автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Моделирование процесса охлаждения пирогаза и реконструкция теплообменной колонны установки газоразделения завода "Этилен"

КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ п УНИВЕРСИТЕТ

_^ Ц 10 ^^___На правах рукописи

ИЛЬЯШЕНКО ЕВГЕНИЯ БОРИСОВНА

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОХЛАЖДЕНИЯ ПИРОГАЗА И РЕКОНСТРУКЦИЯ ТЕПЛООБМЕННОЙ КОЛОННЫ УСТАНОВКИ ГАЗОРАЗДЕЛЕНИЯ ЗАВОДА «ЭТИЛЕН»

05.17.08— Процессы и аппараты химической технологии

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

КАЗАНЬ 1998

Работа выполнена в Казанском государственном технологическом университете на кафедре «Процессы и аппараты химической технологии».

Научные руководители

доктор технических наук, профессор Елизаров В.И. доктор технических наук,

профессор Лаптев А.Г.

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Азимов Ю.И. доктор технических наук, профессор Зиннатуллии Н.Х

Ведущая организация

«Таг! IИ И11ефтеМи ш>

Защита состоится 25 декабря 1998 г. в 14 часов на заседани» диссертационного совета Д 063.37.02 при Казанскок государственном технологическом университет по адресу: 420015 г. Казань, ул. К. Маркса, 68 (зал заседаний ученого совета), А - 330.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казанскою государственного технологического университета.

Автореферат разослан " 2-Ч " //_1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук,

профессор

Лаптев А.Г

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы В связи с экономической ситуацией, сложившейся н настоящее время, и в условиях свободного рынка при изменяющемся спросе и предложении на химическую продукцию и сырье многие промышленные тепло —и млссообменные установки работают с переменной нагрузкой, п различных диапазонах изменения составов питания. Широко применяемые в настоящее время в колонных аппаратах стандартные тепло— и массообменные тарелки имеют относительно небольшой интервал устойчивой работы, т.к. при малых скоростях пара происходит провал жидкости. а при повышенных — брызгоунос, что. как известно, существенно снижает эффективность проводимых процессов.

В АО «КазаньОргсинтез» планируется повышение производительности установки газоразделения на заводе «Этилен» с 160 до 260 тыс. тонн этилена в год. Установка газоразделения содержит б основных колонн, в том числе колонна охлаждения пирогаза. Для повышения производительности установки необходимы анализ и диагностика колонн с целью выбора варианта реконструкции действующих контактных устройств или замены их на новые.

Работа выполнена на кафедре процессов и аппаратов химической технологии Казанского государственного технологического университета в соответствии с ПНИЛ № 03 — 23 «Теоретические методы описания массотеплопереноса в двухфазных системах. оптимальное проектирование и реконструкция аппаратов разделения в промышленной химии» а также госпрограмме "Химия и нефтехимия РТ".

Цель работы.1

1.Исследование процесса охлаждения пирогаза водой в промышленной теплообменной колонне К —201 установки газоразделения с целью анализа работы и возможности повышения производительности.

2.Разработка математической модели процесса охлаждения пирогаза в барботажном слое и в противоточной насадочной колонне. .

3.Технические решения по реконструкции контактных устройств в колонне К—201 завода «Этилен» при повышении производительности на 60%.

1 В работе принимал участие к.т.н., доцент Данилов В.А.

I

Научная новизна: Разработана математическая модем, и алгоритмы расчета процесса охлаждения пирогаза водой в промышленной колонне с контактными устройствами барботажного и насодочного типов. Модель построена на основе законов сохранения в двухфазных средах и дифференциальной форме. Уравнения переноса записаны для сплошной (разы, а влияние дисперсной фазы учитывается характеристиками турбулентного обмена и источниковыми членами. Решение уравнений осуществляется численным методом и дает возможность рассчитать тепловой КПД колонны и выбрать вариант реконструкции.

Практическая значимость; Предложены технические решения по реконструкции теплообменной колонны охлаждения пирогаза, включающие в себя замену тарельчатых контактных устройств на насадочные элементы. Реконструкции дает возможность увеличить производительность установки газоразделения со 100 до '260 тыс. тонн этилена и год (при модернизации остальных колонн и печен).

Апробация работы: Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на: Всероссийской кон«|м>ренции "Динамика процессов и аппаратов химической технологии" (г. Ярославль, 1994); на 3~ей Республиканской конференции но интенсификации нефтехимических процессов, (г. Нижнекамск, 1994); на 1 научной конференции студентов ВУЗов республики Татарстан. Секция "Физико-математически«.? и химически«' науки" (Казань, апрель 1995); на X Международной конкуренции "Математические методы и химии и химической технологии", секция Ка 4 (г.Т»ерь,1995); па ежегодных отчетных научно — технических конференциях в К.ГТУ

Публикации; По теме работы опубликовано б печатных работ и тезисов докладов.

Структура и объем диссертации: Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключении, списка литературы и приложений, актов и справок о внедрении результатов исследований. Текст диссертации изложен на 102 страницах машинописного текста, содержит 29 рисунков и 9 таблиц но тексту, список литературы из 130 источников российских и зарубежных авторов.

Во введении обоснована актуальность темы и формулируется цель работы.

В первой главе приведен обзор работ отечественных и зарубежных авторов, посвященных исследованию гидравлических

2

и тспломассообменных характеристик посадочных и тарельчатых колонных аппаратов, повышению эффективности проводимых процессов. Рассмотрены основные подходы математического описания .процессов переноса в га.и>(|1аро)жилкостпых системах. Отмечено, что методы моделирования и проектирования требуют значительного числа -экспериментальных исследований, а параметры математических моделей часто обобщаются полуэмпирическими зависимостями.

Во второй главе представлена мак-магическая модель для описания процесса тенломассопереноса на промышленных барбогажных тарелках колонны охлаждения пирогаза К —201 установки газоразделения. Колонна К —201 представляет собой цельный аппарат с внутренним диаметром 3200 мм. В верхней части расположено 7 клапанных тарельчатых контактных устройств, а в нижней части — 7 уголкокых тарелок провального типа. Расстояние между клапанными тарелками — 600 мм, между уголковыми — 760 мм. Пирогаз поступает в колонну с температурой 1 = 98*100 °С и охлаждается водой до 1= 60-5-65 "С. В верхней части колонны расход воды составляет 130 т/час, а в

Для анализа работы клапанных тарелок в верхней части колонны рассмотрена математическая модель процесса охлаждения пирогаза в барботажном слое. Теоретической основой модели2 является система дифференциальных уравнений переноса в ядре сплошной (жидкой) фазы, где взаимодействие фаз учитывается исгочниковыми членами.

Профили скорости жидкости и температуры в жидкой фазе двухфазного газо|паро)жидкостного слоя на тарелке описывается системой уравнений переноса, записанных в проекции на продольную и поперечную координаты тарелки:

да да 1 дР д2и ¿»V

ц +у = +у +Уг-~--, (I)

I т » —----- -г V г -----; -г V •----, «

дг рш<Х %хг ' дг2 ¿V л 1 '.«я» ¿Я* дг\

+ ------+ V.—? + (2

(% дг Рш0г %дгг

13)

дг-

ы а дЧ оЬ

и — + V- = а, — , + а. + г.. ¡4

д!; дг дг

Влияние газовой фазы учитывается источником тепла

(«Л) (»,,,- Л '

г, •-= 5.....) . (5)

V

Граничные условия к системе уравнений Ц)--(4). имеют вид: при 4=0 и - и0 ; 1=10 ;

, , ди п д\ п сН» Дги Л1 при £ = 1„, — - 0;, — » 0; ......= V, —г - V —

4 ж т, д4 рж<х '¿к2 дг

„ л л дх „ дР д2\ д'у

при г = К , и = 0; V = 0; — ~ 0; ---------- V, ----- + V, —

дг рждг 05,2 дг1

при г = О, - = 0; — = 0; дг дг

Уравнения (1) —(4) совместно с соответствующими краевым! условиями и уравнениями баланса, массы и тепла в фазах

2 Дьяконов С.Г., Елизаров В.И., Лаптев Л.Г. «Теоретически основы и моделирование процессов разделения веществ», Казань. -1993 г. "

11Ь = -<1((;\'), с!(шж) = -а(е;нж) (О)

являются математическим описанием процессов теплопереноса и двухфазном слое па тарелке.

