автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Процессы переноса в центробежных пленочных аппаратах и методы их расчета

Р г в од

2 о ?.)АЙ 1997

На правам рукописи

ГИГЛРЛНОВ ФИ ДЛИ С Л! У Б АРА КОС IIЧ

ПРОЦЕССЫ ПЕРЕНОСА В ЦЕНТРОБЕЖНЫХ ПЛЕНОЧНЫХ АППАРАТАХ И Д1ЕТОДЫ ИХ Р А С Ч Е 7 Л

05.17.08 — Процессы п аппараты химической технологии

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Казань—1997

Работа выполнена б Казанском государственной технологическом университете.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Л. П Холпанов

доктор технических наук, профессор 10. А. Комиссаров

доктор технических паук, профессор Н. А. Николаев

Ведущая организация— Всероссийский

научно-исследовательский институт углеводородного сырья

Защита состоится „ /3 * и&ьЗ 1997 года в часов на заседании диссертационного совета Д 063.37.02 в Казанском государственном технологическом университете по адресу: 420015, г. Казань, ул. К. Маркса, 68. зал заседаний Ученого совета

С диссертацией елотлю ознакомиться в библиотеке Казанского государственного технологического университета.

Автореферат разослан „30 " (ХУ\фР.АЭ* 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета, доктор технических наук, професе

Î. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

/./. Лктуилыюсть проГисми. Среди многообразия коисгрую нниых uapiiauum шшлраюк, предиашаченных ;ym осуществления процессов фичи-чеекоГ: п MiMii'ii'tKoîi сорбции, дистилляции, а гак же химических реакции п гачожидкосч иых спае.мах шлдсляются непчробежшле пленочные аппараты. Нлло.пря иодкоду ннеашеп механической чмерпш, используемой для раз-г.и'шя Mcvi.'([i;vu;i)ii поиерхпосчи контакта, цаггробежные пленочные аппарату (ЦПЛ) обладаю) иссьма ншкнм гидравлическим сопротивлением. Это по-зноляеч оффекиншо испольчопап» их и процессах, проводимых как под па-куч мом, чак и при испытанных давленных. Наряду с тгим п ЦПЛ рехипует-ся нысокая скорость 'транспорта кочпгопепгоп в жидкой фаче на 3 порядка превышающая скорость транспорта п аппаратах распылительного типа. Эта характерная особенное п. ЦПЛ делает их незаменимыми rt химической, пи-щепой, чпмико-фармацешпческоГг и и микробиологической промышленности при осуществлении реакционных н процессоч разделения тер.молабнль-ных вещести, разлагающихся ппизамегном повышении температуры.

Одновременно копструктинные особенности ЦПЛ почяоллшт реллшо-вап. процессы пцбекон очистки и тонкого рачдедепня гачолгидкосгпых систем при небольшой .чысочс аппаратов, что пазполясг размещать их ь забытых помещениях, а не на внешних технологических площадках.

Несмотря на гу что ЦПЛ известны давно, они не нашли достаточно широкого применения i» промышленности ич-за отсутствия научно обоснованных метсдои их масштабирования и расчета. Промышленная реализация 1ДГТА стала принципиально возможной только а результате развития математических методов моделирования, позволяющих разрабатывать конструктивные зариа:гш аппаратов применительно к различным типам процессов, протекающих а газожидкостиых системах.

Работа выполнялась по координационным планам АН СССР "Теоретические основы химической технологии" на 1985-90 гг. по проблеме 2.27.1. ¡ 7 (Разработка и исследование юпло-массо -Сменных аппаратоя роторного зшиддя получения химических продукт on и утилизации отходов), РАИ- на 5990-95 гг. но проблемам 2.27.1.1.3 (Гидродинамика, тепло- и мае-сх>5мен при томкопленочном течении жидкостей в поле центробежных сил) и 2.27.2.-1.1 (Абсорбция и десорбция; абсорбция с химической реакцией п пленках жидкости, текущих в иоле центробежных сил).

