5 ......i i ., i , i i i . i i i . i i i

0,0 0.2 0.4 0.6 O.a 1.0

• WG/WCHHB

Рис. 5. Зависимость hL от Для колец Палля раз-

мером 25x25x1 мм при WL = 42,347 м/ч, Т = 10 с для различных v.'LrMir, и (tc/T) = О,S (5а): а - WLrfan= 0; б -

иг - п ош о _ n • лчя т323личнцх (t /Î) ¡! S =

"Lrtn- " f""""" s z Lm n

=0,8W (55): a - (t./T) = 0,2; 0 - 0,3; в - G,S. Пунктирные линии соответствуют стационарному процессу.

;а:кзет эволюцию гидродинамической обстановки и ее зависимость от щух основных параметров у . /VI и к /т.'

4 А ьтт Ь с

При малых значениях , когда еще не достигается под-

зисзние жидкости, интенсивность массоотдачи в жидкой фазе ниже, 1ыл при стационарном процессе, причем поведение кривых в этой области соответствует тому, что и для стационарного процесса растет с увеличением плотности орошения.

С ростом скорости газа интенсивность массоотдачи становится выше, ч'ем при стационарном течении процесса. Установлено, что при (',у(}/!,ус11нв)=1 еысоты единиц переноса для стационарного процесса и е случае пульсирующего расхода жидкости имеют одно и то же значение. Таким образом, можно утверждать, что интенсивность массоотдачи при максимальных нагрузках не зависит от способа организации режима инверсии фаз и является предельной.

Ззмбтни, что экспериментальные данные, полученные в условиях пуль сиру идей подачи жидкости в режиме инЕерсии фаз при (!7лшв)<1 или [\/\инв)<1, свидетельствуют о том, что при значениях \ или tблизких к единице, перепад давления на одну единицу переноса практически такой же, как для стационарного режима инверсии фаз, когда жидкость подается с постоянным расходом (рис. 6).

Так как в результате исследования гидродинамики и массоотдачи в жидкой фазе в условиях пульсирующей подачи жидкости в режиме инвгссии фаз выявлена целесообразность проведения процесса при значениях ;у /¡V или t /т, близких к единице, то исследование

Цппг» Ь С

массоотдачи в гозоеой фазе проводили при значениях ^ /У/^ и t '/,т1 ра01^*^ 0 3

Цо тчтяп г/ плй пп^ос пахто ь'-^.-п—а^гтацтта ЭКСГ1врНМ9К73ЛЬНЫХ Д2КНЫХ,

ис-гучензял в результате десог-цпп аммиака из воды в воздух ка ко~ь"зу Ращпга "ззмерсм 15x15x2 при различных плотностях оро-

Рис. 6. Зависимость ДР Ь /(ДР1г от 1; /т (т=Ю с) для

ШО.Ч Ь 1. * с

колец Палля размером 25x25x1 мм при = 42,247 м/ч.

а - 07Г/У/Р ) = 0,6; 0 - 0,7; е - 0,8; г - 0,9. Светлые

5 Ьанв

точки - У/ =0, темные точки - \7 = 0,8т? . * - ста-

Ьггип Ьгтп ' ь

шюнэлный реким инверсии фаз.

3 4 5 6 7 8 9

винв

Рис. 7. Зависимость от /V,' для колец Ра-

и и и иинз

шита размером 15x15x3 мм при V? п = 0,8^, Т = 10 с. (1^/Т) = 0,8. а - \ = 16,07 м/ч; б - 20,45; в - 24,83. Сплошная линия соответствует стационарному процессу.

шения как в случае постоянной, так и пульсирующей подачи жидкости, с учетом доли сопротивления массопередаче со стороны жидкой фазы.

Из анализа рис. 7 следует, что интенсивности массоотдачи в газовой фазе при стационарной и пульсирующей подаче жидкости совпадают и практически не зависят от плотности орошения.

Таким образом, для расчета кинетики массообмена при пульсирующей подаче жидкости могут быть рекомендованы расчетные зависимости, полученные в условиях стационарного процесса.

