автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Массообмен при обтекании проницаемого горизонтального цилиндра

Московский ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени химико-технологический институт им. Д. И. Менделеева

На правах рукописи

КАСТРО АРЕЯНО ХОСЕ ХАВЬЕР

МД0000БМЕН ПРИ ОБТЕКАНИИ ПРОНИЦАЕМОГО ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ЦИЛИНДРА

(05.17.08 — процессы и аппараты химической технологии)

АВТОРЕФЕРАТ '

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва — 1Я92

Работа выполнена на кафедре процессов и аппаратов химической технологии Московского ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени химико-технологического института им. Д. И. Менделеева.

Научный руководитель — кандидат технических паук, доцент В. П. Брыков.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор В. С. Бесков; кандидат технических наук, с. и. с. А. А. Дмитриев.

Ведущая организация — Казанский химико-технологический институт им. С. М. Кирова.

Защита состоится е?К7с?-П$г2; 1992 г.

в часов на заседании специализированного

совета Д 053.34.08 в МХТИ им. Д. И. Менделеева вауд. Щ/^/еЩ

(125190 Москва, А-190, Миусская пл., дом 9).

С диссертацией можно ознакомиться в научно-ииформационном центре МХТИ им. Д. И. Менделеева.

Автореферат разослан

1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета

Д. А. БОБРОВ

' ЦТ« ".Л 3

I гоЗль« щплсторнстпка работы .

.»тп'упльрпоть трич. Игучвиси гшсссоЗнэпа на крокэдос-ксЯ по-шрхкссга трубчатых элементов з условиях вдува (отсосч) иорэгз стенку сохраняет актуальность вследствие нарешенлозти этой задачи при очевидной практической значкмэсгл для расчота тохиологи-чоского оборудования в частости яри (разовых и пиллеских превращениях и неубранном разделении суэсой.

Существующие аьтомодолыгно рекегош урашшш.1 псграничлого слоя на прстщас-моЗ поверхности, а таюке результаты численных расчетов цркблкшпшш [.«отодаля деуи? ляаь качественную оценку влияния вдува (отсоса) в ограниченней области безотрывных течений в лобовой части цилиндра.

Реальные процессы течения п мзссоперзноса вдоль поверхности проницаемого цилиндра нэавтомоделькы и сопровоздьздоя отрывом погрзничного слоя и возникновением едоетюй внхревол структура течения. Кромо того, даффузнашшй слсП на поверхности цилиндра создает неустойчивую концентрационную стратификацию -в результате массообкен реализуется при одновременном воздействии вынужденней и естественной конвекция па криволинейной про . пинаемой поверт.ности. Столь слог-айв гидродинамические условия исключают аналитические подхода к весьма затрудняют моделирование процесса числешшми методам. Источштком наиболее надвигай информации является эксперимент.

Цель работы. Экспериментальное исследование концентрационных полей при ламинарном обтекания проницаемого цилиндра в условиях свободной и смешанной конвекции.

Анализ влияния вдува (отсоса) на локальные и интегральные массообменные характеристики и получение расчетных уравнений массообмена.

Разработка на основе полученного уравнения модели процесса мембранного разделения бинарной газовой смеси в аппарате с трубчатыми элементами.

Анализ влияния вневшедиф£узионного сопротивления но массо-обменные и энергетические показатели мембранного процесса при повышенных давлениях.

Научная новизна. Иятерферомнтричасклы методом получено распределение концентраций в диффузионном слое, формирующимся в газовой среде на поверхности проницаемого горизонтального цилин -црз в услоеиях свободной и смешанной конвекции. Выявлено воздействие вдува (отсоса) на иоисхен/.о границы безотрывного течения, Цг-рму концентрационных профилей и локальные числа Шервуда в широком диапазоне параметров от сильного отсоса до полного оттос-

нения диффузионного слоя при вдуве.

Получено обобщенное» уравнение в форме относительного закона массообмена, на основе которого выполнен анализ влияния внош-недаффузионного сопротивле!шя на массообмекные и энергетические показатели процесса разделения бинарной газовой снеси в мембранном трубчатом аппарате при повышенных давлениях.

