автореферат диссертации по энергетике, 05.14.04, диссертация на тему:Исследование процесса разделения газовой смеси энерго- и природосберегающих теплотехнологий очистки искусственного горючего газа

БЕЛОРУССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ПОЛИТЕХНИЧЕСКАЯ

АКАДЕМИЯ

УДК 536.244

ЗОЛОТУХО Данута Витольдовна

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА РАЗДЕЛЕНИЯ ГАЗОВОЙ

СМЕСИ ЭНЕРГО- И ПРИРОДОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕПЛОТЕХНОЛОГИЙ ОЧИСТКИ ИСКУССТВЕННОГО ГОРЮЧЕГО ГАЗА

05.14.04 - Промышленная теплоэнергетика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Минск 1998

Работа выполнена в Белорусской государственной политехнической академии.

Научный руководитель - член-корреспондент БИТА, доктор технических наук, профессор Несенчук А.П.

. Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор БокунИА.,

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Кальтман И И.

Оппонирующая организация - научно-исследовательское государственное предприятие «БелГЭИ».

Зашита состоится «¿2 » ССПОйдрЯ 1998 г. в */Ч' часов щ заседании совета по защите диссертаций Д 02.05,01 при Белорусской государственной политехнической академии: 220027 г-Минск, пр-т Ф.Скорины, 65, корп.2, а.201,239-91-45. .

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке БГТ1А.

Автореферат разослан « // » С<1КГГЬЛ$р$А99Ъ г.

Ученый секретарь совета по защипе диссертаций к.т.н., доцент Н.Б.Каршшкий

©Золотухо Д.В., 1998

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

1. Актуальность темы дйбсертации

Процесс разделения газовой смеси (очистка от СОг и П20) в настоящее время дает не только энергосберегающий, но и природосберегающий эффект. Очистка от диоксида углерода позволяет снизить выброс СО в атмосферу, что уменьшает загрязнение окружающей среды. Особенно это существенно при выплавке чугуна, т.к. выделяется большое количество доменного teua с содержанием , С02до 12%.

В последнее десятилетие в Республике Беларусь большое внимание уделяется энерго- и ресурсосберегающим промышленным теплотехнологиям, в которых реализуются принципы утилизации вторичных энергетических ресурсов. В этой связи естественный интерес представляют теоретические и прикладные исследования, касающиеся использования древесных отходов

деревообрабатывающих предприятий республики с целью получения горючего газа. Искусственный горючий газ (доменный газ или газ из древесных отходов) способен успешно конкурировать с природным, вытесняя его из топливно-энергетического баланса предприятия.

Разработка газогенератора на древесных отходах осуществлено ТГГМО им. A.B. Лыкова НАНБ. Вопросы же очистки горючей смеси оставались открытыми.

Таким образом, создание математического аппарата для определения технологических характеристик блока очистки и его ' энергоемкости являются актуальной задачей.

2. Связь работы с крупными научными программами

Диссертационная работа выполнялась в рамках Государственной программы фундаментальных исследований РБ на 1996 - 2000 гг. "Разработка научных основ создания экологически безопасных энергетических источников и энергосберегающих теплообменных технологий и техники ( Энергетика - 59)", раздел " Исследование процессов интенсификации теплообмена и разработка энергосберегающих теплотехнологий и оборудования"

3. Цель и задачи исследования

|. Предложить современную энергетику технологии осушки газовой смеси при газификации промышленных отходов древесины и получения С02. ':-,'■■

2. Изучить Процессы, определяющие энергоемкость технологии.

3. Изучить поведение микросферического твердого сорбента СаА-БС (ИГ-928) и МцА-БС (ИГ-931) вблизи греющей твердой поверхности.

4. Сформулировать математическую модель процессов тепло- и массопереноса в плоских кацалах-перетоках с учетом конструктивных особенностей аппарата очистки горючего газа и реализовать разработанную модель.

5. Создать математический аппарат, расчета объекта изучения, позволяющий осуществить широкое внедрение предлагаемой энергосберегающей тегогатехнологйи на промышленных предприятиях страны.