Температура Т|р«1,р находится из баланса тепловых потоков на граиицо раздела фаз

<1 =Ржс>жаж(1|р-|) = р,ср|а1(Т-Т,.р) + ]ЛН, (7)

} = Р,(У|р-У)р(, (3)

где V = У(Т) — равновесная концентрация водяного пара в газе.

Для расчета характеристик турбулентного обмена \'т и ат используется модель изотропной турбулентности2.

Уравнения движения и переноса тепла решаются итерационным методом с релаксацией. Полученные профили температуры в барботажном слое позволяют определить тепловой КПД тарелки по формуле

К ~ 1..

Г-1„

(9)

Приведенная система уравнений проверена путем сравнения результатов расчета с известными экспериментальными данными рпЫка М.М., В!с1с1и1рЬ МЖ, Ихоп Р.Р.'Л). Каа[,). Полученные результаты согласуются с опытами в пределах ±15%, т.е. погрешности эксперимента (Рис. 2 — 5)

86.00

1

0.00 0.20 0.40 0.60 0.30 1,00

Рис.2 Поле температур на ситчатой тарелке. Ректификация смеси

метанол —вода. Ь/С = 1.

5

и

84.00 -1

80.00

78.00

72.00-

68.00

-1---1---,--,-г

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 Рнс.З Поле температур на снтчатой тарелке. Ректификация смеси метанол—пропанол. Ь/С =1.

с£

•х о о о

70.00 -

60.00 -

¿> 50.00 -

40.00

0.20

' ■'■ 1 .М«ТИ10»»«Ч>ОП»ИОП, рмч»

1 2 ■ »таиал-лропамап, рмчст :

Д Мгтчюп-гуопмюп. иап.

ф О Этюмчютнт. мел.

О

Т

1-'-г

0.40 0.60 0.80

Концентрация, мол ьн дол и

Рис.4 Тепловой КПД по жидкости; ректификация на ситчатой

тарелке. IVС = 1 6

0.90 — 0.80 -0.70 -0.800.60 — 0.4 О 0.30 — 0.20 — 0.10

-,-,-,-1-1-1->-1

0.00 0.20 0.40 0.60 0.60

Фактор скорости, Р Рис. 5 Зависимость теплового КПД от скорости пара при ректификации па ситчатой тарелке. Ь/С = 1

Выполнен расчет клапанных тарелок в верхней части колонны К —201. При проектной нагрузке по пирогазу G7 т/час тепловой КПД=0.58, и при увеличении нагрузки до 90,5 т/час происходит резкое падение КПД. КПД уголковой тарелки, соответственно, составляет 0.53 и 0.35, Поэтому, при повышении нагрузки, необходима реконструкции тарелок или замена их на другие контактные устройства.

В третьей главе предложен вариант реконструкции колонны охлаждения пирогаза путем замены тарельчатых контактных устройств на насадочные элементы. Для этого разработано математическое описание процессов тенлопереноса в противоточной насадочной колонне с упорядоченной и неупорядоченной насадками при пленочном режиме работы.

Уравнения переноса в насадочном слое записываются в цилиндрических осесимметричных координатах для сплошной (газовой) фазы.

Зон сЪ В <?Р д (г ч ди\ д(, ,

S! £ + v * e "р; Й+*V>*J+++г>» (10)

(11)

г от dz

зу sy д ^ ч з\Л д{,п _ х д\'~)

" * + V * " гг-J + sl(D + D-) Л-J + 1,21

т.. гн, д

и--К + V----}. - -

дг дг гдг'

«1(1.) = -¿(су), <1(1.нж) = ~а(сн1). Ц4)

Для системы уравнений (10) — (13), ' описывающей перенос импульса, массы и тепла в сплошной (газовой) фазе при движении двухфазного потока в аппарате, устанавливаются следующие граничные условия:

2 = 0,и=\\;;\'= Р0 + ЛРор;Т = Ти (на входе)

2 = Н, = 0,- -■» = 0; р = Р0;■ - = о (на выходе)

дг дг

„ да д\ „ ¿V „ ¿ГГ '

г = 0,- - =.....= О; — = 0;......- О (на оси симетрии колонны)

дг дг дг дг 7Г

г » й, и = V = 0; — = 0;-'— = о (на стенках колонны)

дг дг

Источники импульса, тепла и массы определяются по выражениям: гр1 = « г, = (Ра), (V - ¥„).

г, =(ш)ж(1,г-1)ршСря (15)

Температуры определяется из соотношения баланса

потоков тепла на границе раздела фаз.

Ч = Р.С,ва,(|„ - ») = р,Сна,(Т-Т,+ ^ЛН, (16)

где } = р, (У- У,г)р, — поток массы водяного пара из газовой фазы

в жидкую, вызванный испарением или конденсацией. На границе раздела фаз принимается состояние равновесия:

«,р"Т1р, *'„ = Г(Т„) (17)

Объемные коэффициенты тепло —и массоотдачи2 для нере1улярной .насадки определяются по выражениям, полученным на основании модели диффузионного пограничного слоя.

(аш)я,1^А.а%ч/н. „в,

(вв)г.--ЩрЬ^*----. ' „о,

г- (5? + 1) , {2-9')

л/31п }-------' 4 баге!«1 г ' +п

где if ~ (R,Scr) ', Scr = v,/a, , R| - безразмерная толщина пограничного слоя определяется по выражению:

R. =

-1/

W3(ww + Urp)

п.,

/31п

В(В - 1) +1

(2-В)

+ баге to4 ' + тс Bn/3

(20)

и.,.«

где В = R, 3; W« — средняя скорость газа в насадке; L'lp - 1.I5VV, - для турбулентной пленки.

Уравнение, аналогичное (19). записывается и для расчета (ра) .

Динамическая скорость газа U.r определяется на основе известной диссипации энергии в свободном объеме насадочной колонны; *

М^хУ' в

Дуя регулярных насадок объемные коэффициенты массо— и теплоотдачи (ра)г (аа)ж, (аа)г вычисляются но известным эмпирическим выражениям.

Для определения коэффициентов турбулентного обмена в газовой фазе пред\агается приближенная методика с использованием известного соотношения:

v, * V • I, (22)

где V' — пульсационная скорость; 1 — масштаб пульсационного движения. Тогда коэффициенты турбулентной вязкости в радиальном vT, и продольном vra направлениях представим в виде:

vw«v;ir. v„*v;i,. (23)

Предполагая, что коэффициенты турбулентного обмена приближенно равны, запишем

DTl*a,ti*v„. (24)

Движение газа в слое насадочных элементов происходит преимущественно но вертикальным каналам снизу вверх. Жидкость стекает в виде пленки по насадочным элементам (пленочный режим работы колонны). В качестве характерного размера масштаба пульсаций в продольном направлении принимаем эквивалентный диаметр канала d., а в поперечном направлении г за характерный

9

размер I, примем толщину пограничного слоя 8 на границе раздела газ — жидкость:

1,2X5, I, «Л,. (25)

где х =0,4 — константа турбулентности.