В пятой главе представлены результаты исследования массообмена е орошаемой насадке в условиях стационарного процесса.

Исследование лассоапдачи В жидкой фазе проводили при десорбции диоксида углерода из воды в Еоздух в стеклянной колонне диаметром 400 мм. Высота слоя насадки составляла 1000 мм. Для выявления универсальных зависимостей испытывали традиционные и ноЕые типы нерегулярных насадок.

Анализ полученных в опытах, а также почерпнутых из литературы экспериментальных данных обнаруживает качественно сходный характер зависимостей типа ('"(/^„нв^ ■ Этот результат делает целесообразной обработку экспериментальных данных на основе метода асимптотических координат.

Обработанный таким образом большой массив экспериментальных данных сформировал универсальную кривую на рис. 8. От точки подписания до точки инверсии фаз, то есть е диапазоне 0,6<(\'/г/'Л' )<1, кривая описывается уравнением

¡1 — ь "ь '"¡-•.¡НБ

- = 0,5и-(1 - \Чг/\Чп ) + 1,2. (6)

' (_1 иинв

п - ь

1-11Л ЬИНВ

Ам'Ьим

О а 1 0 •Г;, а

о о л и

• ь А X

+ г ■ 1 Л

X ] и и 1.

Ы н о;

ууи

Рис. 8. Высота единицы переноса в жидкой фазе в орошаемой насадке при различных плотностях орошения и расходах гзза:

Точки Тш Размер, мм q, М3/(М2'1)

о 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...80.00

д 35x35x1 39,81...100,32

е 50x50x1 70,06...140,13

ж 50x50x2 70,06...140,13

о седла Инталокс 50 ЗЭ 81

и кольца ГИАП 54x54x1 70, С6

к мини-кольца 50x15x1 100,32

тт и о г» о тттло Ут/тлШЛТ/ГУ'т^лсим 40 та от

м кольца Рашига 50x50x1 70,03

XI кольт т а РИАЛ 50x50x0,8 19 90

Значком * инверси-г фз

пт^латтотю ила пфглпул ттгчи'аитла

^ <"Лшв>=1

□ *

и

Зависимости и \ от являются для обобщенной зависимости (6) вспомогательными и приведены в работе А.А.Ильиных, З.Н.МемедляеЕа и Н.Н.Кулова (ТОХТ. 1989. Т.23. .К5. С.569).

Одним из эффективных методов расчета лассоотдачи в турбулентнол газовал потоке является метод гидродинамической аналогии. Использование этого метода в случае орошаемой насадки сдерживается тем, что не удается выделить часть потери давления, соответствующую сопротивлению трения.

Схожесть в общих чертах критических явлений подЕИсання и ин-вераш фаз в орошаемой насадке и трубе позволяет исследовать интересующие нас закономерности межфазного касательного напряжения при взаимодействии восходящего турбулентного потока газа и стекающей под действием силы тяжести пленки жидкости в орошаемой трубе.

Меифазное касательное напряжение определяли методом З.Н.МемедляеЕа (авт. сеид. Ш341545) с помощью выражения

Ра

4У

•чя.

(7)

4,072

Эксперименты проводили на системе еоздух - еодэ в стеклянной трубе внутренним диаметром 27 мм и длиной 1500 мм. Скорость еоз-духа на оси трубы = V,' „ измеряли с помощью тонкой Г-образной Фгиг^ггтт Пттгрг» к2Д6,1срость покзззний которой провврзнз в условиях

противотока, восходящего и нисходящего прямотока фаз. Среднюю толщину пленки жидкости определяли методом отсечки питания. Поверхностную скорость в точке подвисания рассчитывали по известным из литературы рекомендациям, а в точке инверсии фаз принимали равной нулю.

