автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Исследование и разработка абсорберов на основе жидкостно-газовых струйных аппаратов с удлиненной камерой смешения

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Предложено для очистки газов от вредных примесей перед выбросом в атмосферу использовать жидкостно-газовый струйный аппарат с удлиненной камерой смешения. Ввиду недостатка литературных данных для успешного расчета и проектирования струйных абсорберов проведены исследования процессов диспергирования, коалесценции и масоопередачи в струйном аппарате с удлиненной камерой смешения.

По результатам теоретических и экспериментальных исследований предложены зависимости для определения величины межфазной поверхности и скорости диссипации энергии в удлиненной камере смешения струйного аппарата. Получен закон эволюции отдельных пузырьков газа вследствии коалесценции при движении двухфазного потока в камере смешения струйного аппарата.

Предложены уравнения для расчета интенсивности массообмена в газожидкостной эмульсии для насыщенных и ненасыщенных поглощающимся компонентом газовых систем.

На базе разработанных математических моделей образования и изменения межфазной поверхности в процессах диспергирования, коалесценции и массо-передачи создана инженерная методика расчета струйных аппаратов с удлиненной камерой смешения для проведения процессов абсорбции.

Разработаны и внедрены в опытном и в промышленном производствах на ЗАО «Алтайвитамины» (г. Бийск) конструкции малогабаритных абсорбционных установок на основе струйных аппаратов для очистки газовых выбросов в процессе синтеза этилового эфира а-бромизовалериановой кислоты.

89

1. Абрамович Г.Н. Теория турбулентных струй. М.: ГИФМЛ, 1960.-712 с.

2. Анискин С.В., Протодьяконов И.О., Бессонов Н.М. Конечно-разностная модель хемосорбции сероводорода в капле водного раствора гидроксида натрия// ЖПХ. 1998. - Т. 71. - № 6. - с. 965-969.

3. АстаритаДж. Массопередача с химической реакцией.-Л.: Химия, 1971. - 224с.

4. Баженов М.И. Исследование работы двухфазных струйных аппаратов// Электрические станции. 1967. - № 4. - с.39-41.

5. Барам А.А. Диспергирование в системе жидкость жидкость в аппарате роторно-пульсационного типа// ТОХТ. - 1988. - Т. 22. - № 5. - с. 655-660.

6. Баранаев М.К., Теверовский Е.Н., Трегубова Э.Л. О размере минимальных пульсаций в турбулентном потоке// ДАН СССР. 1949. - Т. 66. - № 5. -с.821-824.

7. Белевицкая М.А., Барабаш В.М. Получение устойчивых эмульсий в аппаратах с мешалками// ТОХТ. 1994. - Т. 28. - № 4. - с. 342-347.

8. Блазнов А.Н., Куничан В.А.,Чащилов Д. В. Диспергирование и коалес-ценция в жидкостно-газовых струйных аппаратах с удлиненной камерой смешения//ЖПХ.-2001. Т. 74. № 4. - с.621-625.

9. Брагинский Л.Н., Бегачев В.И., Барабаш В.М. Перемешивание в жидких средах: Физические основы и инженерные методы расчета. JL: Химия, 1984.-336 е., ил.

10. Брагинский JI.H., Белевицкая М.А. О дроблении капель при механическом перемешивании в отсутствие коалесценции// ТОХТ. 1990. - Т. 24. - № 4. -с. 509-516.

11. Броунштейн Б.И., Фишбейн Г.А. Гидродинамика, массо- и теплообмен в дисперсных системах. JL: Химия, 1977. - 279 с.

12. Васильев Ю.Н. Теория двухфазного газо-жидкостного эжектора с цилиндрической камерой смешения// Лопаточные машины и струйные аппараты, вып. 5. М.: Машиностроение, 1971. - с. 175-201.

13. П.Васильев Ю.Н., Гладков Е.П. Экспериментальное исследование вакуумного водо-воздушного эжектора с многоствольным соплом// Лопаточные-машины и струйные аппараты, вып. 5. М.: Машиностроение, 1971. - с. 262306.

