автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Характеристики тепломассопереноса в организованном псевдоожиженном слое и метод расчета адсорбера

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР.II

1.1. Расширение организованного псевдоожиженного слоя.II

1.2. Продольное перемешивание твердой фазы в организованном псевдоожиженном слое.

1.3. Межфазный массообмен в организованном псевдоожи

1 женном слое. 1.4. Задачи исследования.

• . •• •

2. ЭКСПЕРИМЕНТЖБЙАЯ, УСТАНОВКА И МЕТОДИКИ ИЗМЕРЕНИЙ.

2.1. Описание -эйспбриментальной установки.

2.2. Гигрометры.

2.3. Методика определения коэффициента продольного. перемешивания твердой фазы.

2.4. Методика определения коэффициента межфазного массообмена.

3. ОСОБЕННОСТИ РАСШИРЕНИЯ И ПЕШШИВАНШ ТВЕРДОЙ ФАЗЫ

В ПСЕВДООЖИЖЕННОМ СЛОЕ СО СРЕДНЕОБЪЕМНЫМИ НАСАДКАМИ.

3.1. Расширение.

3.2. Продольное перемешивание (эффективная диффузия) твердой фазы.

4. МЕЖФАЗНЫИ МАССООБМЕН В ОРГАНИЗОВАННОМ ПСЕВДООЖИЖЕННОМ.

СЛОЕ.

4.1. Результаты опытов и их анализ.

4.2. Построение обобщающей расчетной корреляции.

5. МЕТОД РАСЧЕТА АДСОРБЕРА С ОРГАНИЗОВАННЫМ ПСЕВДООЖИ-ЖЕННЫМ СЛОЕМ.

6.7. Результаты работы были использованы МКТЭИавтопромом (г. Минск) при разработке генератора очищенной экзотермической атмосферы ОТ-66. Испытания аппарата подтвердили расчетные прогнозы.

Ожидаемый экономический эффект от внедрения 93 таких аппаратов в автомобильной промышленности составляет 950 тысяч руб.

Полученные сведения о гидродинамике и межфазном массообмене в ОПС, а также предложенный метод расчета адсорбера могут быть полезными при разработке других реакторов с ОПС для проведения адсорбционных и каталитических процессов.

6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В заключение сформулируем основные результаты проведенного исследования.

6.1. Разработана адсорбционная методика измерения коэффициента перемешивания твердой фазы в ОПС.

6.2. Предложена адсорбционная методика измерения коэффициента межфазного массообмена в ОПС, основанная на использовании макропористых адсорбентов.

6.3. Предложена эмпирическая корреляция (3.3) для расчета расширения ОПС со ереднеобъемными насадками, перспективными для проведения процессов адсорбции.

6.4. Выяснены закономерности перемешивания твердой фазы в ОПС в вертикальном направлении. Предложена обобщающая зависимость (3.6) для расчета коэффициента продольного перемешивания в ОПС со средне-объемными насадками. Показано, что коэффициент перемешивания в ОПС со ереднеобъемными насадками значительно меньше, чем в ОПС с малообъемными насадками.

6.5. Выяснены основные закономерности межфазного массообмена в ОПС с мало- и ереднеобъемными насадками. Предложена обобщающая зависимость (4.3) для расчета коэффициента массообмена.

Показано, что массообмен в ОПС определяется взаимодействием потока газа с группами частиц (агрегатами), на поверхности которых происходит диссипация энергии, расходуемой на взвешивание частиц.

6.6. Предложен метод расчета адсорбера с ОПС, основанный на использовании модели двух континуумов (газа и частиц) (5.6) и полученных данных о перемешивании и межфазном массообмене. Этот метод позволил обоснованно рекомендовать типы насадок и режимы работы адсорбера.

1. Kang W.K. and Osberg G.L. Longitudinal Particle Mixing in a Screen-Packed Gas-Solid Fluidized Bed.-Can. Journ. Chem. Eng.,1966, June, p. 142-147*

2. Kato K., Imafuku K., Hattori E., Kubota H. Macroscopic View of Packed-Fluidized Bed.-Chem. Eng. Japan (Kagaku Kogaku),1967, v. 5, N 1» p. 66-69.