Известно, что закон затухания турбулентных пульсаций в пограничном слое при движении газового потока вдоль пленки жидкости на элементах насадки аналогичен случаю движению газа вдоль твердой пластины. Поэтому толщшгу пограничного слоя б на межфазной границе газ(пар) — жидкость определим по трехслойной модели Кармана, согласно которой турбулентный пограничный слой состоит из вязкого подслоя, переходной области и развитого турбулентного слоя. Сопротивление переносу импульса с турбулентном пограничном слое толщиной 8 представим с следующем виде:

I У

рди.

£

¿У

(26

т ;у + у,

где ли« = ^и^ - игр^ — движущая сила переноса импульса, м/с.

После интегрирования, выражение для определени! коэффициента переноса' импульса в турбулентном погранично? слое запишется в виде

У =

и.,

(27

5[1 + 1п6 + 0.5(1п5- 1п(30у/и.))]'

Толщину пограничного слоя найдем из равенства:

т = 1Лгрг = рдАЮ«,, с коэффициентом переноса импульса (27). Получим:

5 = ехр-|~~--13.76+251п30у/и,г 1 . (25

Тогда характерный размер турбулентных радиальном направлении определим как:

Выразим пульсационнуго скорость через динамически^ 11,, « V,' « V,'. Тогда выражения для определения коэффициенте турбулентной вязкости в продольном и радиальном направление запишутся в следующем виде:

(10) — (14) после оценки членов записываю к:я

пульсаций

Уравнения форме:

1=и.,х8. V

(14) после оценки 1 10

ди ди 1 №

и-+ V-=----+ Уг

дт дг рг дг 1 д , ч 5(ирг)

д\ д\ и — + V

дг дт

д

хдт

'-(Л

Зг V дг)

+ V.

¿Л)

+ г.

р»

{ п д ( п 5 У

- = — г— + О—Т-+Г

" гдЛ дх) " дг1 у

енг анг , д ( зтл , дгт

и---- + V--= к., — Г--- + А.„-т 4- г,

дг дг "хдт\ дт) п дг*

(з:

(34)

(35)

Уравнения (32) — (35) записываются в конечно— разностном виде на ячейках рабочей зоны насадочного слоя и решаются итерационным методом.

Для качественной оценки эффективности работы контактного устройства используется однопараметрическая диффузионная модель. Система уравнений, описывающая процесс теилопереноса при противоточном движении фаз (пленочный режим работы), имеет вид:

Аг

Аг

(36)

Граничные условия к системе уравнений (36) записываем в форме:

г = 0; г= Н;

Аг АН.

Ах

ат

(37)

О

Источники тепла, учитывающие взаимодействие между фазами и характеризующие количество тепла, переданного из одной фазы в другую рассчитываются как:

Гп.,р>с,г<<Ч(Т-Т„) ,38,

Замыкающие систему уравнений (36) —(37) коэффициенты продольного перемешивания кпж и Х.пг, а также коэффициенты «еплоотдачи определяются по эмпирическим соотношениям.

Система уравнений (36) — (37) решается численным методом и вписывает профиль температур в фазах при движении гало —

11

жидкостного потока в посадочной колонне.

В четвертой главе показано применение разработанного в главах 2 и 3 математического описания для расчета и выбора вариантов реконс трукции промышленной колонны.

Приведены результаты расчетов колонны при существующей и увеличенной на 60% нагрузках, а также разработан вариант реконструкции, обеспечивающий эффективную работу при повышенных нагрузках по пирогазу (Табл.2.)

Предложено заменить клапанные и уголковые тарелки па насадочные элементы. В верху колонны следует создать одну секцию высотой 4.0м с неупорядоченной насадкой, разработанной в КГТУ совместно с ИВЦ "Инжехим" и АО "КазаньОргсинтез" (Рнс.б), которая обеспечит высокую эффективности тепломассообмена.

Удельная поверхность насадки размером 35 х 35 мм составляв'! 185 м2/м3, свободный объем 0.(. м3/м3.

Сравнительные характеристики насадок даны в таблице 1 В нижней части колонны следу«-установить упорядоченную на -садку с высотой слоя 4,5м В результате перепал давления в ко -лонне снижается с 0.25 кгс/см до 0.07 кгс/см2.

Рис.6 Новая насадка

ТаблЛ Сравнительные характеристики насадо*

Характеристики Кольца Рашига Насадка ГИАП Новая насадка

Гидравлическое 100% 33% 30-35%

сопротивление

Предельные нагрузки 100% 140% 250300%

Обратное перемешивание 100% - 20 - 30%

Задержка жидкости 100% - 00-70%

Коэффициент массопередачи 100% 139% 160%

Эффективность 100% ¡10-125% 330-

массопередачи 140%

Расход пирогаза

67 т/ч УО.Зт/ч

Верхняя часть с клапанными тарелками

Унос жидкости, кг/кг 0.077 0.41

Перепад давления в верхней части, Па 24619 42427

Расход жидкости в верхней части, т/ч 138 138

Скорость газа в колонне, м/с 3.0 4.06

Макс, допустимая скорость газа, м/с ' 3.23 3.23

Тепловой КПД 0.,г>8 0.07

1 пирогаза на входе » верх, часть колонны, °С 75.06 76.05

1 пирогаза на выходе из колонны, °СГ 64 72.63

С неупорядоченной насадкой H = 4м после реконсгрукции

Скорость захлебывании, м/с 5.46 5.79

Сопротивление слоя орошаемой насадки. Па 673 1055.86

t пирогаза на входе » верх, ч, колонны, °С 82.96 83.31

I пирогаза на выходе из колонны, °С 59.58 61.95

Тепловой КГ1Д по газовой (разе 0.85 0.7

Нижняя часть с уголковыми тарелками

Унос жидкости, кг/кг 0.0044 0.0056

Перепад да плени» в нижней части. Па 144 801

Расход жидкости в нижней части, т/ч 690 690

Скорость 1<1 за в колонн»», м/с 3.0 4.06

Максимально допустимая скорость газа, м/с 5.66 5.6

Тепловой КПД 0.53 0.35

1 пирогаза на входе в нижнюю часть, °С 98 98

1 пирогаза на выход»» из нижней части, °С 75.068 76.05

С упорядоченной насадкой Н~4.5м после реконструкции

Ск»>|хк:ть газа в колонне, м/с 3.00 4.0G

Скорость захлебывания, м/с 8.38 9.22

Сопротивление слоя насадки, Па 69 118

t нирогаз.« на входе колонны, °С 98 98

t пирогаза на выходе из НЧ колонны, °С 82.96 83.31

t циркул. воды на1 выходе из колонны, °С 72.58 72.75

Тепловой КПД 0.518 0.48

Перепад дааления в колонне, Па 7000 12407

Температура циркуляционной воды в средней части колонны 70ЙС; Температура циркуляционной воды в верхней части колонны, 53°С

Пи рога з

реконструкции при повышенных нагрузках. 1 — слой неупорядоченной насадки, 2 — слой упорядоченной насадки.

Эффективность работы колонны охлаждения пирогаза после реконструкции повышается на 30 — 40% и достигается производительность установки газоразделения "Э —200" 260 тыс. тонн этилена в год.

Основные результаты и выводы

1. Исследована работа тарельчатой колонны охлаждения пирогаза К—201 установки газоразделения при проектных и увеличенных нагрузках. Показано, что при увеличенных нагрузках по пирогазу необходима реконструкция контактных устройств.