4. Объект и предмет исследования

V

В настоящей работе объектом исследования является термопсевдоожиженная гравитационная система, в которой нсевдоожижение Достигается за счет выделения улавливаемого газообразного вещества при регенерации твердой фазы. Границы исследования определяются началом и концом псевдоожижения. В работе также исследуется десорбер ( аппарат очистки газовых смесей) и влияние его наклона к Вертикальной оси на десорбцию.

5. Гипотеза

Предполагается, что гравитационная составляющая окажет сильное влияние на характеристики движения твердого сорбента в горизонтальных и .наклонных перетоках аппарата очистки смеси горючего газа. Также предполагается, что изучение этого явления позволит внести коррекцию в кинетические уравнения газовой и твердой фазы. В свое время эти уравнения были записаны без учета такого влияния, что приводило к остановке циркуляции в адсорбционно-десорбционной системе различных аппаратов.В результате проведенных исследований гипотеза подтвердилась, чтб позволило уточнить математическую модель.

6. Методология и методы Проведенного исследования

В работе используются методы численного моделирования: метод конечных разностей, метод итераций. Идентификация полученных результатов достигается путем сопоставления полученных и имеющихся экспериментальных данных с результатами работы.

7. Научная новизна и значимость полученных результатов

Предложенная автором работы математическая модель процессов тепло- и массопереноса в гравитационной термопсевдооашженной системе с использованием твердых синтетических сорбентов в данной постановке записана впервые.

Также впервые выполнена оценка теплоты адсорбции и условий существования гравитационной системы с термопсевдоожижением.

5 Выполнена оценка экономической эффективности теллотехнолопш очистки искусственного газа ( для доменного газа и газа, полученного из древесных отходов).

8. Практическая значимость полученных результатов-

Аппараты очистки (разделения) газовых смесей, использующих гравитационный термопсевдоожижейный слой твердого синтетического сорбента, обладая низкими энергетическими затратами в сравнении с традиционными ( раствор МЭА и др.), могут найти применение при очистке горючего газа, разделении газовой смеси и ее обезвоживании, что имеет исключительное значение при реализации многих промышленных теплотехнологий. В данном случае результаты использовались для очистки искусственного газа от диоксида углерода.

При реализации предлагаемой технологии очистки горючего искусственного газа ( доменного газа) энергозатраты в сравнении с теплотехнологией, основанной на использований МЭА, сокращаются на 20...40 %. Такое снижение энергозатрат объясняется низкой теплоемкостью синтетических цеолитов, высокой тепло- и массопроводностью системы и отсутствием энергозатрат на псевдоожижение.

9. Основные положения диссертации, выносимые на защиту

На защиту автором работы выносятся: 1)принцип осущки и очистки газовых смесей от СОг;

2) математический аппарат расчета тепло- и массообменных характеристик блока очистки и энергетических затрат;

3) расчетные формулы, позволяющие установить условия существования термопсевдоожиження;

4) методика расчета экономической эффективности теплотсхнологии очистки искусственного газа.

1€. Личный вклад автора

Математический аппарат расчета тепло- и массообменных характеристик системы с гравитационным термопсевдоожиженным слоем синтетического сорбента , расчетные формулы , устанавливающие существование термопсевдоояашелия, получены соискателем лично. Автором диссертации осуществлены: расчет экономической эффективности очисткц газовых смесей, написание диссертации, формирование выводов.

11. Апробация результатов диссертации

Результаты работы докладывались на конференциях научно-педагогических сотрудников БГПА в 1996 ц 1997 гг. Результаты также использовались' При разработке газогенератора иа древесных отходах институтом ИТМО им. А.В.Лыкова АН РБ для ПО "Вцтебскдрев" (г.Витебрк) •

12. Опубликованность результатов

По теме диссертации опубликованы 6 печатных работ. Статьи опубликованы в журналах "Известия! высших.учебных заведений и энергетических объединений СНГ. Энергетика", "Литье и металлургия" (официальный орган БелАлит).Общее количество опубликованных материалов-17 страниц.

13. Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, общей характеристики работы, пяти глав и приложения.

Полный объем диссертации - 160 страниц. Из них иллюстраций - 61 страница, таблиц - 3 страницы и приложение -10 страниц.

Список использованных источников включает 146 наименований.

• -5-

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введений обоснована актуальность продолжения работ по исследованию процессов тепло- и массопереноса, и, в первую очередь, процессов, определяющих работоспособность и экономичность дссорберз, а следовательно, и блока очистки горючей смеси. Определена цель работы и приведена ее краткая характеристика.