1.2. Цель работы - комплексное исследование и ua ievai ической описание сопряженных гидродинамических, тепло- и массообмсипых нроцессон п центробежной пленке жидкости; разработка на ociione выполненного математическою модслироиатшя методической основы и алгоритма расчета

центробежных пленочных чеплообмешшкет, абсорбером и хемосорберои: обобщение результатов исследований и разрнСмжа рекомендаций по конструированию Ц1 !Л и определение режимных диапазонов их жеплуаищии; внедрение результатов исследований и рачрабонк в промышленную и опытно-конструкторскую пракшку.

1.3. Научная испиши. Численно. методом кот ро. 11.1101 о объема п трехмерной постановке исследована гидродинамика заполненною точения жидкости п полости массообмеиного злемеша (М')) и показана возможность использования приближении теории пограничного слоя ,ги описания гидродинамики течения жидкости п области. примыкающей к вращающимся частям МЭ.

Построена математической модель пототер.мического топкопленочно-го течения жидкости но поверхности вращающегося V!') нрк тепловых граничных условиях мерного н второго родов с учетом взаимовлияния полей скорости и температуры.

11а основе модели дпффупюнного 1101 ракитного слоя переноса массы вещества «первые разработана математическое описание процесса физической абсорбции газов пленкой жидкости, текущей н поле центробежной силы. Исследовано «лнянне теплоты абсорбции, нагрела (охлаждения) поверхности МЭ, гидродинамического и диффузионного сопротивлений га ¡о ной фазы па процесс массоперепоса. Получены расчетные зависимости для определения всех основных характеристик* сопряженного тепло- и массоперсноса.

Предложена модифицированная физическая модель и впервые выполнен аналитический расчет процесса хемосорбциоиного поглощения газов пленкой жидкости, текущей в поле центробежной силы, при протекании в жидкой фате простых необратимых химических реакций первого и второго порядков, а также мгновенной реакции. Получены соотношения для расчета количества поглощенного газа и других важнейших локальных и интеграль-пых характеристик процесса.

Разработаны методические основы и апорнтмы расчетов центробежных плененных тепло- и массообменных аппаратов. Даны рекомендации по выбору геометрических размеров к режимных параметров ЦПЛ, обеспечивающие наибольшую нх эффективность, а также исследованы закономерности работы конических насосов-питателей, обеспечивающих подачу и рециркуляции жилкой фл;ы в МЭ центробежных аппаратов, предложены соотношения для расчета их производи гслыюети.

1.4. Практическая значимость полученных теоретических результатов заключается в создании алгоритма расчета Г.ПЛ, позволяющего впервые решить проблему масштабирования с учетом специфики протекающих в них

процессом и физико-химических снойст нтппмодснстпугощпх сред, а также определим, оптимальные технологические параметры их эксплуатации и KoiicipyKiiiinii.'o соотношения тепло- и иассюбмскиых элементов. Разработка инженерная методика расчета центробежных аппаратои плепочпого типа.

1.5. Риа.штция работы. Результаты исследований, разработанные метлики расчетов, данные экспериментальных исследования били использованы при проектировании центробежных теплообменников, абсорберов хсмосербсрои к ректификаторов и определении технологических режимов их ixcii.'virannii, а также при "совершенствовании различных производственных процессов на ряде предприятий.

Ниедренис в 1Н!() "Союзнефтспромхим" (г. Казань) це1гробе;кного реактора позволило осущссгвнть процесс получения пеиопогеиных ПЛВ по непрерывной схеме, попысить селективность процесса но нелепому продукту (lírpaoKCinmieinvmKo.'iio), обеспечить экономию сырья и энсргоресурсов. Экономический эффект 94 тыс. руб. (по ценам 1986 г.)

В ТПУ "Гатнефтенромхии" (г. Альметьевск) внедрен и эксплуатируется реактор для сингеза пеонолов марок АФ9-4.11 АФ9-6. При этом усовершенствован технологический процесс, достигнуто повышение производительности реакторного узла, сокпащены расходы сырья п энергоресурсов. Годовой экономический эффект составил 208 тыс. руб. (по ценам на 1.03.1991 г.). Там же на производстве деэмульгатора СНХП-4201 "Дифсроп" произведена замена реактора с мешанкой на центробежный пленочный. Экономический эффект 340 тис. руб. (по иенам на 1.03.1992 г.).