2. Разработано в одно - и двумерной постановках математическое описание процесса охлаждения пирогаза в промышленной насадочной колонне.

3.На основе использования разработанных алгоритмов расчета предложены технические решения по реконструкции колонны охлаждения пирогаза К —201. Реконструкция заключается в замене клапанных тарелок на слой неупорядоченной насадки, и уголковых тарелок на слой упорядоченной насадки. В результате реконструкции эффективность работы колонны повышается на

14

30 — 40% и обеспечивает требуемую производительность установки газоразделения 260 тыс.тонн этилена в год.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах;

1 .Дьяконов С.Г., Елизаров В.И., Лаптев А.Г., Данилов В.А., Ильяшенко Е.Б. Моделирование полей скоростей, концентраций и температур в турбулентном га.зо(паро) жидкостном слое на барботажныч контактных устройствах //Межвузовский сбор. науч. тр. "Массообмеиные процессы и аппараты химической технологии", Казань, КГТУ, 1994, с. 40-50

2.Лаптев А.Г., Фарахов М.И., Ильяшенко Е.Б. Гидравлические и массообмеиные характеристики новых иасадочных элементов // Межвузовский сбор. науч. тр. "Массообмеиные процессы и аппараты химической технологии", Казань, КГТУ, 1990, с.98—103.

3. Елизаров 8.И., Ильяшенко Е.Б. Моделирование процесса тенлопереноса в насадочной нротивоточной колонне //Межвузовский сбор. науч. тр. "Массообмеиные процессы и аппараты химической технологии", Казань, КГТУ, 1997, с.42~46.

4.Лаптев А.Г. Данилов В.А., Ильяшенко Е.Б. Моделирование и расчет полей концентраций в тарельчатых колоннах при многокомпонентной ректификации //IV Всероссийская конференция "Динамика процессов и аппаратов химической технологии": Тез. докл. —Ярославль, 1994.— т. 1.— с. 106

5.Дьяконов С.Г., Елизаров В.И., Лаптев А.Г., Данилов В.А., Ильяшенко Е.Б. Моделирование сопряженного тепломассопереноса в га зо (па ро| жидкостном слое тарельчатых колонн //Ш—я Республиканская конференция ио интенсификации нефтехимических процессов: Тез. докл. Нижнекамск, 1994г.— с.172-174

6.Ильяшенко Е.Б., Лаптев А.Г., Данилов В.А., Елизаров В.И. Математическое моделирование процесса физической абсорбции в насадочной колонне, Темат. сб. науч. тр. Вестника КГТУ "Тенломассообменные процессы и аппараты химической технологии", Казань, КГТУ, 1998, с.120

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ,

а —коэффициент температуропроводности, м2/с; аг — коэффициент турбулентной температуропроводности, м2/с; а„ — удельная поверхность насадки, м2/м3; Ср — удельная теплоемкость, Дж/(кг К); 0,0Т - коэффициенты молекулярной и турбулентной диффузии, м-/с; V, ут — коэффициент кинематической и турбулентной вязкости, м2/с; — диаметр колонны, м; с10 — диаметр отверстия, м; <1.,— эквивалентный диаметр насадки, м; в, I. -массовые расход газа (пара)и жидкости, соответственно, кг/с;

15

Н— высота слоя насадки, м,; I -- характерный размер, м, длина пути жидкости; Р — давление, Па; Ож - расход жидкости в насадке, на тарелке, м3/(м с); г — поперечная координата на плоскости контактного устройства, м; ДН —удельная теплота парообразования, Дж/кг; гр, гх, Г| — источники импульса, массы, теплоты; Т — температура паровой и газовой фазы, °С; I — температура жидкой фазы, °С; и, v — продольная и поперечная составляющие вектора осредненной скорости жидкости, м/с; и.г — динамическая скорость газа, м/с; \Л/0 — средняя скорость газа в отверстиях газораспределительных элементов на входе в барботажный слой, м/с; — средняя скорость газа в свободном сечении колонны, м/с; У — концентрация компонента в газовой фазе на тарелке; х, у, г — продольная, поперечная и вертикальная координаты, м; (аа) — объемный коэффициент теплоотдачи, с-1; (Ра) —' объемный коэффициент массоотдачи, с-1; Ли, Д\У -градиент скорости, м; } — поток массы через межфазную поверхность; я — поток тепла через межфазную поверхность; ЛР — перепад давления, Па; 5 — толщина пограничного слоя, м; ч'м -коэффициент смачиваемости; б — диссипация энергии, Вт/м3; V,.,,

— удельный свободный объем насадки: V,., Уж — объем газа и жидкости в слое насадки, соответственно; Л — удельная теплопроводность, Вт/(м К); р — динамическая вязкость, Па*с; £ -продольная координата на плоскости контактного устройства, м; коэффициент гидравлического сопротивления; р — плотность фазы, кг/м3; ст — поверхностное натяжение, Н/м; т — касательное натяжение, Па; у — коэффициент переноса импульса; И] = 1ЛГ 8|/ V

— безразмерная толщина пограничного слоя; Бс — число Шмидта; Нижние индексы: г — газовая (паровая) фаза; ж —жидкая фаза; гр — значение параметров на границе раздела фаз; н, к—значение параметров на входе и выходе; оо — значение параметров в ядре потока; ь ]—номер ячеек в продольном и поперечном направлениях на плоскости тарелки;

• /

Соискатель:

Заказ 191

тираж 80 эк л

Офсетная лаборатория КГТУ 420015, Казань, ул. КлМаркса, 68

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1: ОБЗОР ПО ПРОЦЕССАМ РАЗДЕЛЕНИЯ СМЕСЕЙ В КОЛОННЫХ АППАРАТАХ

1.1.Общая ситуация в данной области

1.2.Тарельчатые контактные устройства

1.3.Насадочные контактные устройства

1.4. Выводы и

ГЛАВА 2: ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ И ТЕПЛОВОГО КПД НА БАРБОТАЖНЫХ КОНТАКТНЫХ УСТРОЙСТВАХ

2.1 Характеристика промышленной колонны отмывки пирогаза К

2.2 Математические следствия законов сохранения для тарельчатых контактных устройств

2.3 Расчет полей скорости и температуры на барботажной тарелке с перекрестным током.

2.4 Объемные коэффициенты теплоотдачи в барботажном слое

2.5 Объемные коэффициенты массоотдачи в барботажном слое

2.6 Сравнение расчетных результатов с экспериментальными данными

2.7 Определение эффективности массо— и теплопереноса в барботажном слое

Выводы

Глава 3: МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ТЕПЛОПЕРЕНОСА В ДВУХФАЗНОМ ГАЗО(ПАРО) ЖИДКОСТНОМ СЛОЕ В НАСАДОЧНОЙ КОЛОННЕ

3.1 Однопараметрическая модель процесса теплопереноса в насадочной колонне.

3.2 Двумерная модель процесса тепломассопереноса в насадочной колонне

3.3 Определение коэффициентов турбулентного обмена 72 Выводы

ГЛАВА 4: РАСЧЕТ И РЕКОНСТРУКЦИЯ ПРОМЫШЛЕННОЙ ТЕПЛООБМЕННОЙ КОЛОННЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ПИРОГАЗА К

4.1 Расчет и реконструкция контактных устройств в верхней части колонны К —201.

4.2 Исследование новых насадочных элементов

4.3 Расчет и реконструкция нижней части колонны К —201. 93 Выводы.