D первой главе освещены вопросы методологических основ поиска энергосберегающих теплотсхнологий по разделению газовых смесей, доказана практическая реалюащи энергосберегающей технологии, определены характеристики, определяющие энергоемкость энергосберегающих процессов в системе CaA(MgA) - СО2-Н2О и пропускная способность аппаратов непрерывного действ™.

Методика поиска. энергосберегающих теплотехнологичеекпх систем с предельно высоким энергосберегающим эффектом должна определять базовое направление достижения цели поиска. Основой такого направления является: энергосберегающая технология; энергосберегающая схема и энергосберегающее оборудование, позволяющее реализовать заданные технологию и темлотехнологаческую схему.

Такая методология неизбежно приводит к решениям, обеспечивавшим энерго- и материалосберекенке, R создании ■> экологически совершенных твплстехнологических систем.

Адссрбционно-десорбционные установки разделяются на два больших класса. Это установки с неподвижным и движущимися слоями сорбента. Установки с движущимся слоем сорбента представляются более перспективными, ' благодаря новой

методике десорбции цеолитов в термопсевдоожиженном слое при. его интенсивном нагреве после насыщения углекислым газом.

Использование синтетических цеолитов, в частности СаА и MgA, позволяет шггенсифнцировать процессы сорбции и избежать целого ряда неприятностей технологического характера, связанных с использованием жидких сорбентов. Синтетические цеолиты не боятся воздействия Ог и БОг.содержащихся в исходном сырье, а поэтому установившаяся однажды кинетика адсорбции в аппарате, обусловленная диффузией СО2 в слое сорбента, сохраняется на протяжении всего процесса. „

Показано, что непрерывность сорбционного процесса в системе CaA(MgA)-COj коренным образом изменяет энергетические и конструктивные характеристики аппаратов термической регенерации сорбента. Так, 'реализация в аппарате термопсевдоожижения

-6- *

мнкросфернческого цеолита полностью изменяет' энергетическую основу тешютехнологии, делая ее энергосберегающей, малоотходной и исключающей загрязнение окружающей среды.

Дальнейшее исследование Сбудет? выполнено в рамках энергосберегающей системы СаА(М§А)-СОз , обеспечивающей реализацию энергосберегающей тешютекнологии производства. В качестве оборудование, удовлетворяющего максимальному энергосберейсеншо, принимается термический десорбер с гермопсевдоожиженним гравитационным потоком дисперсного сорбента.

Рабочий вариант блок-схемы очистки искусственного газа от СО] приведен на рис. 1. Блок-схема была предложена сотрудниками кафедры ПТЭиТБГПА ^

Рис. 1

Блок-схема обогащения искусственного горючего газа: 1- подача газа; 2 - газораспределительная решетка; 3 - шаровая насадка; 4,6,8 и .9 - поверхность холодильников (соляной раствор и хладов); 5 и 7 - шаровая насадка; 10 - отвод обоГшценного горючего газа; 11 - отвод С02; 12 - переток-десорбер; 13,14 и 16 - поверхность холодильников (солялЬй раствор хладон); 15 и 17 - шаровая насадка; 18 - блок питания адсорбера цеолитом СаА-БС(ИГ-92 8)

Согласно еЯЙгной методике оценки эффективности варианта сравнение предлагаемых схем выполняется по минимуму приведенных затрат Зтй на 1фонзводство одной тонны целевого продукта (чугуна). На данном этапе предлагаемый вариант должен сопоставляться с абсорбционным способом очистки с использованием водного раствора МЭА. Затраты по предлагаемому варианту с использованием псевдоожиженного слоя цеолита (ИГ-928) подсч1пываготся п соответствии с выражениями

3,=ЕК, + И,+У,; 32 = ЕК2 + И2,

где У - ущербы от Загрязнения окружающей среды.

В результате расчетов получено:

а) по базовому варианту затраты-на удаление из доменного газа 1000 кг газообразного С02 составляют 76,5 у.еЛООО кг С02, в пересчете на 1000 кг произведенного чугуна - 27,54 у.еЛООО кг чугуна.