3. Capes C.E. and Mcllhinney. The Pseudoparticulate Expansion of Screen-Packed Gas-Fluidized Beds.-AIChE Journ., 1968, v. 14,1. N 6, p. 917-922.

4. Kato K., Ito Ü. Bed Expansion and the Axial Effective Thermal Conductivity of Screen-Packed Fluidized Bed.-Chem. Eng. Japan (Kagaku Kogaku), 1974, v. 38, N 11, p. 805-809.

5. Claus G., Vergnes F. and Le Goff P. Hydrodynamic Study of Gas and Solid Flow Through a Screen-Packing.-Journ. Chem. Eng., 1976, v. 54, June, p. 143-147.

6. Тамарин А.И., Галерштейн Д.М., Забродский С.С.Дасанов С.С., Борисенко В.П. Некоторые вопросы теплообмена, и гидродинамики псев-доожиженного слоя с малообъемной насадкой.- ИФЖ, 1972, т. 23,1. Я 4, с. 635-639.

7. Теплицкий Ю.С., Тамарин А.И. Исследование расширения за -торможенного псевдоожиженного слоя.- Изв. АН БССР. Сер. физико-энерг. наук, 1978, № I, с. 79-83.

8. Забродский C.G., Ковенский Г.И., Фруман Т.Э. Влияние на -садок на расширение и структурные зоны псевдоожиженного слоя. -Изв. АН БССР, Сер.физико-энерг. наук, 1979, $ 2, с. 59-62.

9. Sutherland J.P., Vassilatos G., Kubota H., Osberg G.L. The Effect of Packing on a Fluidized Bed.- AIChE Journ., 1963, v. 9, N 4, p. 437-441.

10. Gator J.D. Axial Solids Mixing in" Fluidi zed-Packed Bed.~ Dallas, Texas, 1966,- 7 p. (Preprint 16D, Presented of the Symposium on Fundamental and Applied Fluidization# Part I, Fifty-eign-c national meeting).

11. Айнштейн В. Г., Носов Г. А., Гельпелин Н. И. Особенности т процесса псевдоожижения зернистых материалов в порах неподвижной насадки. В сб.: Процессы и аппараты химической технологии, -М.: МИТХТ им. Д. И. Менделеева, 1967, с. 81-87.

12. Баскаков А. П. Скоростной безокислительный нагрев и термическая обработка в кипящем слое. М.: Металлургия, 1968.- 223 с.

13. Забродский С. С., Ковенский Г. И., Фруман Т. Э. Расширение псевдоожиженного слоя в шаровой насадке. ТОХТ, 1978, т. 12, В 5, с. 776-779.

14. Галерштейн Д. М., Тамарин А. И., Забродский С. С. и др. 0 средней скорости пузырей в псевдоожиженном слое с насадкой.- ИФЖ, 1976, т. 31, Ш 4, с. 601-606.

15. Ковенский Г. И., Фруман Т. Э. Расчет элементов гидродинамики аппаратов с псевдоожиженным слоем. В сб.: Теория и техника сушки влажных материалов, - Минск: ИТМО им. А. В. Лыкова АН БССР, 1979, с. 50-57.

16. А. с. 806100 (СССР). Керамическая насадка для псевдоожиженного слоя. Д. М. Галерштейн, А. И. Тамарин, С. С. Забродский и др. Опубл. в Б. И., 1981, й 26, с. 24-25.

17. Тамарин А. И., Бородуля В. А. Исследование температуропроводности (перемешивание частиц) псевдоожиженного слоя, заторможенного сетками. ИФЖ, 1963, т. 6, J& II, с. 26-31.

18. Тамарин А. И., Хасанов Р. Р. Исследование эффективной температуропроводности псевдоожиженного слоя с насадкой. ИФЖ, 1974, т. 27, J6 5, с. 491-496.твердой фазы в кипящем слое. Заторможенный слой. ИФЖ, 1977, т. 33, гё 4, с. 603-610.