14. Вредные вещества в промышленности: Справочник для химиков, инженеров и врачей. В трех томах. Том 2. Органические вещества/ Под ред. Н.В. Лазарева, Э.Н. Левиной. 7-е изд, перераб. и доп. - Л.: Химия, 1976. - 624 с.

15. Вредные вещества в промышленности: Справочник для химиков, инженеров и врачей. В трех томах. Том 3. Неорганические и элементорганические91соединения/ Под ред. Н.В. Лазарева, Э.Н. Левиной. 7-е изд, перераб. и доп. -Л.: Химия, 1977. - 608 с.

16. Газосодержание и удельная поверхность контакта фаз в струйно-инжекционном кожухотрубном абсорбере (СИА)/ В.Б. Тишин, С.Х. Ибрагимов, В. Н. Лепилин, А.Г. Новоселов// ЖПХ. 1985. - Т. 58. - №2. - с.460-461.

17. Гимранов Ф.М., Зиннатулина Г.Н., Азизов Б.М. Моделирование процесса хемосорбции при мгновенной объемной реакции в пленке жидкости, растекающейся в поле центробежных сил// ЖПХ. 1998. - Т. 71. - № 6. - с. 971976.

18. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. Учеб. пособие для вузов. 7-е изд., стер. - М.: Высшая школа, 2000. - 479 е., ил.

19. Гончаренко Г.К., Шутеев В.Я., Лещенко В.А. Массопередача при коалесценции капель// ТОХТ. 1979. - Т. 13. - № 1. - с. 24-29.

20. Данквертс П.В. Газожидкостные реакции: Пер. с англ. И.А. Гильденб-лата. М.: Химия, 1973. - 296 с.

21. Дерманов Н.К., Ионсен Г.И., Кокушкин О.А. Экспериментальное определение поверхности контакта фаз газ-жидкость в полых скрубберах// ЖПХ. -1995. Т. 68. - № 9. - с. 1518-1521.

22. Дытнерский Ю.И., Таги-Заде Ф.Н., Еремин О.Г. Определение коэффициентов массоотдачи в газовой фазе при всплывании одиночного пузыря в слое жидкости// ТОХТ. 1979. - Т. 13. - № 1. - с. 100-103.

23. Исследование массоотдачи осесимметричной турбулентной газовой струи/ Л.П. Холпанов, Н.С. Мочалова, В.А. Малюсов, Н.М. Жаворонков// ТОХТ. 1979. - Т. 13. - № 5. - с. 650-656.

24. Каменев П.Н. Гидроэлеваторы и другие струйные аппараты. М.: Изд-воМСПМ, 1950-344 с.

25. Караев Р.А., Черняховский А.И. Дробление пузырей на перфорированных листах// ТОХТ. 1990. - Т. 24. - № 3. - с. 372-378.

26. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. -М.: Химия, 1973.-752 с.92

27. Кафаров В.В. Основы массопередачи. Системы газ -жидкость, пар -жидкость, жидкость жидкость. - М.: Высшая школа, 1962. - 655с.

28. Коалесценция газовых пузырей в жидкостях в условиях невесомости/ С.С. Кипарисов, Ю.В. Левинский, Ю.Г. Бушуев, В.М. Жолобов, В.В. Савичев// ТОХТ. 1980. - Т. 14. - № 6. - с. 877-883.

29. Коган В.Б. Теоретические основы типовых процессов химической технологии. Л.: Химия, 1977. - 592 с.

30. Колмогоров А.Н. О дроблении капель в турбулентном потоке // ДАН СССР. 1949. - Т. 66. - № 5. - с.825-828.

31. Колмогоров А.Н. Рассеяние энергии при локально-изотропной турбулентности// ДАН СССР. 1941. - Т. 30. - № 4. - с. 299.

32. Колтунова Л.Н., Аэров М.Э. Массоотдача на начальном участке газовой струи, вытекающей в жидкость// ТОХТ. 1982. - Т. 16. - № 2. - с. 161-166.

33. Кореннов Б.Е. Исследование во до-воздушных эжекторов с удлинённой цилиндрической камерой смешения: Автореф. дис. . канд. техн. наук. -М: ВТИ, 1980.-23 с.