б) по варианту обогащения в термопсевдоожиженном слое сорбента ИГ-928 эти цифры соответственно равны 43,606 у.е./ШОО кг С02 и 15,70 у.е./1000 кг чугуна.

Таким образом, преимущества варианта обогашешм с использованием твердого сорбента ЙГ-928 неоспоримы.

Во второй глазе рассматривается математическая модель процесса тепло- и массопереноса в системе с термопсевдоожиженным слоем и Погруженной поверхностью, физическая интерпретация ее работы и устойчивость.

Математическая модель процесса термопсевдоожижения в адсорбционной системе с погруженной поверхностью, приведенная в этой главе, решается на ЭВМ. Варианты решений, охватывающие широкий диапазон исходных данных, позволяют оценить наиболее приемлемые параметры десорбера я границы их изменения, обеспечивающие существование термопсевдоожижения слоя, и разработать методику расчета аппаратов с термопсевдоожиженным слоем.

Математическая модель в результате сопоставления решений также позволяет обосновать подход к оценке выигрыша в материальных и энергетических затратах, который можно получить при правильном выборе технологических и конструктивных параметров аппарата.

Приведена замкнутая система дифференциальных уравнений относительно искомых величин _Т, а, е, описывающих тепло- и Массообмен в десорбере с термопсевдоожиженным слоем.

1. Уравнение конвективной диффузии газовой фазы

где А~филкфздшр - газа в плотном слое, т.е. при порозности е < 0,5, причем скорость газовой фазы возрастает "снизу вверх" и задается нелинейной зависимостью от порозности.

2. Уравнение конвективной диффузии сорбированной фазы

• Здесь £>а описывает эффективную диффузию сорбированной фазы, рудучи связана с твердыми частицами, эта фаза перемешивается так ' же, как и частицы. -

3, Уравнение энергии

в(с + ас )— = - еХст ■+ асг)Д Ш -

г ' дХ л т х> т д¥)

- Ш{а - а(Т))рт(1 - е)<

(3)

Начальные условия:

аи = ао; ЗТ«-о=Г0;б| =0,4.

(4)

Граничные условия:

(-1

Г=Га

КдУ)

■ 0.

г=гп

(5)

Условия непроницаемости стенки нагревателя дееорбера для Твердой фазы и газа:

Удг; у=0 Удг;

= 0.

(6)

У=0

И, наконец, на стенке нагревателя условие первого рода с заданной температурой стенки

Цу*>=Т„ ' (7)

или гракачясе условие второго рода с заданным тепловым потоком

(^сОРД = (8)

01

Для определения адсорбционных свойств твердой фазы взяты уравнения Астахова-Дубинина для равновесной адсорбции, уравнение Басмаджана дам плотности сорбированной фазы, уравнение Ваи-дер-Ваальса для Р,, уравнение Клапейрона-Клаузнуса для Н(Т).

Для описания гидродинамики термопсевдоожижения использованы уравнения Тодеса.

. Уравнение, учитывающее измейёние протподнтелмюсти аппарата С (кг/с) в результате отклонения его продольной оси от вертикального положения, мозятк» представить

С=\ра, (9)

где \'т - •старость твердой фазы п яапрайлении вертикальной оси аппарата;

р - тшотпость сорбента;

го - площадь живого сечегеня в нижней части аппарата. Для прямоугольного сечения запишем:

(о - (А ~ <х')(В - а'),

где А и В - размеры отверстия аппарата.

При наличии нормальней формы истечения

где К = 0,3...0,5 для дисперсного материала порозностью е « 0,4...0,6; - гидравлический радиус, определяемый по выражению

к ЛА- а'ХД-а').

э" 2(А + В-2а')' '

-10-

То - начальное сопротивление сдвигу,

(здесь Ла - высота кипящего слоя);

/- коэффициент внутреннего трения,

(здесь <р - угол отклонения плоскости греющей стенки ш вертикального положения). ,

Окончательно записываем:

Таким образом, уточнена математическая модель, позволяющая описать тепло- и массоперенос при десорбции диоксида углерода из синтетического цеолита в термопсевдоожиженном потоке блока очистки.

В третьей главе экспериментально исследована адсорбция смеси С02 и НгО цеолитом СаА методом газоадсорбционной хроматографии, определяются пределы существования термопсевдоожижения, дается анализ перемешивания твердой фазы в исследуемой системе.