Центробежный абсорбер для получения концентрированного оксида азота m тетраоксида азота использован п опытно.'.« нрошводстве Казанского НИИХП. Экономический эффект 55 тыс. руб, (по иенам на 1990 г.).

Использование уточненной методики расчета адиабатического испарения органических растнорителеП позволило оценить реальную пзрыво- и пожароопасность и обеспечить производство ряда лекарственных препаратов в ПО "Татхимфармпрепараты". Экономическим эффект 8671 тыс. руб. (но цепам на i .09.1993 г.).

Центробежные пленочные ректификационные аппараты внедрены в АООТ "Хитон" (г. Казань) для гонкой очистки этилового спирта-сырца. Фактический годовой экономический эффект от эксплуатации 8 аппаратов составил 800 млн. руб. (по ценам на 1.01.1995 г.).

Во Ш1ИИУС (г. Казань) используется методика расчета нет робел«-пых испарителей и теплообменников. Алгортм расчета и техническая документация на цешробе'.кный пленочный üciiapinc;ii, для регенерации отработанных компрессорных масел производительностью ло 100 кг в час peie-

иернроваилого масла переданы и СПКВ фирмы "Та(нефтепродукт", г 1.6. Научные публикации. Но теме диссертации опубликовано 59 научных рабог и журналах: 'Теоретические основы химической технологии". "Инженерпо-фпшческий журнал". "Прикладная механика", п рамичнмх межвузовских сборниках научных трудов и сборниках тезиеон докладов различных конференций. Четыре технических решения по теме работ з.ици-щены ангорскими сиидетельстами СССР на изобретении.

1.7. Апробации работы. Основные результаты райо н,; докладышипсь на следующих конференциях, совещаниях и форумах: V н VH Всесоюзных конференциях по тепло- массообмену (Минск, 1976 и 1984); 1 и 111 Международных форумах по мыо- массообмену (Минск, 1988 и 1996); 1 Всесоюзной научно-тсхннчсскон конференции "Процессы и аппараты нроитодсгва полимеров, методы и оборудование для псрсрабогк.. их п изделия" (Москва, 1977); Республиканской конференции "Механика сплошных сред" (И. Челны. 1982); шучно-тцхннческол конференции "Разработка и внедрение безогход-ных технологий, использование пторнчных ресурсов - путч ноиышении эффективности производства" (Kupon, 1988); V1U конференции по ПАВ и сырью для их производства (Белгород, 1992); Ш и IV Республиканских конференциях по интенсификации нефтехимических процессов (Нижнекамск, 1994 и 1996); XII Международной конференции по химическим реакторам (Ярославль. 1994); Международной конференции "Математические методы в химии и химической технологии" (Тверь, 1995); Ii и Ш научно-технических конференциях стран СНГ "Процессы и оборудование экологических пронзподсти" (Волгоград, 1991 м 1995); Международной конференции "Состояние и перспективы развития вакуумной техники" (Казань. 1996), на научно-технических конференциях КГТУ (КХТИ) и 1973-1997 гг.

1.8. Опъсм работы. Днсесртгиим состоит из введения, сами глав, заключения, списка литератур«, приложений, справок и актов, подтверждшо-щнх практическое применение результатов исследовании. Диссертация содержит 45 страницы, ш них 290 страниц машинописного текста, 8 таблиц и 119 рисунков по тексту, список литературы га 247 источников отечественных н зар! "южных авторов.

2. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Материал в диссертации излагается в следующей последовательности.

В введении .дана краткая характеристика общей ситуации в рассматриваемой области и обосновала актуальность проблемы исследования. Г1ри-аэдены осношше научные и практические результаты. Описан вклад каждого нз соавторов научных публикаций.

Hcp/jiM^iaati uccirr обзорно-аналитический характер.