34. Куничан В.А., Севодина Г.И. Эмульгирование и массообмен в качающихся автоклавах// ТОХТ. 1997. - Т. 31. - № 6. - с. 586-590.

35. Левданский Э.И., Волк A.M., Плехов И.М. О законе распределения частиц при дроблении// ТОХТ. 1986. - Т. 20. - № 5. - с. 672-677.

36. Левич В.Г. Физико-химическая гидродинамика. М.: ГИФМЛ, 1959. -699с.

37. Лукьянов А.Н. Анализ относительного движения газовых пузырьков и жидкости в турбулентном газожидкостном потоке// ТОХТ. 1991. -Т. 25. -№ 1. -с. 114-117.

38. Лямаев Б.Ф. Гидроструйные насосы и установки. Л.: Машиностроение (Ленингр. отд-ние), 1988. - 256 е., ил.

39. Маргулис М.А., Дмитриева А.Ф. О динамике коалесценции пузырей в газожидкостных системах// ТОХТ. 1983. - Т. 17. - № 2. - с. 220-225.93

40. Мартюшин Е.И. Расчет массообменных газожидкостных процессов с химическими реакциями в жидкой фазе// ТОХТ. 1993. - Т. 27. - № 6. - с. 613621.

41. Массообмен и поверхность контакта фаз в кожухотрубном струйно-инжекционном абсорбере/ В.Н. Лепилин, А.Г. Новоселов, В.Б. Тишин, С.Х. Ибрагимов// ЖПХ. 1986. - Т. 59. - № 10. - с.2203-2208.

42. Матвеенко П.С., Стабников В.Н. Струйные аппараты в пищевой промышленности. М.: Пищевая промышленность, 1980. - 224 с.

43. Новожилов В.Н., Позин Л.С., Шевчук И.В. Особенности гидродинамики газожидкостного потока в короткой горизонтальной трубе// ТОХТ. 1993. -Т. 27. - № 4. - с.381-386.

44. Обухов A.M. О распределении энергии в спектре турбулентного потока// Изв. АН СССР. Сер. геогр. и геофиз. 1941. - Т. 5. - № 4-5. - с. 452.

45. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: Учебное пособие для вузов/ Под ред. П.Г. Романкова. 10-е изд., перераб. и доп. - Л.: Химия, 1987. - 576 е., ил.

46. Павлушенко И.С., Янишевский А.В. О величине поверхности раздела фаз при механическом перемешивании взаимно нерастворимых жидкостей// ЖПХ. 1959. - Т. 32. - № 10. - с. 1495 - 1502.

47. Пикков Л.М. Эффективность использования механической энергии в массообменных аппаратах// ТОХТ. 1986. - Т. 20. - № 2. - с. 241-243.

48. Питерских Т.П., Валашек Е.Р. Экстракция в турбулентном потоке// Химическая промышленность. 1956. - № 1. - с.35-41.

49. Питерских Т.П., Макаров С.Ю., Рапуто А.Г. Влияние отражательных перегородок на массообмен в барботажных аппаратах с мешалками// ТОХТ. -1986.-Т. 20.-№ 1.-е. 91-94.

50. Плановский А.Н., Рамм В.М., Каган С.З. Процессы и аппараты химической технологии. 5-е изд., стер. - М.: Химия, 1968. - 848 с.94

51. Поверхность контакта фаз в закрученном газожидкостном слое/ А.П. Бурдуков, Н.В. Воробьева, А.Р. Дорохов, В.И. Казаков, В.И. Кореньков, Т.В. Ли//ТОХТ.- 1983.-Т. 17. -№ 1.-е. 121-124.

52. Рабинович В.А., Хавин З.Я. Краткий химический справочник. 2-е изд., испр. и доп. - Л.: Химия (Ленингр. отд-ние), 1978. - 392 с.

53. Рамм В.М. Абсорбция газов. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Химия, 1976.-656 с.

54. Расчет коэффициента эжекции вертикальных свободных аэрированных струй/ М.Р. Муталибова, Т.Н. Абаев, С.К. Ревенко, А.В. Голубкович, М.Л. Капитонова// ТОХТ. 1992. - Т. 26. - № 3. - с.442-446.