В связи с экономической ситуацией, сложившейся в настоящее время, и в условиях свободного рынка при переменном спросе и предложении на химическую продукцию и сырье многие промышленные установки работают с переменной нагрузкой, в различных диапазонах изменения составов питания. Широко применяемые в настоящее время в промышленности стандартные ситчатые и клапанные тарелки имеют относительно небольшой интервал устойчивой работы, т.к. при малых скоростях пара происходит провал жидкости, а при повышенных — брызгоунос, что, как известно, существенно снижает эффективность процесса разделения смесей.

Многие процессы разделения, широко распространенные в химической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности осуществляются в двухфазной системе газ (пар) — жидкость. Математическое описание тепломассопереноса на контактных устройствах позволяет решать ряд задач, актуальных для промышленности, таких как повышение эффективности и снижение энергозатрат процессов разделения, увеличение производительности контактного устройства, увеличение диапазона устойчивой работы действующего оборудования а также разработка новых, более совершенных массообменных аппаратов и технологических схем. Методы расчета и определения эффективности тепломассообменных аппаратов и в настоящее время является достаточно сложной задачей, в особенности для смесей имеющих широкий диапазон компонентов по температурам кипения. Поэтому определение теплового КПД на контактном устройстве является актуальной задачей, попытка решить которую сделана в данной работе.

Целью данной диссертационной работы является:

1 .Исследование процесса охлаждения пирогаза водой в промышленной теплообменной колонне К —201 установки газоразделёния с целью анализа работы и возможности повышения производительности.

2.Разработка математической модели процесса охлаждения пирогаза в барботажном слое и в противоточной насадочной колонне.

3.Технические решения по реконструкции контактных устройств в колонне К —201 завода «Этилен» при повышении производительности на 60%.

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы и приложений.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

1 .Исследована работа тарельчатой колонны охлаждения пирогаза К — 201 установки газоразделения завода «Этилен» при проектных и увеличенных нагрузках. Показано, что при увеличенных нагрузках по пирогазу необходима реконструкция контактных устройств.

2. Разработано в одно— и двумерной постановках математическое описание процесса охлаждения пирогаза в промышленной насадочной колонне.

3.На основе использования разработанных алгоритмов расчета предложены технические решения по реконструкции колонны охлаждения пирогаза К —201. Реконструкция заключается в замене клапанных тарелок на слой неупорядоченной насадки, и уголковых тарелок на слой упорядоченной насадки. В результате реконструкции эффективность работы колонны повышается на 30 — 40% и обеспечивает требуемую производительность установки газоразделения 260 тыс.тонн этилена в год.

4.Результаты реконструкции приняты к внедрению.

1.Кафаров B.B. Методы кибернетики химико— технологических процессов — магистральное направление ускорение научно — технического прогресса в химической и смежных отрослях промышленности // Теор. основы хим. технол. — 1987.—Т. 21.— С.44 —65.

2. Кафаров В.В., Кулов H.H., Дорохов И.Н. Перспективы развития научных основ химической технологии // Там же. — 1990. — Т.24.1. N I. -С. 3-11.

3. Малюсов В.А. Новые процессы и аппараты для разделения и очистки веществ // Теор. основы хим. технол. —1987,— Т. 21, —N I. -С. 26-34.

4. Киселев В.М. Ректификация в химической промышленности. — Л.гХимия, 1973.

5. Житков И.В. Исследование некоторых путей интенсификации промышленных колон ректификации метанола: Автореф. дисс. канд. техн. наук. :М., 1978.

6. Григорян Л.Г., Шафранский Е.Л., Прохоренко Ф.Ф. и др. Проблемы и перспективы ректификации в нефтепереработке // VI Всесоюзн. конф. по теории и практике ректификации: Тез. докл. — Северодонецк, 1991. -С. 23-29.

7. Дьяконов С.Г., Елизаров В.И., Лаптев А.Г. Теоретические основы и моделирование процессов разделения веществ. — Изд—во Казанского университета: Казань, 1993.

8. Diaconov S.G., Elizarov V.l., Laptev A.G., Danilov V.A. Efficitncy increasing of separation processes in plate — typed colomns//1992 International conference on advenced and laser technologies. ALT'92.- Part I. Moscow, 1992. - P. 30-31.• — 104 —

9. Дьяконов С.Г., Елизаров В.И., Лаптев А.Г., Данилов В.А. Повышение эффективности процессов разделения в массообменных тарельчатых колоннах // Изв. вузов. Химия и хим. технология. — 1992. Т. 35. - N 11. - С. 120-124.

10. Лебедев Ю.Н. Совершенствование колонной аппаратуры для нефтеперерабатывающей, нефтехимической и газовой промышленности // VI Всесоюз. конф. по теории и практике ректификации: Тез. докл. — Северодонецк, 1991. — С. 32 — 38.

11. П.Тимофеев B.C., Мурабулдаев М.Ч. Принципы создания материалоресурсосберегающих химических технологий // Вестн. МГТУ. Сер. Машиностр. С. 4-8.

12. Large scale reaction and distilation facility on stream // Pjlim. Paint Color J. 1992. -182. -N4319. - C. 17-21.

13. Fish Anthony. Playing ball in R and D // Chem. Brit. 1992. - 28. - N10. — C.902 —905.

14. Burghardt Anderzej. Nowe obszary badan inzynierii chemicznej i procesowej // Inz. i apar. chem. — 1993. — 32. — N2. — С. 3 — 5.

15. Романков П.Г., Курочкин М.И. Актуальные проблемы химической технологии // Журн. прикл. химии. — 1986. —Т. 59, N9. — С. 1897-1908.

16. Doronyak I., Gyokhegyi L. Термодинамическая эффективность ректификационного оборудования. Сравнительный термодинамический анализ тарелок ректификационной колонны со смесителями Вентури //Magy. Kern. Jap. 40,0. С. 330 — 335.- 105

17. Stadig W. Достижения в области дистилляционного оборудования // Chem. Process. -1992. -vol. 55, №9. -С. 73-75.

18. Kister H.Z. и др. Исследование процессов в тарельчатых и насадочных колоннах / Kicter H.Z., Larson K.F., Yanagi Т. // Chem. Eng. Progr. 1994. -vol. 90,№2. -C. 23-32.

19. Mustafa H., Bekassy — Molnar E. Влияние типа тарелок на скорость массопередачи в ректификационных колоннах // Chem. End. Res. and Des. A. 1995. vol.73, №4. -C. 392-397.

20. Dribika M.M., Biddulph M.W. Prediction methods for distillation point efficiencies on sieve trays with small holes // Trans. I. Chem.E.,vol 70, Part A, March 1992.- R. 142-148.

21. Саруханов A.B., Плановский A.M. Исследование гидравлики и массообмена в жидкой фазе на ситчатых тарелках // Хим. пром. — 1994. — N4. -С. 289-294.

22. Соломаха Г.П., Азизов А.Г., Плановский A.M. Уравнение массоотдачи в газовой фазе на ситчатой тарелке // ТОХТ. —1970. — Т.4, №3. -С. 315-322.

23. Илюхин М.А., Соломаха Г.П., Кочергин Н.А. Исследование массоотдачи в паровой фазе при ректификации // Труды МИХМ. -1975. -Вып. 61. С. 41-46.

24. Кузьминых И.Н., Родионов А.И. Массопередача на ситчатых тарелках при различном их наклоне // Журн. прикл. Химии,— 1956. —Т. 29, №3. С. 1330-1336.

25. Родионов А.И., Дегтярев В.В., Кабанов О.В. Влияние скорости газа на коэффициенты массопередачи в ситчатыми тарелками // Теор. основы хим. технол. -1974.- Т. 8, № 3. -С. 338-343.