19. Бородуля В. А., Тамарин А. И. Использование мгновенного источника тепла для изучения перемешивания частиц в кипящем слое. -ИФЖ, 1962, т. 5, й II, с. 102-104.

20. Теплицкий Ю. С., Тамарин А. И. Аксиальное перемешивание твердой фазы в кипящем слое. Свободный слой. Изв. АН БССР. Сер. физико-энерг. наук, 1977, й II, с. 88-94.

21. Баскаков А. П., Пахалуев В. М. 0 вертикальной теплопроводности кипящего слоя в насадке. В сб.: Тепло- и массообмен в дисперсных системах, - Минск: Наука и техника, 1965, с. 31-34.

22. Баскаков А. П., Вершинина В. С., Лумми А. П., Пахалуев В. М. Теплоотдача и вертикальная теплопроводность кипящего в насадке слоя мелкозернистого материала. В сб.: Тепло- и массопе-ренос. - М. - Л.: Энергия, 1966, т. 5, с. 172-180.

23. Баскаков А. П., Пахалуев В. М. Вертикальная и горизонтальная теплопроводность заторможенных кипящих слоев. В сб.: Высокотемпературные эндотермические процессы в кипящем слое. - М.: Металлургия, 1968, вып. 7, с. 197-201.

24. Пахалуев В. М. Исследование теплопроводности кипящих слоев с насадкой из шаровых элементов. В сб.: Гидродинамика и теплообмен, - Свердловск: Уральский научн. центр АН СССР, 1972, вып. I, с. 96-100.

25. Дудоров Н. С., Баскаков А. П. Теплообмен между вертикальной плоской стенкой и псевдоожиженным слоем с шаровой насадкой.- Т0ХТ, 1973, т. 7, № 5, с. 776-778.

26. Дубинин А. М., Баскаков А. П. Осевая и радиальная теплопроводность кипящего в насадке слоя. Электротермия, 1976, № 4, с. 22-24.

27. Ойгенблик А. А., Башкирова С. Г., Цибульский В. Г. и др. Продольное перемешивание газа и твердой фазы в аппаратах с кипящим слоем. В сб.: Тепло- и массоперенос, - Киев: Наукова думка, 1972, т. 5, ч. I, с. 190-198.

28. Тодес 0. М., Цитович 0. Б. Аппараты с кипящим зернистым слоем. JI.: Химия, 1981, - 296 с.

29. Kato К., Imafuku К., Kubota Н. Fluid Behavior in Packed-Fluidized Bed.- Chem.Eng.Japan, 1967» v. 51, N 10, p. 967-973*

30. Чернов В. Д., Серебряков В. Г. Межфазный массообмен в свободно-кипящем слое и в слое с цилиндрической спиральной насадкой. -ИФЖ, 1971, т. 21, J& 6, с. 992-997.

31. Башкирова С. Г., Ойгенблик А. А., Бабенко В. Е. и др. Анализ гидродинамической модели организованного кипящего слоя методом трассера. В сб.: Тепло- и массоперенос, - Минск: ИТМОим. А. В. Лыкова АН БССР, 1974, т. 10, ч. 2, с. 203-214.

32. Емельянов И. Д. Моделирование каталитических процессов в организованном псевдоожиженном слое. Автореферат кандидатской диссертации, Новосибирск: Ин-т катализа СО АН СССР, 1976, - 22 с.

33. Мещеряков В. Д., Шеплев В. С., Доронин В. П. Продольное перемешивание газа в организованном псевдоожиженном слое. В сб.:

34. Второй Советско-французский семинар по математическому моделироваIнию каталитических процессов, Новосибирск, ин-т катализа СО Ж СССР, 1976, с. 132-139.

35. Комаровский Н. А. Окислительное дегидрирование н-бутенов в псевдоожиженном слое окисного висмутмолибденового катализатора.: Автореф. дис. . канд. хим. наук, Новосибирск, 1972,- 27 с.

36. Кузичкин Н. В. Исследование взвешенного слоя с насадкой.: Автореф. дис. . канд. техн. наук, 1973, 20 с.