55. Ровинский Л.А. Оценка дисперсности жидких двухфазных систем// ТОХТ. 1990. - Т. 24. - № 1. - с. 134-137.

56. Розенберг М.М., Брун Е.Б. Математическая модель массопередачи в барботажных абсорберах и реакторах// ТОХТ. 1990. - Т. 24. - № 2. - с. 198205.

57. Розенцвайг А.К. Коалесценция дисперсной фазы жидкостных эмульсий под действием пульсаций скорости в турбулентном сдвиговом потоке// ЖПХ. -1986. Т. 59. - № ю. - с. 2220-2222.

58. Розенцвайг А.К., Пергушев Л.П. Ограниченная дроблением коалесценция в дисперсных системах жидкость жидкость, перемешиваемых в турбулентном режиме// ЖПХ. - 1982. - Т. 55. - № 11. - с. 2620-2622.

59. Розенцвайг А.К., Тронов В.П., Пергушев Л.П. Коалесценция капель воды в мелкодисперсных эмульсиях типа вода в нефти// ЖПХ.-1980. -Т. 53. -№ 8. -с. 1776-1780.

60. Семеновский Ю.В. Исследование процессов тепло- и массообмена при распыливании жидкости в воздушной колонне// Водоснабжение и сантехника. -1980. -№ 10.-е. 8-10.

61. Слободяник И.П. Интенсификация массообмена в системах газ (пар) -жидкость// ЖПХ. 1986. - Т. 59. - № 10. - с. 2200-2203.95

62. Соколов В.Н. Массоперенос в газлифтных химических реакторах/ ЖПХ. 1986. - Т. 59. - № 10 - с. 2175-2180.

63. Соколов В.Н., Домаиский И.В. Газожидкостные реакторы. Л.: Машиностроение (Ленингр. отд-ние), 1976. - 216 с.

64. Соколов Е.Я., Зингер Н.М. Струйные аппараты. 2-е изд. - М.: Энергия, 1970.

65. Стренк Ф. Перемешивание и аппараты с мешалками: Пер. с польск. под ред. И.А. Щупляка Л.: Химия, 1975.-384 с.

66. Тронов В.П., Розенцвайг А.К. К определению частоты слияния капель в дисперсных системах жидкость-жидкость// ЖПХ. 1975. - Т. 48. - № 5. -с. 1265-1266.

67. Турищев А.Ф., Кишиневский М.Х. Абсорбция, сопровождаемая химической реакцией первого порядка, при турбулентном режиме движения// ТОХТ. 1981. - Т. 15. - № 3. - с. 438-440.

68. Уоллис Г. Одномерные двухфазные течения: Пер. с англ. B.C. Данилина, Ю.А. Зейгарника под ред. И.Т. Аладьева М.: Мир, 1972. - 440 с.

69. Федоров А.Я., Романовский И.П. Математическое моделирование газожидкостных реакторов с быстрыми химическими реакциями// ТОХТ. 1995. -Т. 29. - № 3. - с. 309-315.

70. Ходоров Е.И., Кваша В.Б. Расчет нестационарного процесса абсорбции в прямоточных аппаратах с рециркуляцией жидкой фазы// ТОХТ. 1985. - Т. 19.-№6.-с. 819-821.

71. Холпанов Л.П., Вороненко Г.В., Федоров А.Я. Расчет двухуровневой математической модели газожидкостных реакторов// ТОХТ-1985 Т. 19.- № 1. -с. 118-120.

72. Черняк Л.М., Панащенко В.А., Бохонько А.И. К изучению дисперсного состава капель при ударно-отражательном способе распыла// ТОХТ. 1981. -Т. 15.-№4. -с. 602-605.

73. Шарифуллин В.Н. К вопросу расчета удельной поверхности контакта фаз// ТОХТ. 1979. - Т. 13. - № 6. - с.934-935.96

74. Шервуд Т., Пигфорд Р., Уилки Ч. Массопередача: Пер. с англ. Н.Н. Ку-лова под ред. В.А. Малюсова. М.: Химия, 1982. - 696 е., ил.

75. Absorption of СОг by aqueous diethanolamine (DEA) solution in a high shear jet absorber/ A. Chakma, E. Chornet, R.P. Overend, W.H. Dawson// The Canadian journal of chemical engineering, 1990. - V. 68. - № 4. - p. 592-598.