Практическая ценность. Полученное уравнение массообмена мо-кет бить рекомендовано для расчета технологических аппаратов из трубчатых элементов, в которых реализуются процессы массопо-реноса в газовой фазе, осложненные воздействием ненулевой радиальной скорости на стенке. В пределах корректности принципа аналогии полученное уравнение монет быть использовано для расчета теплообмена на проницаемой цилиндрической поверхности. При всех случаях применения предполагается ламинарный регам обтекания цилиндра при свободной, вынужденной и смешанной конвекции.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доловены и обсукдеш на коллоквиумах по мембранным методам разделения кафедры процессов и аппаратов химической технологии ЮТИ им.Д.И.Менделеева, IV всесоюзной конференции молодых ученых и специалистов по физической химии (г.Москва, июнь 1990) и научном семинаре по процессам и аппаратам химической технологии. Народный политехнический институт (г.Мехико, Мексика, август 1991).

Публикации. По теме диссертации опубликована I работа.

Структура и обьем работы. Диссертация состоит из введения, 4-х глав и заключения, изложенных на страницах машинописного текста и*^ таблиц. Список литературы содеркит_5?£ наименований, приложение состоит из// таблиц и занимает страниц.

Основное содержание работы.

В первой главе рассмотрены закономерности развития гидродинамического и диффузионного пограничного слоя вдоль проницаемой поверхности в условиях вынужденной, свободной и смешанной конвекции. Выявлено, что аналитические подходы ограничены автомодельными решениями, полученными при безградиентном течении вдоль пластины и градиентном обтекании модельного тела (клина). Обсувдены результаты работ, исследующих влияние вдува (отсоса) приближенными численными методами для неавтомодельных течений, а также данные, полученные в эксперименте. Анализируется влияние градиентности течения и грашгошх условий на форму профиля скорости и концентрации в условиях вдува (отсоса).

Показано, что имеющаяся информация, качественно отражающая основные закономерности воздействия вдува (отсоса), не может

быть использована для количественного описания массопоренсса в нограшгпюм слое вдоль всей поверхности проницаемого горизонта льного цилшдра в силу пеавтсмодольностн и меняющейся градиеи-тности течения в лобовой части и возникновения области отрывных течешь! в хвостовой части цилиндра, где затрудлительно дает приближенное моделирование процесса.

Не изучено влияние вдува (отсоса) на положение грашщи безотрывного течения на поверхности цилиндра1. Процессы на нроницаэ-моft поверхности при наложении вынужденного и свободпоконвектив-ного течений исследованы лишь для вертикальной пластины г. условиях, когда доминирует влияние одного из видов точений, "а поз-деЯствив второго рассматривается как возмущение. теоретических и аяспериментальшх работ по массообмеиу на поверхности проницаемого цилиндра при смешанной конвекции но обнаружено.

На основе критического анализа кмевдеПся информация долавт-ся вывод о целесообразности эксперимениального кзуче. ия муссоне-реноса в пограничном слое на поверхности проницаемо! э горизонтального цилиндра и формулируется программа исслэдовглия.

Во второй главе дан анализ возможностей1 интерферомэтрачес-кого метода ксследовашш диффузионного пограничного '.лот, показано, что двухлучевой дифракционный интерферометр, реализованный на базе теневого прибора ИАБ-451 с источником обота - неоио гелиевым лазером ЛП1-21Б (рис. I), позволяет с хорошей точностью получить раопределенно концентраций в диффузионном слое при ламинарном обтекании проницаемого цилиндра газовой средой.

Экспериментальная установка включает, кроме оптической системы, камеру с оптическими окнами, помещенную в рабочее плечо интерферометра и систему создания и контроля материальных потоков. Камера представляет собой плоский канал, в котором формируется поток ес -'ха, обтьлащий горизонтальный проницаемый цилиндр. Конструкция и основные размеры камеры и цилиндра исключает стеснение потока и его начальную турбулизацию. Были использованы трубки из пористого никеля ((1^=16 мм, 6с,„=0,2 мм, 1=125 мм, пористость 80!i), а также угольные и керамические трубки ( ^=10 мм, 8ст=2,Б мм, 1=125 мм, пористость 50U). В опытах при свободной кснвекщш трубки находились вне камеры.