Наиболее полное представление о процессах, происходящих в потоке твердого сорбента при его термопсевдоожижении, можно получить, рассматривая десорбер с поверхностью нагрева в виде вертикальной плоской стенки.

На рис.2 приведена схема тепло- и массопереноса в термопсевдоожиженном потоке синтетических микросферических цеолитов М^, СаА и ИаА. Как видно из этого рисунка, термопсевдоожиженный слой представляет собой дисперсную систему с непрерывно изменяющейся плотностью твердой фазы и характером движения частиц сорбента, а следовательно, меняющейся интенсивностью перемешивания. В слое одновременно наблюдаются зоны, начиная с плотной упаковки дисперсного Материала (поз.1, рис.2) и кончая пристенной зоной, в которой плотность дисперсного Материала близка к нулю (поз.4, рис.2).

Эксперименгально исследована адсорбция методом газоадсорбционной хроматографии. Особенность • эксперимента заключается в применении газа-носигела с фиксированной влажностью.

Используя значения удерживаемых объемов, найденных в экспериментах с порциями СО?, получили константы Генрн, которые применимы для расчетов адсорбции бниарных смесей в области заполнения в й 0,1.

Расчетная формула для определения констант Генри К, имеет вид

V - ^я

(п)

где - удерживаемый объем;

т - масса цеолита в хроматографической колонке, равная 0,009 кг. Для аналогичных решений в области средних заполнений разработана методика модификации уравнения Дубинина-Астахова для расчета адсорбции С02 в присутствии водяных паров. Предложена зависимость для расчета изостерической теплоты адсорбции (десорбции) СОг цеолитом СаА в присутствии влаги.

С]>г '<!

Ш.

¿~Р5

Ж

I ~ ' / Л' - Л <Х: —-Л

т-ер,

Рнс. 2. Схема тепло- и массопереноса в термопсевдоожиженном потоке твердого сорбента

Расчетная формула для определения адсорбции (десорбции) да имеет вид

изостерической теплоты

-12-

=23960 - 438,5! *р Дж/молъ,

где температура точки росы, °С.

Существенно важным моментом при выполнении анализа и проектировании ялнаоатов с псевлоожижениым слоем сорбента является вопрос наличия теряспсёвдоожижения и выбора режимов (характеристик) эксплуатации термического десорбера, при которых либо будет сохраняться термопсевдоожикенное состояние цеолита, либо поток будет плотный.

Ответ на этот" вопрос получен на основании "численного

моделирования. Аппроксимация е представлена полиномом второго порядка.

В итоге обработки получено уравнение

г = 0,0927 - 0,267 - Ш3<* + 2,б7а0 + 0,06260 + 0,99 • 10"5 -

-0,6133 106^2 -0,6305-Ю^О2 -3^47я02 -0,304-Ю-,0е2.(13)

На основании зависимости (13) построены графики рис. 3, иллюстр1фующие изменение интенсивности нсевдожшкения от режима нагрева потока и диаметра частиц сорбента.

Рис.3.

а) Зависимость б - /(«?., а) ; б) Зависимость £ = /[(с/,0 Выявлено,что в дисперсных потоках оптимальный режим термопсевдоожижения существует при диаметре частиц 0,4-10"3 м н тепловом потоке 30 103 Вт/м2.

Таким образом, выявлены оптимальные режимы работы блока очистки. Получено выражение (13),которое может быть положено в основу разработки аппаратов термической, регенерации.

Р четвертой главе на базе модели процессов тепло- и массопереноса (1)...(3) проведен всесторонний численный эксперимент, в результате которого выявлены основные закономерности и особенности тепломассопереноса в термопсевдоожиженном гравитационном потоке, нсследован вопрос об устойчивости модели к возмущениям, вносимым ошибкой эмпирических зависимостей коэффициента перемешивания, дан детальный анализ тепло- и массообменных характеристик.

Расчет тепло- и массообмеиа в перетоке с термопсевдоожиженным слоем производился при граничных условиях первого и второго рода (заданы, соответственно, температура и тепловой поток). Задача с заданным тепловым потоком от стенки дает более четкое представление о результатах теплового воздействия на дисперсный поток сорбента и тепловом балансе в потоке, т.к. исключает неопределенность этого потока, вносимую резко меняющимся коэффициентом теплопроводности в термопсевдоожиженном слое. Варьированию подвергались как технологические характеристики (тепловой поток, начальная степень адсорбции, размер частиц, расход цеолита), так и конструктивные параметры аппарата. Наибольшее влияние на эффективность десорбции оказывает расход цеолита О и диаметр частиц с/(рис. 4 и 5).