I ¡релспшлеиа классификация и рассмотрены основные тины центробежных пленочных аппаратов, выпускаемых отечественными предприятиями и зарубежными фирмами н используемых и различных отраслях промышленного производства. Покатана зффекшвность и перспективность применения I!,! 1Л, главным образом, а малотоннажных производствах в качестве абсорберов, хсмосороерон, га «жидкостных реакторов, ректификаторов ;у|н гонкой очнсгки и для выделения продуктов из реакционной смеси при небольших степенях конверсии, выпарных аппаратов и конденсатор«« для термо.шбнльных продуктов и т.д.. Проведенный обзор литературы по теме диссертации похазат, что. если вопроси течения жидкости в отдельных злемептах I (ПЛ и достаточном для инженерной практики объеме изучены о работах О. Хинце, А. Чарвага, Н.В. 'Рябина, И.Х. Зиннатуллина А.Л. Ллск-савдровского и других авторов, то исследование процессов переноса тепла далеко от завершения, большинство авторов при теоретическом рассмотрении явления не учитывают изменение тенлофизических свойств жидкости от температуры; пренебрегают процессами теато- и массообмена на границе газ - свободная поверхность пленки; не исследованы вопросы теплообмена при граничных условиях второ»х> рода и т.д.. Остается полностью не изученным все многообразие элементарных актов процессов абсорбционного и хе-мосорбциошюго переноса массы, протекающих в центробежных пленках жидкости.

На основании проведенного шгализа сформулированы задачи исследований.

Во второй главе представлены результаты исследования гидродинамики течения жидкости по ротору центробежного аппарата. В п, 2.1 рассматривается течение вязкой жидкосги по внутренней полости МЭ, образованной неподвижным (верхний) и придающимся (нижний) дисками, снабженными кольцевыми перегородками. Задача решается в трехмерной постановке в предположении стационарности и круговой симметрии течения. Граничные условия к уравнениям Навье-Стокса задаются на входе и выходе МЭ, на стенках дисков и перегородках. Для решения поставленной задачи выбран метод контрольного объема (метод Патанкара). Применение метода контрольного объема позволяет обеспечить свойство консервативности получаемой конечно-разностной схемы. Преимущество данного метода, по сравнению с другими конечно-разностными схемами заключается в том, что он основан на макроскопических физических законах, а не на использовании математического аппарата непрерывных функций. Расчеты, выполненные на базе полученных уравнений дискретизаций, позволяют но интенсивности распределения линий тока утверждать, что основное течение (основной расход) реализуется в виде достаточно тонкого слоя но поверхности вращаю-

щегося диска (рис.1). 13 пределах -л ого слоя наблюдается ламинарное тече-иис, а радиальная составляющая скорости hîmciisiciск моноюпио. Взаимовлияние основного течения п '«счеши! но внутренней полости М'> нсимчи-тельнр. Анализ результатов позволяет утнср-лсдап. о hoimoatiocih использования методов и допущении,' принятых и теории ламинарного слом, и для приближенных аналитических решений задач плёночного течения жидкости по вращающимся поверхностям.

Одним из основных регдамаггнроианных режимных параметров ЦП А является расход жидкости через М'.). Конструктивно наиболее просто подача жидкости, a D мпогосекцп-опных аппаратах и рецикл между МЭ, осущестиляегся за счет применения частично погруженного в жидкость конуса (в последующем насос-питатель), при вращении которого ьозии-каст насосный эффект (у._22). За производительность насоса принято количество жидкости, перемещаемой массовыми силами в меридиональном направлении выше уровня свободной поверхности. Проблема сведена к определению толщины гидродинамического пограничного слоя путем решения системы уравнений:

К2

Рис I. Линии тока при Rc=10\ U„=3.

„ svx т\ у; . fi~vx

Vx ~~+У- -г- - -- sm г = У—тек cfc R fb2

(О

âl' ôV„

V V •v <?