В режиме вдува процесс моделировался подачей углекислого газа, гелия и их смессЯ с азотом через пористу» стенку цилиндра. Интенсивная циркуляция газа внутри цилиндра обеспечивала однородность вдува по длен") трубки. При отсосе мзлой ;ют'>нсиыюсти диффузионный слой на внозщ*Л поверхности удалось создать за счет яческпх скоростей дкОДгзпп б г&яоюЯ ср;¡я пря малой

Рис. 1 Оптическая схома двуллучового дифракционного интерферометра .

1-источник свата (ЛГН-215); 2- коллиматор; 3 -приемная часть; 4-фоторегистрируяцее устройство; 5-прошщаемий цилиндр; б-клнн: диафрагмы ; ,Ь2~ основные объективы : Ь^.Ь^,!^- линзы; Я- дифракционная решетка ; Е1 и Е2~ исходный волновой фронт в измерительном и сравнительном плече ; Е2 и Е^- волновые фронта но выходе из рабочей и сравнительной ячеек.

саше и высокой пористости стенки никелевого цилиндра. В сор;:и опытов при едльном отсосе использован метод аналогового мелели-ровашя - исследован тепловой пограничный слой вокруг нагретого цилиндра, через пористые стенки которого отсасывался воздух. Малые эффективные диаметры пор и высокая пористость стенок позволяет рассматривать распределение радиальной скорости на стенке как сплошное. Процесс протекал при температуре п довлеют атмосферного воздуха.

Оптическая система дифракционного интерферометра позволяла наблюдать развитие диффузионного слоя и фиксировать стационарные состояния на фотопленку "Микрат-300". Какдый режим дуб.,тировался в серии параллельных измерений Б > 8 раз для уменьшзния случайной ошибки и сглаживания пульсаций пограничного слоя в момент его отрыва. ИнтерЕерограммы процесса были получены при настройке на полосы бесконечной и конечной ширины. Расшифровка ин-терферограмм давала распределение наблюдаемой Б (<р,У) и дейстьл • тельной 3((р,У) разности фаз световых волн, при этом были введены поправки, связанные с криволинейностыо траектории луча и краевым эффектом.

Поле концентраций рассчитывалось по соотношению для идеального интерферометра

к ( m

ХА(ф,У) = x + -4 Ae 1 I «A

Б1КФ)

_a

¡y

S(q.Y), (1)

P 'n

далее для 12 сечений находили безразмерные профили концентрации

О (2)

и локальные числа Шорвуда

d (3)

Y=0

Выполнен анализ систематической и случайной составляющей ошибки пряшх измерений фазового сдвига S <ф, У) оптической и фо~ торегистрнрущей систотюй. Оцешса случайной погрешности косвенных измерений Sh((p) в области бегютрывшх течений при умеренном вдуве и отсосе дает взличшу 2*6%, резко возрастала п зоне отрыва и при сильном вдуве. Связано это с принципп 1льно.\ особенностью обтекания цилиндра - отрывом и пульсацией погра:й:чно-го слоя. Систематическая ошибка в оценке Sh(cp) вызвана пренде всего искажением геометрической тени цилиндра, дафракщгой и угловым смешением оси цилиндра и .юстихает Зй . Суммарная погрешность числа Ыервуда SK, осредыэнного по периметру, составляет 5*1 ОЖ В бОЛЬШШСТВв оштов.

В тратой главе представлены результаты экспериментального изучения диффузионного слоя на поверхности горизонтального проницаемого шшшдра. Опиты проводились при свободной (Gr=103 * 1,5 10?) я смешанной (Re =10 , 360) конвекции , при этом число

ГГ

Ричардсона Н1 = характеризующее соотношение свободной и вц-Re*-

нувдешюй кгнцекщш, изменялось от 0,18 до 800, что соответствует переходн-.jß области между предельными ренатами точешш. Число Нву, опредоллщее интенсивность вдува (отсоса), менялось в пределах- 50 - IЬО и охватывает иирокую область от сильного отсоса (йеу -а)) да иояпл'о оттеснения диффузионного пограничного слоя при ьдуье . 'Ысла ИЬшдта 2с находились в пределах 0,2 ♦ 0,92. Информация представлена в гиде штарфцюграш и графиков, где показнни прсцила концентрации и распределения локальных чисел Шервуде Shty) дти исиоолво хлрыствршдл режимов обтекания щииш-дра. ß та<Ъш;ыс щ,плотни >i дгши значения SIL

lía рис:. 2 пока:-тш примеры 1ШТвр1-орог-рт«, соо^нэтет^уы-иих укереннспу влупу cuaca 00,-Н.» np;i свободной (Р.е - О ГП е), и домикирукиоН швуилеьнйй <íte=-360 III =1 ЛЬ) коишяпоа. а так-i.e при сои.т-рш'-.м йозд&йоть'ла диух видов тв'ысл (Ко .--2f PJ-•- Бо).Там ил дьип i!hi''¡].<l<;¡,r¡:'p:-.i.'.'ía при силено ьлу!-.з с «••{»кнесшем ;u!l'ii'Si'o¡!.ioro слоя.