26. Данилычев И.А., Плановский А.Н., Чехов О.С. Исследование массообмена в жидкой фазе на ситчатых тарелках с учетом степени продольного перемешивания // Химическая пром —ть. — 1965,- N10.- С. 46-49- 106

27. Соломаха Г.П., Плановский А.Н. О зависимости между массоотдачей в газовой фазе и гидравлическими параметрами при барботаже (ситчатые тарелки) // Химия и технол. топлив и масел. 1962. - N6. - С. 1-7

28. Рудобашта Л.Я. Результаты исследования и расчета продольного перемешивания жидкости на ситчатых тарелках // Химическая пром-ть. 1988. - N3. - С. 169-171.

29. Samistowski H. Hudrodynamisches Verhalten und Stoffubergang an Siebboden im Sprudel — und Spruhberech // Chem. Ind. Techn. — 1978. -vol.50, №10. P. 743-748.

30. Zitzmann В. Расчет ситчатых тарелок //Wiss. Z. Techn. Univ.— Dresden, 1994.-vol. 43, №3.-s.29-31

31. Yoing. T.C., Stewart W.E. Упрощение корреляции, описывающей тепло— и массоперенос на ситчатой тарелке // AIChE J. —1995. — vol.41, №5. -С. 1319-1320.

32. Улучшение гидравлики и повышение эффективности с помощью ситчатых тарелок Т —By / Tedder W., Bravo J. — L., Parker T.J. // Amer. Inst. Chem. End. Spring Nat. Meet., New Orleans. La, March 29-Fpr. 2, 1992: Extend. Abstr. -New York, 1992. -C.92.

33. Yong Thomass C., Stewart Warren L. Соотношения для расчета эффективности тарелок массообменных колонн на основе модели перекрестного тока с граничным слоем // AIChE Journal. —1992. — vol.38, №4. -С. 592-602.- 107

34. Ozalp U. И др. Коэффициент полезного действия Мэрфри и эффективность испарения при дистилляции многокомпонентных смесей // Chim. acta turc. -1993. -vol.21, №3. -С. 277-290.

35. Huang J. И др. Влияние неоднородного стекания жидкости на эффективность тарелки дистилляционной колонны / Huang J., Zeng A., Yu G. //J. Chem. Ind. and End. -1994. -vol.45, №3. -C.306-312.

36. Korchinsky W.J. и др. Расчет эффективности ситчатых тарелок дистилляционных колонн /Korchinsky W.J., Ehsani M.R. Plaka Т. // Chem. End. Res. and Des. A. -1994. -vol.72, №3. -C. 465-471.

37. Xu Z.P. и др. Эффективность дистилляционной колонны с тарелками с двойным потоком / Xu Z.P., Afacan A., Chuang К.Т. //Can. J. Chem. End. -1994. -vol.72, №4. -C. 607-613.

38. Salem Abu Bakr S.H. Эффективность дистилляционных колонн с ситчатыми тарелками, несущими насадку // Separ. Sci. and Technol. -1993. -vol.28, №13-14. -С. 2255-2272.

39. Xu Z. P. и др. Перемешивание жидкости на ситчатых тарелках с насадкой / Xu Z. P., Afacan A., Chuang К.Т. //Chem. Eng. Res and Des.A.-1995.-vol.73, №4.-c.406-412

40. Korchinsky W.J. Исследование перемешивания на тарелках дистилляционной колонны //Chem. Eng. Res. and Des.A. —1994. — vol.72, №3.-c.472-478

41. Dribika M.M., Diddulph M.W. Методы оценки точечного К.П.Д. ситчатых тарелок с мелкими отверстиями при дистилляции // Chem. End. Res. and Des. 1772. vol.70, №2. C. 142-140.

42. Effects of surfautension on tray point efficiencies / Chen G.X., Afacan A., Chuang K.T. //Can. J. Chem. Eng. -1994. -vol.72, №4. -R. 614621.

43. Линия тока и профили температуры на ситчатой тарелке диаметром 2,44м / Porter К.Е., Yu К.Т., Chambers С., Zhang М.С. // Chem. Eng. Res. and Des. -1772. -vol.70, №5. -C. 407-500.- 108

44. Basaran O.A., Wohlhuter F.К. Гидродинамика дистилляционных тарелок. 2.Определение полей тока на некоторых практически важных типах ситчатых тарелок // Separ. Sci. and Technol. — 1995. —vol.30, №7-9. -С. 1233-1244.

45. Работа колонн при сниженной нагрузке. /Sloley A.W., Fleming В. //Chem. Eng. Progr.- 1994.-vol.90, №3, с. 39-47

46. Kirkbaslar S. И др. Расчетное определение градиентов температуры и концентрации в дистилляционной колонне с колпачковыми тарелками в установившемся режиме / Kirkbaslar S., Aydin А., Dramur U.//Chim. acta turc.- 1994. -vol.22, №2. -C. 147-156.

47. Zhang M., Yu G. Моделирование двумерного потока жидкости на дистилляционной тарелке // Chin. J. Chem. End. —vol.2, №2. —С. 63-71.

48. Agarwal S., Taylor R. Расчеты колонны на основе неравновесной модели // Ind. and End. Chem. Res. -1994. -vol.33, №11. -C. 2631-2636.

49. Idlesias M. и др. Ректификация многокомпонентных систем. 1. Моделирование ректификационной колонны / Indlesias M., Tojo J., DominguezA. //Afinidad. -1995. -vol.52, №455. -C. 12-18.

50. Cheng S., Zhong D. Моделирование и расчет процессов дистилляции бинарных смесей // Natur. Sci. J. Changsha Norm. Univ. Water Resour. and Elec. Power. -1994. -vol.9, №4. -C. 370374.

51. Collocation methods for distillation design l.Model discription and testing /Huss Robert S., Westerberg Arthur W. //Ind. And Eng. Chem. Res. 1996.-vol.35, №5.-c. 1603-1610

52. Гидродинамические исследования седловидных насадок и колец Палля /Алекперова Л.В., Аксельрод Ю.В., Дильман В.В., Струнина А.В., Морозов А.И. //Хим. пром-ть.-1974.-№5.-С. 60-64- 109

53. Bylica I., Jaroszynski M. Сравнительное исследование гидродинамики неупорядоченных и структурированных насадок //Inz. Chem. I procès.-1995.-vol. 16, №3.-c.421-439

54. Ильиных A.A., Мемедляев 3.H., Кулов H.H. Массообмен в орошаемой насадке в режимах подвисания и эмульгирования //ТОХТ. —. — 1989. — Т.23, №5.-С. 569-574

55. Kaiser V. Исследование процессов, протекающих в насадочных колоннах //Chem. Eng. Progr. — 1994. —vol.90, №6.—p. 55 — 59

56. Высокоэффективное контактное устройство для процессов ректификации и абсорбции — нерегулярная металлическая насадка ГИАП —НЗ /Коган A.M., Гельперин И.И., Дильман В.В., Юдина A.A., Пальмов A.A., Пушнов A.C. //Хим. пром — ть.- 1992, — №8.-С. 28 -34

57. Сопротивление и тепломассообмен в сетчатых насадках с пористо — пленочным течением жидкости /Дикий H.A., Шевцов А.П., Шевчук C.B., Чернов С.К. //Пром. Теплотехника. —1984. — №5. — с. 19-21

58. Пат 2035992 Россия, МКИ6 BOIJ 19/32. Регулярная насадка для тепломассообменных колонн /Нечаев Ю.Г., Михальчук Е. М., Есипов Г.П. — 3аявл.09.04.93. опубл. 27.05.95

59. Пат 275664 Чехия, МКИ5 ВОЮ 3/00. Структурированная насадка для контактных колонн /Braun V. — Заявл. 05.01.90, опубл. 18.03.92

60. Орлов М.А., Хувес Я.Э. Исследование гидравлического сопротивления и брызгоуноса в горизонтальной насадочной колонне с перекрестным течением газа и жидкости //Хим. пром — ть. 1994. - №7. - С.55 - 57

61. Использование новых насадок в абсорбционных процессах /Hovorko F., Linek V., Sinkule J, Braun V. //Chem. Listy.-1993,-voî.87, №9.-p. 169-170- 110

62. Suess P. и др. Новая структурированная насадка для ректификации и абсорбции / Suess P., Meier W., Pluss R.C. //Chem. Ing. Techn.-1995.-vol.67, №7.-p.814

63. Исследование тепло —и массопереноса в пленочных абсорберах /Grossman G. // Reito = Refrigeration.-1992.-vol.67, №777.-p.789-798

64. Пленочная абсорбция в аппаратах химической технологии. ч.1: Гидродинамика пленочных абсорбционных аппаратов /Муравьев Е.В., Бернистам В.А., Манзон И.М., Томински В.И. —М.: 1991, —46 с.