76. Angeli P., Hewitt G.F. Drop size distributions in horizontal oil-water dispersed flows// Chem. Eng. Sci. 2000. - V. 55. - № 12. - p. 3133-3143.

77. Astarita G. The asymptotic status of the Sherwood Pigford model in the theory of absorption with chemical reaction// Chem. Eng. Sci. - 1987. - V. 42. - № 3. -p. 413-418.

78. Chen Z., Pruss J., Warnecke H.-J. A population balance model for disperse systems: drop size distribution in emulsion// Chem. Eng. Sci. 1998. - V. 53. - № 5. -p. 1059-1066.

79. Collins S.B., Knudsen J.G. Drop size distributions produced by turbulent pipe flow of immiscible liquids// AIChE Journal. - 1970. - V. 16. - № 6. - p. 10721080.

80. Coulaloglou C.A., Tavlarides L.L. Drop size distributions and coalescence frequencies of liquid-liquid dispersion in flow vessels// AIChE Journal. 1976. - Vol. 22. - № 2. - p.289-297.

81. Davies J.T. Rates of gas absorption from single gas bubbles// Chem. Eng. Sci. 1986. - V. 41. - № 7. - p. 1928-1929.

82. Dekee D., Carreau P.J., Mordarski J. Bubble velosity and coalescence in vis-coelastic liquids// Chem. Eng. Sci. 1986. - V. 41. - № 9. - p. 2273-2283.

83. Fleischer C., Becker S., Eigenberger G. Detailed modeling of the chemi-sorption of C02 into NaOH in a bubble column// Chem. Eng. Sci. 1996. - V. 51. -№10.-p. 1715-1724.97

84. Gas desorption from liquids: mass transfer and drag coefficients for single bubbles in free rise through newtonian liquids/ H. Ishikawa, T. Miki, M. Okamoto, H. Hikita// Chem. Eng. Sci. 1986. - V. 41. - № 9. - p. 2309-2319.

85. Gas holdup in downflow bubble columns with gas entrainment by a liquid jet/ A. Ohkawa, Y. Shiokawa, N. Sakai, K. Endon// Journal of chemical engineering of Japan. 1985. - V. 18.-№2.-p. 172-174.

86. Glasscock D.A., Rochelle G.T. Numerical simulation of theories for gas absorption with chemical reaction// AIChE Journal. 1989. - V. 35. - № 8. - p. 12711281.

87. Hibiki Т., Ishii M. Experimental study on interfacial area transport in bubbly two-phase flows// International Journal of Heat and Mass Transfer. 1999. - V. 42. -p. 3019-3035.

88. Horner В., Viebahn U., Dialer K. Mass transfer in a turbulent liquid during absorption// Chem. Eng. Sci. 1986. - V. 41. - № 7. - p. 1723-1733.

89. Liu S., Li D. Drop coalescence in turbulent dispersions// Chem. Eng. Sci. -1999. V. 54. - № 21. - p. 5667-5675.

90. Ljckett M.J., Safekourdi A.A. Light transmission through bubble swarms// AIChE Journal. 1977. - V. 23. - № 3. - p. 395-398.

91. Long W.M., Kalachev L.V. On dissolution of a spherical gas bubble in the presence of fast reaction// Chem. Eng. Sci. 2000. - V. 55. - № 8. - p. 2295-2301.

92. Lorenzen L., Kleingeld A.W., Botes F.G. The development and modelling of hight-intensity impinging stream jet reactors for effective mass transfer in heterogeneous systems// Chem. Eng. Sci. 1999. - V. 54. - № 21. - p. 4991-4995.

93. Mass transfer with complex chemical reaction in gas-liquid system -1. Consecutive reversible reactions with equal diffusivities/ R.D. Vas Bhat, W.P.M. van Swaaij, J.A.M. Kuipers, G.F. Versteeg// Chem. Eng. Sci. 1999. - V. 54. - № 2. - p. 121-136.