1

б

При свободной конвекции сохраняется симметрия распределения интерферренцяошшх полос (Хд= conat) относительно вертикальной оси, четко фиксируется область максимальных градиентов концентрации н зона формирования следа. При смешанной конвекции возшиаот асклвлетрия ноля концентраций, с ростом Re и уменьшением R1 точке] максимального градиента и направление следа смещается к горизонтали.

При доминирующей вынувдэнной конвзкции определено влияние' вдува (отсоса) на положение границы безотрывного течения <рот (рис. 3) - вдув дестабилизирует течение, уменьшая срот, отсос, напротив, повышает устойчивость, смещая фот в хвостовую часть цилиндра. Однако при фот —> 45° дальнейшее увеличение вдува Гфи-водит лишь к оттеснению диффузшшюго слоя при сохранении примерно постоянной кривизны интерференционных полос, что косвенно подтверждает теоретическое положение об отсутствии перегиба профиля скорости при градиентности течения (3, > 0,5. При вынужденной конвекции точки минимальных градиентов (ф = 120° и 240°) смещены относительно фот и соответствуют зоне интенсивного вкх-рэобразования, при свободной конвоквди ношеньиие градиенты концентрата! при ф = 180°.

D опытах обнаружено, что неравномерное распределение давления газа у стенки Р (ф) 1фиводит к соответствующему изменения локальных значешШ скорос и вдува (отсоса) и пристенной концентрации - при отсосо и уморенном вдуве появляется полог.зг:ель-

hiiií продольный градиент концентрации Х/Ц). Это отмечено в условиях свободной и особенно вынужденной конвекции при вдуве и отсосо через тонкостенную никелевую трубку. В диссертации дача оценка показателя в степенном законе изменения ХДи).

fía рис. 4 показаны профили концентрации в свободноконвек-тивнем пограничном слое при умеренном и сильном вдуве. Рисунки 5 и 6 иллюстрируют влияние вдува (отсоса) на изменение формы кривой в (ф.т)) при ф = 90° и распределение локальных чисел Шервуда. Процесс на поверхности цилиндра ноавтомоделен, тем не мз-нео вне области формирования следа (ф < 90°) концентрационный профиль и локальные значения БЩф) изменяются незначительно, S-образная форма.кривой характерна для всех сечений при пильном вдува и области формирования следа (ф > 120°) при малых значениях Rey.

При вынужденной конвекции влияние вдува (отсоса) на форму Y" п ц

кривых 0о(ф,т)), где т) -—Re 1 , качественно такое же, однако

• • ■*> "

щ ЧрР^

Г" А •.

ш.—ид,

Яе=360 Р1 = 1.15

у ,'Л • 'Л , * 'Л-

••/ч--' У

Яе=21 Я ¡ = 50

IX

Яе=190 РI = 1.60

Рис. 2 Интерфэрограмш при различных условиях течения.

-40 -20

Ьпс.о ¡зависимость координаты отрыва от параметров вдувь(отсоса). при Ф - 120° и 240° профили концентрации характеризуется мшш-

м^шиьм значением

' «а

_о

¿1)

1,-0

При смененной коивэкпии асимилрии в ¡»кгц чч^ьж'и к*,ни*н-

при умеренном вдувэ (Неу=1,61, Г»г=21400, Бсср=0,84, 8сш=0,762,

й = 16 10"3м, смесь С02-Н2, ХдО=0,51). траций и локальных чисел Шервуда зависит от числа Ричардсона М. На рис. 7 показано распределение БЬ(<р) при смешанной конвекции при различной интенсивности вдува.