37. Абаев Г. Н., Жильцов А. С., Шевченко Т. Б. Особенности псевдоожижения "мелких" и "крупных" частиц. В сб.: Исследование й разработка технологии производства мономеров и синтетических каучуков. - М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1979, с. 194-198.

38. Кернерман В. А., Кузнецов Ю. И., "Ойгенблик А. А.,

39. Слинько М. Г. Моделирование реакторов с псевдоожженным слоем катализатора. Хим. пром., 1979, № II, с. 22-26.

40. Берлинер М. А. Измерение влажности. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергия, 1973. - 400 е., ил.

41. Преображенский В. П. Теплотехнические измерения и приборы. 3-е изд., перераб. - М.: Энергия, 1978. - 704 е., ил.

42. Некрасов Б. В. Основы общей химии, т. I, М.: Химия, 1969, т. I, - 519 с.

43. Brötz W. Untersuchungen über ¡Transport Vorgänge in durchströmten gekörnten Gut.- Chem.-Ing.-Techn., 1956,BcL 28, N 5, S. 165-174,

44. Бондарева А. К., Григорьева В. И., Тодес 0. М. Движение и перемешивание твердых частиц в кипящем слое. Докл. АН СССР, 1963, т. 152, й 2, с. 386-388.

45. Гринбаум М. Б., Тодес 0. М. Измерение перемешивания твердой фазы в кипящем слое с помощью феррозондов. Электротермия, 1965, вып. 44, с. 41-44.

46. Чечеткин А. В., Павлов В. А., Апостолова Г. В. и др.0 влиянии размера частиц твердой фазы на интенсивность их перемешивания при псевдоожижении полидисперсного материала. Т0ХТ, 1974, т. 8, Ш 5, с. 796-798.

47. Заблотны Р. В., Гаевски А. А. Применение метода меченых атомов в исследовании кипящего слоя катализатора в крекинг установке. Хим. и технол. топлив и масел, 1973, J6 2, с. 8-12.

48. Ойгенблик А. А., Гойхман И. Д., Генин I. С. и др. Применение газа-трассера для изучения перемешивания твердой фазы в псевдоожиженном слое. В сб.: Высокотемпературные эндотермические процессы в кипящем слое. - М.: Металлургия, 1968, вып. 7,с. 57-61.

49. Араманович И. Г., Левин В. И. Уравнения математическойфизики. М.: Наука, 1969, - 288 с.

50. Чарыков А. К. Математическая обработка результатов химического анализа. Л.: Изд. Ленингр. ун-та, 1977. - 120 с.

51. Лакоза М. И., Плановский А. Н., Егоров Н. Н. Исследование процесса массообмена в кипящем слое синтетического цеолита.- Хим. пром., 1965, 6, с. 438-440.

52. Kettenring K.N., Manderfield E.L., Smith. J.'M. Heat and transfer in fluidized systems.-Chem. Eng. Progr., 1950» v. 46, N 3, p. 139-145.

53. Heerties P.M., J.de Boer H#G., A.H.de Haas van Borsser* Temperature and humidity measurements in a drying fluidized Bed.-Chem.Eng.Sci., 1953, v. 2 N 3, p. 97-107.

54. Павлова Т. В., Акопян Л. А., Фокин А. П. Исследование массопередачи процессов сушки в псевдоожиженном слое. В сб.: Техника сушки во взвешенном слое. - М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1966, вып. 3, с. 70-78.

55. Wilkins G.S., Thodos G. Mass transfer driving forces in packed and fluidized beds.-AIChE Journ., 1969, v. 15, N 1,p. 47-50**

56. Toon P., Thodos G. Mass transfer in the flow of gases through shallow fluidized Beds.-Che». Eng. Sci., 1972, v. 27, p. 1549-1554.

57. Esiung Т.Н., Thodos G. Masstransfer in Gasfluidized Beds: measurement of actual driving Forces.-Chem. Eng. Sci., 1977, v.32, p.5S1-591.;

58. Титовская В. Г. Исследование формирования структуры керамзитового графия. Строительные материалы, 1977, & 9,с. 30-33.

59. Стрелов К. К. Структура и свойства огнеупоров. М.:1. Металлургия, 1972, 216 е.