Найденные с помощью уравнения (7) значения т^ свидетельствуют об уменьшении межфазного 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 межфззным касательным усилиям. В совокупности с известным уменьшением скоростей подвисания и инверсии фаз с ростом Иеь с помощью соотношения ?„оь = 8хсь /(рс^0) приходам к выводу о приближенном постоянстве коэффициентов гидравлического сопротивления для точки подвисания (А. ) и точки инверсии (А. ):

Лп ~ 0,08; А;[11в~ 0,1, (8)

а также значений отношения скоростей на оси трубы к среднерзсход-ной в соответствующих режимах:

(Илл / ~ 1,40; (V.'. / Ягп) % 1,45. (9)

4 00, тал со п ' ь0,тох 1го инв

Приведенные выше соотношения (8) и (9) иллюстрируются на рис. 9, отображающем взаимосвязь деформации профиля скорости газа и коэффициента трения.

Известно, что при турбулентном течении перенос количества

тттзгяч/агттт а т* сошортпо пгч'ПЮпфп паофпа ттг\ г\ тттгиот^г\о/-,ллтг жда'У'охттягэ^ли тг

и^иИЛ^ШДЛ Ш и 114,^ 1. 1_1.<И 1. и л и^шиниищч^ 1,1 ^ЛииЛии^ ш

1.8

о о

X <

о о

1.4

1.2

1.0

- о а

1.6 - + б

- X в

1 + 1.44i/T

i t i t г i 1

X

0.1

Рис. 9. Зависимость деформации скоростного профиля газа е трубке с орошаемой стенкой от коэффициента трешш: а -пленочний режим, ReL= 1230 и 3840 по работе С.К.Мяснико-вз, Н.Н.Кулова (ТОХТ. 1982. Т.16. №5. С.663); б - точка подЕИСЗНИЯ, в - точка инверсии фаз, ReL=2I0 - 1310.

описывается однотипными уравнениями. Известная аналогия Чильтона-Кольборна позволяет записать следующее выражение для высоты единицы переноса в газовой фазе:

IV = (ТО)

и фаА. и

Таким образом, по уравнению (10) с привлечением соотношений (8) можно найти высоту единицы переноса в газовой фазе в точках подЕИсания и инверсии фаз. Так, для колец Рашига размером 25x25x4мм при (™(/"'синв)=0>6 и (^/й^ )=1 получим, соответственно, Ьц =0,451 м и 1г0 =0,361 м, а по эмпирическим уравнениям, приведенным в работе А.А.Ильиных:, З.Н.Мемедляева и Н.Н.Куло-еа (ТОХТ. 1989. Т.23. ¡(5. С.569). =0,434 м и =0,354 м.

> ип ' Синв

Ошибка не превышает А%.

Практическая независимость скорости мэссоотдачи в газовой фазе от расхода жидкости подтверждена экспериментально.

Значения 1гц в диапазоне 0,6 < ) < 1 лежат на пря-

Р /Т

мой, соединяющей 1гсп и 110цнв е координатах ) -

В шестой главе дано описание практического использования на-садочного аппарата со стационарным режимом шЕерсш1 фаз в составе опытно-промышленной установки по комплексной очистке отходящих газов производства стеклопластиков от стирола, фенола и формальдегида и приведены рекомендации по использованию нэсздочного аппарата, работающего в режиме ¡ШЕерсии фаз при пульсирующей подаче

иг* тпгг\пгр1х ( отттто'паф г» г>т*г1Ру-\ц>лм ттагтгжп тгттттй №лгп тта^пт^сида ^

ли 1ГЦ| 1.1У Л. У Л. 4 * X И 4 / •

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработан метод пульсирующей подачи жидкости (положительное решение о выдаче патента РФ от 09.11.93 г. по заявке

Л 5034132/26/014409), позволяющий по-новому осуществлять режим инверсии фаз в орошаемой насадке.

2. Исследована гидродинамика насадочных колонн с кольцами Рашига и Пзлля при пульсирующей подаче жидкости и показана возможность осуществления режима инверсии фаз при или И0<"'л,Сипв в широком диапазоне изменения параметров V? /й и 1;с/т. ■ При максимальных нагрузках при (\т1П/йь)~I или (tYT)^*■I перепад давления можно рассчитывать по методике для стационарного режима инверсии фаз.