65. Problematika mereni mezifazove plochy v absorberu s pohublivou /Palaty Zdenek //Sb. Ved.pr./VSCHT, Pardubice. 1991.-55.-c. 303-322

66. Nairtovanje absorberjev /Bladotinsek Pavel, Glavic Peter //Hem. Ind.-1992.-vol.46, №5-6.-c. 102-107

67. Prestcep hmoty v kapaline v absorbery s pohublivou naplini /Palaty Zdenek //Sb. Ved.pr./VSCHT, Pardubice.-1991-55,-C. 323-340

68. Koeficienty prestupu hmotu v plynu v absorbery s pohublivou naplini /Palaty Zdenek //Sb. Ved.pr./VSCHT, Pardubice.-1991-55,-C. 283-301

69. Тепломассообмен в насадочных колонных аппаратах /Архаров И.А., Старостин A.B., Тишина О.И., Шадрина В.И. //Вестник МГУ. Сер. Машиностр. 1993. - №3. - С.25 - 28

70. Bullet R. Влияние начального распределения жидкости на массоперенос в слоях насадки //Chin. J. Chem. Eng. —1994.—vol.2, №2. —C.98— 112

71. Weiland Ralph H и др. Массопереносные характеристики некоторых структурированных насадок /Weiland Ralph H., Evans Matthew //Ind. And Eng. Chem. Res.-1993.-vol.32, №7.-p. 14111418- Ill

72. Кениг Е.Я. Исследование кинетики массо— и теплопереноса при разделении многокомпонентных смесей (часть И) //Теор. основы хим. технологии,-1994.-Т.28, №4.-С.348-370

73. Дьяконов С.Г., ЕлизаровВ.И., Кафаров В.В. Сопряженное физическое и математическое моделирование промышленных аппаратов //ДАН СССР.-1985.-т.282, №5.-С.1195- 1199

74. Дьяконов С.Г., ЕлизаровВ.И., Кафаров .В.В. Сопряженное физическое и математическое моделирование в задачах проектирования промышленных аппаратов //Журн. Прикл. Химии. 1986. -Т.59, №9. - С. 1927 - 1933

75. Лаптев А.Г. Моделирование элементарных актов переноса в двухфазных средах и определение эффективности массо — и теплообмена в промышленных колонных аппаратах.: Дис. .докт. техн. наук.-Казань: КХТИ, 1995.- 404 С.

76. Дьяконов С.Г., Елизаров В.И., Лаптев А.Г. Моделирование массотеплопереноса в промышленных аппаратах на основе исследования лабораторного макета // Теор. основы хим. технологии.-1993.-т.27, №1.-С. 38-50

77. Дьяконов С.Г., Елизаров В.И., Лаптев А.Г. Модель переноса в барботажном слое на контактных устройствах промышленных аппаратов //Массообменные процессы и аппараты хим. технол. Межвуз. темат. сб. науч. тр. Казань: КХТИ.— 1988, —С.8

78. Дьяконов С.Г., Елизаров В.И., Лаптев А.Г. Модель масоотдачи в газовой фазе при разделении газожидкостных систем в насадочных- 112 колоннах //Изв. Вузов. Химия и хим. технол. — 1990. — т.ЗЗ, №4. —С. 108

79. Данилов В. А. Моделирование процессов разделения многокомпонентных смесей в газо (паро) — жидкостном слое и определение эффективности промышленных клапанных тарелок: Дисс. . канд. техн. наук. Казань: КХТИ.— 1992,— 152 с.

80. Лаптев А.Г. Массообмен в барботажном слое и описание структуры потоков на контактных устройствах методом сопряженного физического и математического моделирования: Дисс.канд. техн. наук.— Казань: КХТИ, 1988,— с.

81. Лаптев А.Г., Елизаров В.И., Дьяконов С.Г. Сопряженное физическое и математическое моделирование структуры потоков- 113 на клапанных тарелках массообменных аппаратов.— Казань, 1987. -Деп. В ОНИИТЭХим (г. Черкассы). № 1252-XII-87

82. Дьяконов С.Г., Елизаров В.И., Лаптев А.Г Сопряженное физическое и математическое моделирование структуры потоков на барботажных тарелках.— Казань. 1986, —37 с. Деп. В ОНИИТЭХим (г. Черкассы), №923 XII - 86.

83. Дьяконов С.Г., Елизаров В.И., Лаптев А.Г Теоретические методы описания массо— и теплооотдачи в газо(паро) жидкостных средах на контактных устройствах //Изв. Вузов. Химия и хим. технология. — 1991, —т.34, вып.8. — с. 3—13

84. Дьяконов С.Г., Елизаров В.И., Израйлев Б.М. Сопряженное физическое и математическое моделирование диффузионного пограничного слоя //Массообменные процессы и аппараты хим. технологии: Межвуз. сб. науч. трудов. /КХТИ, Казань. —1987, с.8 — 13

85. Израйлев Б.М. Предпроектная разработка аппаратов с мешалкой и отражательными перегородками на основе сопряженного физического и математического моделирования: Дис.канд. техн. наук.- Казань, КХТИ.-1988.

86. Дьяконов С.Г., Минеев Н.Г. Математическое описание гидродинамики в проточном аппарате с неподвижным слоем поглотителя. //И Всесоюзн. Науч. конф. "Методы кибернетики химико — технологических процессов": Тез. Докл.— Баку, 1987.— с.47.114 —

87. Минеев H.Г. Сопряженное физическое и математическое моделирование массопереноса в проточном аппарате с неподвижным кольцевым слоем поглотителя //Массообменные процессы и аппараты хим. технологии: Межвуз. сб. науч. трудов. /КХТИ, Казань, 1987.-c.8-13

88. Дьяконов Г.С. моделирование однофазного массопереноса в жидких смесях: Дис.канд. техн. наук.— Одесса, 1988.

89. Кафаров В.В., Дорохов И.Н. системный анализ процессов химической технологии. — М.: Наука, 1976

90. Рамм A.M. Абсорбция газов. М.: Химия, 1976. —655 С.

91. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. 4.1. — М.: Наука, 1987.-464 с.

92. Масштабный переход в химической технологии: разработка промышленных аппаратов методом гидродинамического моделирования /Розен A.M., Мартюшин Е.И,, Олевский В.М. и др.; Под ред. А.М.Розена. — М.: Химия, 1980.-320 с.

93. Павлов В.П., Мартюшин Е.И Масштабный переход от лабораторных и опытных исследований к производству //Хим. пром-ть,- 1986.-№ 8.-С. 497-501.