94. Mignone C.F. The agitation-step method for KLa measurement// Chem. Eng. Sci. 1990. - V. 45. - № 6. - p. 1583-1587.98

95. Mihail R., Straja S. A theoretical model concerning bubble size distributions// Chem. Eng. Journal. 1986. - V. 33. - № 2. - p.71-77.

96. Ponoth S.S., McLaughlin J.B. Numerical simulation of mass transfer for bubble in water// Chem. Eng. Sci. 2000 -V. 55. - № 4. - p. 1237-1255.

97. Radhakrishnan V.R., Mitra A.K. Pressure drop, holdup and interfacial area in vertical two-phase flow of multi-jet ejector induced dispersions// The Canadian journal of chemical engineering. 1984. - V. 62. - № 2. - p. 170-178.

98. Ramos J.I., Pitchumani R. Liquid curtains II. Gas Absorption// Chem. Eng. Sci. - 1990. - V. 45. - № 6. - p. 1595-1604.

99. Ravindram M., Pyla N. Modeling of a venturi scrubber for the control of gaseous pollutants// Ind. Eng. Chem. Process Des. Dev. 1986. - V. 25. - № 1. - p. 35-40.

100. Remarks on using the film model in physical and chemical mass transfer in the liquid phase/ R. Zarzycki, A. Ghacuk., M. Starzak, E. Nagy// Chem. Eng. Sci. -1990. V. 45.-№ 5. - p. 1417-1419.

101. Some flow characteristics of a vertical liquid jet system having downcom-ers/ A. Ohkawa, D. Kusabiraki, Y. Kawai, N. Sakai, K. Endoh// Chem. Eng. Sci. -1986. V. 41. - № 9. - p. 2347-2361.

102. Sprow F.B. Drop size distribution in strongly coalescing agitated liquid-liquid systems// AIChE Journal. 1967. - V. 13. - № 5. - p. 995-998.

103. Study of drop coalescence behaviour for liquid- liquid extraction operation/ Ban Т., Kawaizumi F, Nii S., Takahashi K.// Chem. Eng. Sci. 2000. - V. 55. - № 20.-p. 5385-5391.

104. Thulasidas T.C., Abraham M.A., Cerro R.L. Dispersion during bubble-train flow in capillaries// Chem. Eng. Sci. 1999. - V. 54. - № 1. - p. 61-76.

105. Warnecke H.-J., Geisendorfer M., Hempel D.C. Mass transfer behaviour of gas-liquid jet loop reactors// Chem. Eng. Technol. 1988. -V. 11. - № 5.- p. 306-311.

106. Сг концентрация поглощаемого компонента в газовой фазе, кг/м3;

107. Сж концентрация компонента газовой фазы в ядре жидкости, кг/м ;

108. С*ж равновесная концентрация компонента газовой фазы в жидкости на границе раздела фаз, кг/м3;

109. Сн начальная концентрация поглощаемого компонента в газовой фазе, кг/м3;

110. D диаметр камеры смешения, м;100

111. Дж коэффициент молекулярной диффузии поглощаемого компонента в жидкой фазе, м /с;

112. F- межфазная поверхность, м ;

113. F{d4) интегральная функция плотности распределения частиц дисперсной фазы по размерам, 1/м;

114. G массовый расход рабочей жидкости, кг/с; Ог - массовый расход газа, кг/с;л

115. Nu диффузионный критерий Нуссельта;

116. Vz объем поглощаемого газа, м ;

117. VK конечный объем поглощаемого газа, м3;

118. VH начальный объем поглощаемого газа, м3;

119. VKyM кумулятивный объем фракции частиц диаметром меньше d4,%;w скорость относительного движения пузырьков и потока, м/с;

120. Wi относительная скорость турбулентных пульсаций, м/с;

121. Wd величина среднеквадратичной разности скоростей турбулентныхпульсаций на расстоянии, равном диаметру капель, м/с; We критерий Вебера;

122. Авторы и исполнители разработки от Бийского технологического института. Куничан В .А., Денисов Ю.Н., Севодин В,П., Чащи-лов Д.В., Блазнов А.Н.

123. Настоящий, акт подтверждает практическую ценность результатов исследований и в иных целях использован быть не может.

124. Генеральный де ЗАО «Алтайвит1. Ю.А. Кошелев