Рис. 4 Рис. 5

Повышенная десорбция диоксида углерода наблюдается у частиц 0,Ы0'3...0,310'5 м (рис. 4). При малых расходах материала десорбция заканчивается на небольшой высоте нагрева. Увеличивая расход, мы тем самым опускаем зону плотного слоя в нижнюю часть аппарата .При G = б кг/(м'с) наблюдается минимальный перегрев частиц { рис.5). По сравнению с минимальным расходом линия <7 = 6 кг/(м2с) характерна малой полнотой регенерации ( адсорбция С02 в материале высока). ■ Па рис.4 и 5 показано, какое влияние оказывает изменение угла наклона q> аппарата к вертикальной оси. При, этом очень сильно изменяется положение фронта видимого псевдоожижения и прогрев дисперсного материала.

Результаты работы положены в «снопу проектирования блока очистки искусственных горючих газов га древесных отходов на ПО "Витебскдрев".

В пятой главе приведен расчет экономической эффективности тепл»технологии очистки искусственного горючего газа из древесной щепы и домерното газа.

Экономическая эффективность мероприятия обогащения (очистка от СОД искусственного газа складывается из следующих сосгавлягащх.

Природосберегающий эффект. Снижение образования COj при сжигании горючего таза и его выброса в атмосферу (налоговые санкции - 60 у .е./ тонна СО)

Налог за сброс СО в окружающую среду составит

Цнм ~ Нул'Ссо, где Geo-0.54-Ю'3 кг на 1000 м3 газа из щепы.

' Цв, = 0,54-10"3-60 у.е, = 32-10'3 у.е.

Для доменного газа имеем

Цям = 60 y.e.'0,75-10'' = 45-Ю"3 у.е./т (чугуна).

Энергосберегающий эффект. Сокращение затрат энергии на диссоциацию молекулы CQj при сжигании искусственного газа из щепы.

Повышение теплоты сгорания газа при его обогащении ( удаление балласта в виде СОз).

Повышение теплоты сгорания при обогащении 10 % С02 газа из щепы обеспечивает возрастание теплоты сгорания ла 650 кДж/м3 (газа)

при общей теплоте сгорания 6,5 МДж/м3 (газа). Соответственно для доменного газа при обогащении 12 % СОг обеспечивает возрастание теплоты сгорания на 478 кДж/м3 (доменный газ) при общей теплоте сгорания 3980 кДж/м3(доменный газ). Однако экономический эффект технологи имеет при использовании СОг.

Таким образом, при внедрении результатов работы эффективность от сокращения налога за выброс продуктов сгорания искусственного газа из щепы составит 32-Ю3 у.е.за 1000 м3 газа. При этом затраты энергии на эндотермические реакции диссоциации молекулы СОг при горении сократятся на 0,143 МДж/кт СОз- Также очистка (обогащение) позволит повысить теплоту сгорания на 650 кДж/м3 искусственного газа из щепы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Впервые разработана математическая модель процессов тепло- и массопереноса для систем с термопсевдоожйженным гравитационный потоком твердого сорбента и поверхностно обогреваемых перетоков, представленной плоскими поверхностями [2]. Математическая Модель состоит из трех дифференциальных уравнений в Частных производных, описывающая характер изменения основ¡Шх характеристик потока -температуры, порозности и степени адсорбции - в процессах термической регенерации твердого сорбента. Численное решение системы было выполнено методом конечных разностей с Неявной схемой и реализовано на ЭВМ. •

2. Проведен обширный численный эксперимент, позволивший выявить основные особенности тепло- и массопереноса в термических десорберах [1,3]. Варьированию подвергались как техНоЛогйческие характеристики (расход цеолита, тепловой поток, начальная степень 'адсорбции, размер частиц), так и конструктийные Параметры апйзрата (полурасстояние между поверхностями перетоков, их ориеШШШЯ й высота). Показано, что наибольшее влияние на эффективность десорбции оказывают расход цеолита и диаметр его частиц. В частности, при изменении расхода Цеолита От 1 до 6 кг/(мгс) коэффициенгтеплоотдачи в зоне плотного слоя возрастаем На 400 % . Также показано, какое сильное влияние на эффективность десорбции имеет угол наклона перетока (рис. 4 и 5).