60. Кельцев Н. В. Основы адсорбционной техники, 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Химия, 1984, - 592 е., ил.

61. Тимофеев Д. П. Кинетика адсорбции. М.: Изд-во АН СССР, 1962, - 252 с.

62. Деденко Л. Г., Керженцев В. В. Математическая обработка и оформление результатов эксперимента. М.: Изд-во МГУ, 1977, - 112 с.

63. Брунауэр С. Адсорбция газов и паров. Пер. с англ., М.: Изд-во иностр. лит-ры, 1948, т. I. - 784 с.

64. Тимофеев Д. П. Механизм переноса вещества в пористых сорбентах. Усп. химии, 1960, т. 29, & 3, с. 404-423.

65. Лившиц Ю. Е., Тамарин А. И. Экспериментальное исследование флуктуаций скорости твердой фазы в псевдоожиженном слое.-ИФЖ, 1980, т. 39, Я I, с. 19-25.

66. Кузичкин Н. В., Мухленов И. П., Бартов А. Т. и др. Структура организованного псевдоожиженного слоя. ТОХТ, 1977, т. II, № 2, с. 240-245.

67. Азатьян В. А. Разработка математических моделей каталитических процессов на основе исследования структуры свободного и организованного взвешенных слоев.: Автореф. дис. . канд. техн. наук. Л., 1976. - 20 с.

68. Сборник научных программ на Фортране. Статистика: Руководство для программиста. Пер. с англ. -М.: Статистика, 1974, вып. I, 315 с.

69. Кузичкин Н. В., Мухленов И. П., Бартов А. Т., Прокопенко А. Н. -ТОН, 1977, т. II, £ 2, с. 240-245.

70. Чумаченко В. А., Матрос Ю. Ш., Слинько М. Г. Модель мас-сообмена между плотной и неплотной частями псевдоожиженного слоя. -Докл. АН СССР, 1973, т. 213, й 6, с. 1374г-1376.

71. Чумаченко В. А. Математическое моделирование нестационарных процессов в псевдоожиженном слое катализатора.: Автореф. дис. . канд. техн. наук. Новосибирск, 1974, - 28 с.

72. Романков П. Г., Рашковская Н. Б., Фролов В. Ф. Массообмен-ные процессы химической технологии. I.: Химия, 1975, - 333 с.

73. Кальтман И. И., Шейндлин Б. Е., Чеканский В. В. и др. Исследование адсорбции С02 и паров воды псевдоожиженным слоем гранулированного цеолита. В сб.: Тепло- и массоперенос в процессах термообработки дисперсных материалов. - Минск: ИТМО им.

74. А. В. Лыкова АН БССР, 1974, с. 138-145.

75. Адливанкина М. А., Бочавер К. 3., Старцев А. А. Массопе-редача в капиллярно-пористых телах при физической адсорбции.- ТОХТ, т. 13, 1979, # 3, с. 347-354.

76. Дубинин М. М., Тодес 0. М., Лезин Ю. С. К вопросу об уравнениях, описывающих кинетику адсорбции на пористых адсорбентах для всего зерна в целом. Изв. АН СССР. Сер. химич., 1970, & 4, с. 767-772.

77. Кавецкий Г. Д. Исследование гидродинамики и массопереда-чи при взаимодействии зернистого материала и газа в колонне с насадкой.: Автореф. дис. . канд. техн. н§ук, М., 1963. - 20 с.

78. Кавецкий Г. Д., Шгановский А. Н., Акопян Л. А. и др. Расчет массообменных аппаратов и реакторов с учетом продольного перемешивания фаз. Химич. и нефтян. машиностроение, 1966, $ I, с. 17-21.

79. Шервуд Т., Пигфорд Р., Уилки Ч. Массопередача. Пер. с англ. М.: Химия, 1982. - 696 е., ил.

80. Лившиц Ю. Е. Исследование влияния насадок на поля скоростей фаз и перенос тепла в аппаратах с йсевдоожиженным слоем.: Автореф. дис. . канд. техн. наук. Минск, 1982. - 17 с.