В диссертации обсуждены закономерности изменения 0 (<рл]) и БЬ(ф) как результат деформации распределений тангекциалшой и радиальной скорости за счет вдува (отсоса), меняющейся градиент-ности течения и возникновения области формирования следа за цилиндром. Сопоставление с автомодельными решениями и результатами численных расчетов подтверждает качественно схожую картину воздействия вдува (отсоса) лишь л лобовой части цилиндра.

6с

Рис. Б Профили концентрации в условиях свободной конвекции при различных значениях параметра вдува (отсоса), фиксированной угловой координате <р = 90° и следующих шгачытнх параиет ра вдува (отсоса) П^г/Сг1= -0,26; 2-0; 3-0,133; 4-2,63.

Рис 6 Распределение локальных чисел Шервуда в условиях свободной конвекции

Рис. 7 Распределение локальных чисел Шервуда в условиях смешанной конвекции.

1 о

Обобщение вкспериментальных значений Sti, осредненных по периметру цилиндра, выполнено в форме относительного закона

НЕ = 5Б0 ф(Ьв), (4)

учитывающего воздействие вдува (отсоса) как возмущение, вносимое в базовый, процесс массообмена на непроницаемой поверхности цилиндра при Re = Idem, Gr = Idem, Sc = idem и тех же граничных

~ тс

условиях : - ХАе ~ X при К = Idem.

При свободной конвекции в качестве SR0(Ra,Sc,Re^O) приняты на (основе аналогия) результаты численного решения1 уравнений движения и энергии без допущений пограничного слоя и обработанные наш в виде соотношения

БЕ0 = 0,518 Ra0,25 f1 (Еа) f2(Sc) f3(K). (5)

где f1(Ra) = 1 + <,6 Ra~0,2 - функция, учитывающая отклонение

от'модели пограничного слоя,

Г 9/1б1 /9

f2(Sc) = [1 + (0,559/Sc) "J - известная корреляция от

физических свойств среда,

f3(K) -.функция, учитывающая степенной закон изменения концентрации xA(i).

При смешанной корвекции STi0(Re,Ra,Sc,Rev-Q) определяли по уравнению

SEq = ^(Ri) SEQiRa.Sc.Re^O) * f2(Rl) SEotRe.Sc.Re^-O), (6) полученному нами обработкой литературных данных по теплообмену в переходной области (0 < R1 < »), правде всего экспериментальной работы 2. В уравнении (6)

f1 (Rl) = t1-exp(-0,1 Rl) ]

I2(R1) a eipt-0,0179 Rl1,51] Rl—0 " I, (Rl) —♦ G I2(R1)--. I Ri—a ft (Rl) —« 1 f2(Rl)--0

1 I.H.Kuofcn, R.J.Golgstein, Numerical Solution" to thcTNavier-StoKeo equations for laminar natural coveotion about a horizontal isothermal circular cylinder, Int.J.Heat Наев transfer 23, 971-979 (1980).

2 R.H.Fan I and K.K.Keewani, Ooihbin^d natural and forced convection lifeat transfer froia horizontal liuiers to water, Int.J. Heat tass transfer 1 f:., 1175-1991 (197 3).

j Cnp!ib04HiiK uo тенлообмзнп.исам: b ? T.l/c 74. Пер. с англ., код ред. Е.С.Летукона, Б.К. |Каци.сиа .-W. rtii.-jproa-ic миздат, 1 'If:7 . -ббС'С. :нл.

Величина Б7То(Ке,Зс,Неу=0) рассчитана по известим соотношениям для непроницаемого цилиндра-' с учетом степенного закона изменения X.,,.

В качестве обобщенного параметра вдува (отсоса) кспользова-яп величина

1

5с

ср

1/2

СП

которая используется при автомодельных подходах и учитывает .изменение свойств среда. На ркс. 8 показаны результаты обобщения,

учитывает из:,сенегою свойств среды.

На ркс. 8 показаны результаты обобщения, статистической обработка массива опытных точек позволила получить

•^(Ьр) = ехр(0,-'05 Ьд] при Ь0 < 3 (О)

Ф(Ь0) =- Ьэ при Ьс > 3 (9)

причем соотноЕпшю (9) соответствует асимптотическому рэпаккэ для сильного отсоса.

В диссертации выполнена оценка значимости коэффициента в экспоненте и адекватности описания массива опытных точек уравнением (В).