3. Выявлены оптимальные режимы работы блока Ьчистки, обеспечивающие устойчивое термопсевдоожижение в системе с вертикальными плоскими обогревающими перетоками. Йойучено выражение (13), которое может быть положено в основу разработки

гшпаратов термической регенерации {6]. Анализ этой зависимости показал, что оптимальный режим термопсевдооишжения может существовать в дисперсных потоках с диаметром частиц 0,4'10'3 м и тепловым потоком 30-103 Вт/м2.

4. Достоверность математической модели подтверждена проф. А.П. Несенчуком в эксперименте, целью которого было определение температур греющей поверхности и потока цеолита, а также степени насыщения сорбента. Сравнение расчетных и экспериментальных данных показало, что относительная погрешность не превышает 7,4 %.

5. Впервые предложены технологические характеристики аппаратов; которые могут быть использованы при - разработке теплотехнологии очистки искусственного горючего газа от диоксида углерода и воды.

6. Проведён расчет экономической эффективности очистки искусственного горючего газа от СОг-Результаты работы положены в основу проектирования блока очистки искусственных горючих газов из древесных .отходов на ПО "Внтебскдрев" и нового направления в проектировании станций по производству диоксида углерода, которое развивается ПО " Гйпрохолод" (г. Москва).

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ

1. Несенчук" А.П., Золотуко Д.В. К вопросу об эффективности тенлопритока к адсорбенту в аппаратах термической регенерецни// Изв. высш. учеб. заведений и эиерг. объед. СНГ. Энергетика. - 1993. -№ 5-6. - С. 109-111.

2. Несенчук А.П., Золотухо Д.В. Уточненное уравнение диффузии сорбированной фазы// Изв. высш. учёб, заведений и знерг. объед, СНГ. Энергетика. - 1993. -№ 9-10. - С. 87-90.

3. Несенчук А.П., Золотухо ^ Д.В. Численное моделирование теплообменных характеристик термопсевдоожиженного гравитационного потока// Изв. высш. учеб. заведений и эиерг. объед. СНГ. Энергетика. - 1994. - № 3-4. - С. 83-85.

4. Малевич Ю.А., Золотухр Д.В. Распределение средней адсорбции в аппретах термической регенерации синтетических цеолитов группы А /ЛЬв. высш. учеб. заведений и эиерг. объед. СНГ. Энергетика. - 1994. -Кг 3-4.-С. 95-97.

5. Золотухо Д.В. Исследование диффузии углекислоты в зернах синтетических цеолитов // Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объед. СНГ. Энергетика. - 1997.- № 7-8. - С. 86-87.

б.Определение удельных энергозатрат на регенерацию сорбента в термопсевдоожиженном слое / А.П.Несенчук,И.А.Трусова, Д.В.Золотухо,М.Г.Пшоник, Н.Г.Малькевич//Литье и металлургия. БелАлит.- 1998.-№1-С. 34-36. • '

РЕЗЮМЕ

Золотухо Данута Витольдовна." Исследование процесса разделения газовой смеси энерго- и природосберегающих теплотехнологий очистки искусственного горючего газа"

Ключевые слова: газовая смесь, теплообмен, пропускная способность, термопсевдоожнже1ше, адсорбционная система, математическая модель, тепломассоперенос, прогрев, энергосбережение, аппарат.

Объектом исследования являются процессы тепло- и массопереноса в термопсевдоожижешюй гравитационной системе, определяющие работоспособность и экономичность десорбера, а следовательно, и блока очистки горючей смеси.

Цель работы - создание математического аппарата расчета десорбера с плоскими греющими поверхностями в гравитационном термопсевдоожиженном слое твердого сорбента.

Метод исследования - расчетно-экспериментальлый.

Впервые разработана математическая модель процессов тепло- и массопереноса для систем с термопсевдоожиженным гравитационным потоком твердого сорбента и поверхностно обогреваемых перетоков, представленной плоскими поверхностями.