3. Экспериментально найдены критические значения коэффициентов трения, характеризующие явления подвисания (А. ~ 0,08) и инверсии фаз (\нв~ 0,1).

4. Исследована массоотдача в жидкой и газовой фазах при пульсирующей подаче жидкости в режиме инЕерсии фаз и показано, что высоты единиц переноса й и не зависят от способа

1-ИНВ и и н в

организации режима инверсии фаз и являются предельными. При (\„11П/\)—I или (1с/т)-1 величины ^ и могут быть рассчитаны по известным корреляциям для стационарного процесса.

5. В условиях стационарного орошения исследована массоотдача в жидкой фазе в слое традиционных.и ноеых типов нерегулярных насадок и предложена универсальная зависимость, обобщающая полученные в настоящей работе и литературные данные. Показано, что массоотдача в газовой фазе может быть рассчитана на основе гидродинамической аналогии.

6. Предложена конструкция насадочного тепломэссообменного аппарата с сифоном периодического действия, обеспечивающая само-

г.п-Р01тг^з2цттгл ТТО^ОРСОН 2 ^Э'иХилз ККНЗ^СШ'! 3

7. Осуществлено промышленное внедрение насадочного аппарата со стационарным режимом инверсии фаз в качестве контактного аппарата технологической схемы комплексной очистки отходящих газов производства стеклопластиков на Северодонецком ПО "Стеклопластик", разработаны и выданы рекомендации по использованию насадочного аппарата с сифоном периодического действия.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. Мемедляев З.Н., Ильиных A.A., Москалик В.М., Бондарь П.Ф., КулоЕ H.H. Способ проведения мэссообменных процессов: Положительное решение о выдаче патента М> от 09.11.93 г. по заявке

№ 5034132/26/014409.

2. Мемедляев З.Н., Кулов H.H., Ильиных A.A., Москалик В.М. Массо-отдача в орошаемой насадке в режимах подвисания и инвс-рсии фаз // Теор. основы хим. технол. 1994. Т. 28. Л I. С. 3.

3. Мемедляев З.Н., Ильиных A.A., Еренер М.А., Москалик В.М. Аппаратурное оформление малоотходных технологий с использованием насадочных аппаратов, реализующих открытие № 141 // Экология промышленного региона. Донецк. 1993. С. 107.

4. Стенцель И.И., Москалик В.М. Способ определения аммиака в газах: А. с. I34I579 СССР // В. и. 1987. № 36.

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

а - удельная поверхность насадки, м2/м3; й - внутренний диаметр трубы, м;

Б, Б - коэффициенты молекулярной и турбулентной диффузии, мг/с; о, ь - массовые скорости газа и жидкости, кг/(м2с); н - высота насадки, м; АР - перепад давления, Па; ь - время, с;

1; - Бремя подачи жидкости в количестве, превышающем средний расход, с;

т - период цикла, с;

V - расход газа, м"/с;

№ - приведенная скорость в расчете на полное сечение колонны, м/с; №оо = 1 относи,113Льная скорость газа (суша - для противотока газа и жидкости, разность - для прямоточного движения фаз); и - поверхностная скорость, м/с; б - средняя толщина пленки, м; £ - свободный объем насадки; р - плотность, кг/м3;

V, V - коэффициенты кинематической и турбулентной вязкости, м2/с; ц - коэффициент динамической вязкости жидкости, мПа-с;

о

X = ^С)1/4(р0/рь)1/8 ; Ф = пт/а'т;

1/8

0.16

Р.е - число Рейлольдса; Во - число Шмидта

ИНДЕКСЫ

пл - пленочный режим;

Г» _ лтипр^то пч;оа со ттттттттио •

'-> ^ и^ом*. Т.Ш1У )

тти гро-^ _ ?,*71РтилЗ "ЬНЗЯ «1 »«ЗК С1ЕД 2 ЛЬ К 2 Я Е8Л1Г-П1КЗ