В четвертой главе изложены схема расчета и результата анализа массообмэнных и энергетических показателей мембранного процесса разделения бинарной пеидеальной газовой смеси в аппарате с: трубчатыми элементами. Расчет основан на использовании уравнения (8), что позволило до известной степени учесть реальную структуру точения в напорной полости аппарата и изучить влияние внеганедиффузионного сопротивления массопереносу при повшзен-шгх давлениях. <

Вычислительная процедура предусматривает дискретизацию пространства аппарата на секции (мезкду перегородками), ряды и ячейки, полученные разбиением ряда на п - шагов по длите трубчатых элементов. В напорном 1фостранстве происходит омывание пучка проницаемых трубчатых элементов в условиях смешанной конвекции при сильном стеснении и частичной турбулизацш потока. В пространстве меяду соседними рядами принято полное перемешивание, в дренажной полости - идеальное вытеснение.

Решается система конечно-разностных уравнений баланса массы и массы компонентов для наименьшей ячейки разбиения — А.Л1) — Д(рИ) V У— (рУ) = 0 (10)

Р ( 1 ) Ь)

1 2

Sh.

) ; \

» f

\

\

\

\

\

\ .

W' ¿

\ 1 <

% °

ri

о

v*

R «

0

• -1 X-2

H-J

— i

0-4 +-J

1 0 5 С 1 0 0

ISC *-7

2 0 0 V-S

36 0 >"9

St

C.J — 0-82

X < *0

" V

Axt»

•4 - J - J -I

13 It (-Bp)

с

9

Рмо. В ОбОЛЦЭНИЭ ексиерииькгалных adhilui Ь í/'i-i.íj Щ1М" си-гельиого зьклт ыассообмоиа. I. Свободная коньокцня 1-00.,, 2-СО - 11.. (>:,-,---0,Ы ), '.i ¡К;

С- í- i. .&V

Л. Еигуодышад концепция 4,5,6,7,ñ,'j с.'у-hV, (д .~0,2-<;.:¡l ¡.

Л7 + - А"(1) ' ^ 'VL> WДО)) _ 0

'"А TJ P(I) R«*Sc и F(i) Pe'sc дополненная уравнением проницания компонентов в виде

JA - fA(P".T.YA>] Рг,

И )

(12)

где ?р =

-1

In

ns

-1

и уравнением массооСкена па поверхности проницаемого цилиндра

Sn(Re,Gr,Sc,Eey) = f1 (а) Sii0(Re\Gr,Sc), (13)

з котором учтено стосжнше, частичная турбулнзация и угол атаки потока а.

Использованы такя;е уравнения для расчета давлений в Моторном и дренакном каналах (с учетом вдува и отсоса), соотношения

для расчета плотности, коэффициентов Фугитивности и ппзкостг.

Расчеты выполнены для модельной смеси COg-IIg (XAi= 0,5, Tf=300K,

P. = 0,5 г 7 №) в модуле из трубчатых мембранных элементов.

ч л . кмоль

«1=1 10 * И, 3 10"-' м, 1 10 J М, Аг,п 0., =1,9 1О —т\-

" G0" !i i.fc 'ffla

а «г,0 =15) при Яе - 300 * 5000.,

Установлено сильное влияние переменной-геометрии напорного пространства на локальные гидродинамические (Пе.Ог.Ш) и массо-сбмешше (БМ характеристики, распределение концентраций ХА и

показано, что при Не* < 1000 естественная конвекция заметно интенсифицирует массообмен. Внепнедцффузисшюе сопротивление массопереносу определено как относительная доля потерянной движущей силы селективного проницания компонента А

4f.

Г4(Р'.ТДА) - ГА(Р\ТЛА(0)

гА(Р',тдА)

iA(P",T,YA)

представлено в виде соотношения

где

Ify

Sti

•г*

Pev Sh

у;

Аш

ХА "

(14)

(15)

Р* ФА(Р',ТДА) . bD

ф(Ъв) ехр(0,40Ь_bD)

у % концентрация при поперечном течешш газа в в' *

дренажном канале, величина У, является функцией проницаемости и

селективности мембраны и отношения Р'/р,,.

В диссертации сбсукдаотся влияние характеристики мембраны а ре- . паоамэтиов на величину—- . На рис.9 показаны результа-

* МА

ты расчета вкошодюйзузиошюго сопротивления при различных

значениях Р', сплоиная и пунктирная лшыш соответствуют вынуа-данноВ и скэаашюй конвекции в напорном пространстве аппарата.