Проведен обширный численный .эксперимент, позволивший выявить основные особенности тепло- и массопереноса в термических десорберах.

Выявлены оптимальные режимы работы блока очистки, обеспечивающие устойчивое термопсевдоожижение р системе с вертикальным« плоскими обогревающими перетоками, которые могут быть положены в основу разработки аппаратов термической регенерации.

Область применения - очистка горючих смесей от С02 и Н20, а также разделение газовых смесей.

РЭЗЮМЕ

З&яатуха Данута В1тольдауна."Даследаванне лрацэса раздзялення Тазанай сумеа энерга- 1 прыродазберагаючых цеплатэхналопй ачышчэння штучных гаручых газау

Ключавыя словы: гглавая сумесь, цеплаабмен, прапускная здольнасць, тэрмапсеудазжыжэнне, цепламасагтеранос, адсарбцыйиая Ыстэма, праграванне, энергазберажэнне, апарат.

Аб'ектам даследавання з'я^ляюцца працэсы цепла- i масапераносу У тэрмапсеудазжыжаиан «стэмс, як\я вызиачаюць працаздолЬнасць i эканам1чнасць дэсарбера, i адпаведна,: блока ачышчэння гаручак cyweci.

Мэта работы - стварэнне матзматычнага апарату разл)ку дэсарбера з iwocKiMi награвагочым! паверхиям! у гравггацыйным тэрмапсеудазжыжаным ела! цвёрдага сарбеНту.

Метад даследавання - разл!кова-эксперыменталыш.

Упершыню распрацавана матэматычная мадэль працэсау цепла- i масапераносу для с!стэм з тэрмапсеудазжыжаным гравггацыйным патокам цвёрдага сарбету i абаграваемых зверху ператокау, якая прадставлена плосюм! паверхням'1.

Зпойдзены аптымальныя рэжымы работы блоку ачышчэння, яки забяспечваюць устойл1вае тэрмапсеудазжыжэнне у с'ютэме з вертикальным! плоек ¡Mi абаграваючьш ператокам!, як|'я могуць быць паложаны у аснову pacnpauojfri апаратау тэрм1чнай рэгенерацьн.

Вобласць прымянення - ачышчэнне гаручых сумесей ад СОг i Н20, а таксама раздзяленне газавых сумесей.

SUMMARY

Zolotuho Danuta Vitoldovna

The key words: gas mixture, heat exchange, capacity, heat fluedization, the system of adsorption, a mathematical model, the heat mass transfer, warming up, the economy of energy, an apparatus.

The object of research is the processes of heat mass transfer in the heat fluedization system, which determines the desorber's efficiency and economy therefore the block of gas cleaning mixture.

The aim of work is to create the mathematical apparatus of calculation with flat wafm surfaces in a gravitational fluidizationai layer of a firm sorbent

The method of the research is rated and experimental.

The mathematical model of heat mass transfer process was worked out, for the first time, for the systems of heat fluidization flow of firm sorbent and warm surface transfers which are presented by flat surfaces.

A vast numeral experiment was carried out which permitted to reveal basic peculiarities of heat mass transfer in thermal desorbers.

Optimum, working conditions of cleaning block were showed up which provide the firm heat fluidization in the system with vertical flat warm

transfers, which can be the basis of working up apparatus of heat regeneration.

The field of application is the cleaning of gas mixtures from COj H20 the division of gas mixtures.

ЗОЛОТУХО Данута Витольдовна

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА РАЗДЕЛЕНИЯ ГАЗОВОЙ СМЕСИ ЭНЕРГОг- И ПРИРОДОСБЕРЕГАЩХ ТЕМОТЕХНОЛОГИЙ ОЧИСТКИ ИСКУССТВЕННОГО ГОРШЕГО ГАЗА.

05.14.04,- Промышленная теплоэнергетика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

____Редактор Г.В.Ширкина___ -

Подписано в печать 18.08.98. Формат 60x84^/16. Бумага тип. № 2. "Офсет.печать.

' Усл.печ.л.1.3. Уч.-изд.л.1,0. ТирЛ00.Зак.454._

Издатель и полиграфическое исполнение: Белорусская государственная политехническая академия. Лицензия ЛВ » 155 от 30.01.98.- 220027, Минск, пр.Ф.Скорины.65.