94. Palmer Murray. Scale modelling of flow problems //Chem. Eng. (Gr.Drit.). — 1986. —№ 421.-p. 28-30

95. Franz K., Borner Th., Joahim H., Burhholz R. Flow structures in bubble columns //Germ. Chem. Eng.-1984.-vol.7, №6.-p.365-374- 115

96. Geary Nicholas, Rice Richard. Circulation and scale —up in bubble columns //AIChE Journal.- 1992.-vol.38, №l.-p.76-82

97. Solari R.B., Bell R.L. Flyid patterus and velocity distribution on commercial — scale sieve trays //A.I.Ch.E.J.— 1996. —vol.32, №4.— p.640 —649

98. Шишкин З.А. Исследование неравномерности распределения газовой фазы в барботажной колонне //Гидродинамика и явления переноса в двухфазных дисперсных системах: Сб. науч. тр. / Иркутск. 1989. - С.32 - 38

99. Павлов В.П. К вопросу о возможности масштабных переходов при проектировании барботажных аппаратов //Труды МИХМ.— 1969.-т.1, Вып. 1. — С. 181 — 185

100. Александров И.А. Массопередача при ректификации и абсорбции многокомпонентных смесей. — М.: Химия, 1975 — 320 с.

101. Бушуев В.П., Федотов Е.В., Павлов В.П. Определение задержки жидкости на крупномасштабных тарелках перекрестного тока //Труды МИХМ. 1975. - Вып.61. - С.72 - 79

102. Biddulph M.W., Dribika M.M. Distillation Efficiencies on a large sieve plate with small —diameter holes //AIChE Journal. —1986.— vol.32, №8.-p. 1383-1388

103. Biddulph M.W., Dribika M.M. Scaling —up distillation efficies //AIChE Journal.-1986.-vol.32, №11.-p. 1864-1875

104. Biddulph M.W., Dribika M.M. Distillation Efficiencies for methanol/1 — propanol/water //Ind.Eng.Chem.Res. — 1988. — № 27. — p. 2127-2135

105. Телятов С.Г. Вопросы гидродинамики двухфазных сред. // Вестник МГУ, 1958.-№2.-С. 127-132

106. Франкль Ф.И. Избранные труды по газовой динамике. —М.: Наука, 1973-711 с.

107. Рахматулин Х.А. Основы газодинамики взаимопроникающих движений сжимаемых сред. — ПММ, 1956. —т. 20, вып. 2. —С. 184 — 195.

108. Селезнев Л.И. Некоторые проблемы механики двухфазных сред и образование конденсированной фазы в проточных частях турбин. Автореф. Докт. Диссер. —М.: МЭИ, 1976, —26 с.

109. Coy С. Гидродинамика многофазных сред. — М.: Мир, 1971.

110. Уолли Г. Одномерные двухфазные течения.— М.: Мир, 1972.

111. Дейч М.Е., Филиппов Г.А. Газодинамика двухфазных сред.— М.: Энергоиздат, 1981.-472 с.

112. Дильман В.В., Кронберг А.Е. Обобщенная одномерная модель проточных химических реакторов

113. Rixon F.F. The absorption of carbon dioxide in and desorption from water using packed towers. Transactions of Institution of Chemical Engineers.-1948.- v.26, p. 119-130.

114. Spedding P.L., Jones M.T., Lightseg G.R. Ammonia absorption into water in packed tower //Chem. Ing. Journal. — 1986.— v.32, p.151 — 163- 117

115. J.D. Raal, M.K. Khurana Gas absorption with Large Heat Effects in Packed Columns //The Canadian J. Of Chem. Eng.- 1973.-vol.51, № 4. — p.162 — 167

116. Лаптев А.Г., Дьяконов Г.С., Фарахов М.И., Габутдинов М.С., Мухитов И.Х., Залегдинов Л.С. Насадка для ректификационных и абсорбционных колонн. Пат. на изобретение № 96102736/20(005007) от 20. 02. 96 г.

117. Лаптев А.Г., Дьяконов Г.С., Фарахов М.И., Габутдинов М.С., Мухитов И.Х., Залегдинов Л.С. Новая насадка для масообменных колонн. //IV—я конф. по интенсификации нефтехимических процессов "Нефтехимия — 96": тез. докл.— Нижнекамск. — 1996, 145

118. Лаптев А.Г., Фарахов М.И., Ильяшенко. Е.Б. Гидравлические и массообменные характеристики новых насадочных элементов //Межвуз. сб. науч. трудов "Массообменные процессы и аппараты химической технологии".— Казань, КГТУД996.

119. ЗО.Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. —учебн. для ВУЗов,— изд.6 —е, перераб и доп. —М.: Наука. —1987, 940 с.

120. РЕКТИФИКАЦИЯ СМЕСИ МЕТАНОЛ-ВОДА, НАЧАЛЬНАЯ1. КОНЦЕНТРАЦИЯ Х=0.5

121. Ситчатая тарелка, ширина приемной планки 83 мм, длина путижидкости 1 = 991 мм, высота сливной планки 25 мм.

122. Средняя скорость газа в колонне \ЛА= .6518267 м/с

123. Расход жидкости в колонне 0= .201205 м3/час

124. Высота столба жидкости на тарелке Ьст. = .0206924 м

125. Площадь отверстий тарелки Б= 6.58024Е —03 м2

126. Динамическая скорость по жидкости ТГ= .2279991 м/с

127. Динамическая скорость по газу и*= 7.061661 м/с

128. Коэффициент турбулентной вязкости уг== 6.950048Е — 04

129. Ш(Ь)= 7.160653, Ш(С)= 1.008356

130. Критерий Прандтля по жидкости Ргж= 26.48687

131. Критерий Прандтля по газу Ргг= .8090104

132. Критерий Шмидта по жидкости 8сж= 24.8852

133. Критерий Шмидта по жидкости 8сг= .4528875

134. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РАЗДЕЛЯЕМОЙ СМЕСИ МЕТАНОЛ-ВОДА Хн = 0.5 масс. д.1. Газовая фаза Жидкая фаза1. Температура, °С 87 87.7

135. Плотность, кг/м3 0.8473021 812.8041

136. Вязкость, Па с 7.05727 Е-06 8.9896 Е-051. Газовая фаза Жидкая фаза

137. Коэффициент диффузии м2/с 1.839114 Е —05 4.444434 Е-09

138. Коэффициент теплопроводности, Вт/м2К 2.324169 Е-02 0.317664

139. Теплоемкость, КДж/кг-К 1843.6 3319.976

140. Реконструкция колонны Кт-48 завода БК АО "Нижнекамскнефтехим". Назначение колонны.

141. По существующей технологической схеме ректификационная колонна Кт —48 предназначена для выделения из изобутилена — сырца триметилкарбинола и димеров с целью получения изобутилена, который отбирается с верха колонны.

142. Колонна Кт —48 представляет собой цельный аппарат и имеет следующие конструктивные параметры: диаметр колонны 2400 мм; количество тарелок76;тарелки питания (считая с низа колонны) 19,30,38,48.

143. Технологический режим работы колонны: давление после Т —50 4 — 5 кгс/см2; давление в кубе 5.5 кгс/см2; температура кубане более 65 °С.

144. Реальный состав верхнего продукта при расходе 6 — 7 т/ч: содержание изобутилена достигает 99.96% масс.

145. Согласно технического задания необходимо довести содержание изобутилена в верхнем продукте до 99.97% и снизить энергетические затраты на единицу исходного сырья.

146. Кубовый остаток, отбираемый из низа колонны Кт —48, имеет состав, приведенный в табл. 1.

147. Продукт куба Кт —48 является рецикловым и увеличивает нагрузку на узлы гидратации и дегидратации завода БК.