Оледствде.м соста велпчшш —- является ухудшение массообкенных

"а

и энергетических показателей процесса при поеышэшшх давлениях. Рисунки 10,11 н 12 иллюстрируют влияние внешаедаффузишного со-противлэш:я массошреносу при различных давлениях на ухудшение коэффициента обогащения целевой фракции е, рост дополнительных затрат энергии ц необходимой поверхности мембраны. В качестве эталона сравнения принята модель идеального вытеснения в напорт-

ном пространстве

ег

бц—. в , —£ 01 АГА >

Видно, что нэгативное влияние внзшэдиффузионного сопротивления усиливается с ростом давления и диаметра мембранного зла-мента. При Ее < 1000 й Р1 = 5 Ша сшшание располагемой -двизу-¡цей силы достигает 30-40% , при этом дополнительные затраты энергии составляют более 40% (при й = 0,01 м), необходимо увеличение массообмэнной поверхности на 25? .

Л

1 4 . < 5 РмП. 2 4 РмП»

Рис. 9 Изменение относительной доли потерянной движущей силы селективного ирсгпиианияЛ-БМЕе.Сг.Бе.Ке ) .•г-ЗШе.Бс.Не ). Рис. 10 Инооитеяыше удельные энергозатраты для получения Цолевого продукта одного состава.

1 5 3 4 5 6?

РмП.

Рис. II Относительное изменение коэффициента обогащения проникающей фракции. I -БЬ. №, Сг, Эс, Ие?); 2-511 (Ие, Бс, Не7). Рис. 12 Относительное увеличение необходимой площади мембраны.

I. ИаторФзромзтр;1Чбски.м методом исследовано развитие диффузионного слоя на поверхности проницаемого горизонтального цилиндра при вдува и отсоса б условиях свободной, вынужденней к сшшшоЗ конвекцш.

г.Ьлгодцен аьшш» влияния вдува (отссса) на изкэнэние форма профилей концентрации и распределение локальных чисел Шервуда на по-ворхно с ти цилиндра.

3. Получено уравнение в форма относительного закона массообмена (8), обобдащоа влияние вдува (отсоса) на массообмешшо числа Шер- . вуда, осредношше по поверхности цилзшдра.

4. На основе предложенных уравнений разработана модель процесса шмбранного разделения бинарных неидеальних газовых смесей в аша-рате с трубчатыми элементами.

Б.Выполнен анализ влияния внешкедиффузнойного сопротивления мас-сопереносу на массообыошше и энергетические показателипроцесса

мембранного разделения при повышенном давлении.

Условные обозначения: Я-длина волны;п-показатель преломления; 1-дли-

на цилиндра;ХА(ф,У)ДА ,ХАШ-концентрации в точке диффузионного

слоя.на внешней границе и вблизи стенки; ср и У - угловая и

радиальная координата;6 - коэффициент деления потока;

Не= Д-^— соответственно числа Рейяольдса ;Неу = , Реу=НеуЗсы-

У V ш

числа Рейнольдса и Пекле для вдува(отсоса);(рП)-массовая скорость; (р7)- массовая скорость отсоса;А (1) и Г(1) - соответственно площадь мембраны и сечения,свободного от трубчатых элементов для (1) ячейки;и*, И-скороети газа в зазоре между трубчатыми элементами и в сечении,свободном от элементовДА1 Д^-ореднемассовые концентрации внапорном пространстве (начальная и текущая); .^-плотность про-

ь v

«икающего потока );ГА - фугитивность компонента А , МПа; а = О

Кк1

-коэффициент извлечения; № - фактические затраты энергии (работы) на единицу производительности (проникающей фракции); УдДдр- КС)н-концентрышя в др^накном канале, текущая иореднемассоьая на выходе, мольн.доли; Ц - 1 - параметр неоднородности. Ре Не

Нубликгп,г.и 1.Кастро АД.Х. Диффузионные пр<,п^-си при обтекании газом трубчгпых мембранных эдш<лп.-:в. // 1ьз. докл. Т7 Исо-Ек'есошкы конференция молодых учены* и ('н.-плалипч/В но фнахшлш -141", Т.:».М. I с. Г?,