âx

а:

R

sm / = V-

tb2

(2)

y; i âp

— ces y---:

R p ci

r¥s Vx . cV:

-— + —- Sin V +-- - 0

A- R ' rz

(3)

Здесь координатная ось x направлена и.чоль по образую'':*!'! конусу

о

ось j - по нормали. Использование метода интегральных соотношении Кармана -11о.н.гау')Сна познолило преобразовать ураииешш (1) - (4) в систему:

f?â„K _ 336v /1, 25ох sin^

сл>

Ас 5со2 sinyRS] 33,6i/2Л

гЗс

5Д

Лз5а<й sin/

o)2RSl.А4г sm7A2 2A3R

(5)

(6)

здесь Aj - /(û„x,) . Лг

Для определения производительности насоса-питателя получено выражение:

7г

<2 = £(шД)2й£т(б-85?, sinr ,

24 ' j г у

(7)

где <3>„г- определяется нз решения системы (5) - (6); из условия /•> 2:1; величина И соответствует радиусу конуса на уропие свободно!! поверхности жидкости.

Для прибшехенпого расчета проюподнтслыюсти рекомендована формула:

0,5 f

R2

r\%7S

S2y(6-8Sy + 2S2y) , (8)

не требующая привлечения численных методов вычнслгииН.

Предполагая справедливым закон распределения скорости с показателем степени "1/7", задача решена н для турбулентного режима течения (Re>105). В этом случае:

со' R2 â'*xsin у

Q

84 v

(S

ZL

\5Ix

(154 -8S„) .

(9)

На основе анализа полученных зависимостей и результатов расчетои количественно установлено влияние угловой скорости ирашешш, глубины погружения конуса р жидкость, его геометрии, а так же свойств жидкости на производительность насоса. Установлено, что перехот к турбулентному режиму сопровождается увеличением количества жидкост н, перекачиваемой

насосом (рис. 2).

I

¿МО6,

Рис. 2. Зависимости нропзиоди-тельпости насоса от со дня АО полного раствора глицерина при Г= 10° , Ь = 0,02 м: о-эксперимент; 20

1 - теории ламинарная но (7);

2 - теория турбулентная по (9);

3 - но Ю.И. Макарову; 0

4 - по В.Л. Юрчепко. ¿6

4г.

3 г\£ О

г \Г

50

75

100 Ч с

-Г

Сравнение расчетных данных с результатами экспериментальных исследований, выполненных нами., Ю.И. Макаровым и другими авторами, подтверждает справедливость полученных зависимостей.

Третьи глава посвящена математическому моделированию неизотер-мнческого топкогтпепочного течения жидкости по нагреваемо» (охлаждаемой) поперхпостп тспло-массообмсшюго элемента. В зависимости от назначения температура поверхности МЭ может поддерживаться постоянной (граничное условие 1 рода) или создаваться постоянный тепловой поток (граничное условие И рода). Первый вариант реализуется при обработке термолабилышх продукта! и проведении экзотермических хемосорбцион-пых процессов, пторой - при использовании ЦПА в качестве выпарных аппаратов, конденсаторов, 'испарителей.

Процессы течения и теплообмена описываются уравнениями переноса импульса и тепла, записанными в системе координат А ср, г, жестко связанной с вращающимся коническим МЭ:

,, '»V ,, 1 дР С?

У ,--— У . -=----- -г- Г / + —-

* Я - & рМ &

(10)

1 сР

-—+/•1=0; а (11) р Лг

РГ ,, /7Г о2Т

V, — ь Г, — - а——■

гУ - гЪ а2 ; (12)

Л г дг . (13)

о

Процесс нафена (охлаждения) пленки рассматривается на базе модели I силового пограничного слоя (ТИС) и в потоке жидкости но меридиональной координате I выделены 3 характерные зоны: Термически начальный участок £€¡[^¡,£2], область прогрела пленки ^ " область

установившегося теплообмена 6[^з»сс[- Особенности процесса теплообмена в каждой из областей конкретизируются соответствующими граничными условиями. Решение системы (10) - (13) в сопряженной постановке выполнено методом интегральных соотношений н, в конечном итоге, сведено к решению системы дифференциальных уравнений первого порядка относительно искомых параметров для каждой области.

Граничное условие 1 рола. В пределах первой области профиль температуры описывается параболой

т

Получены зависимости для раечета всех важнейших характеристик процесса переноса: толщины щенки, продольной и поперечной составляющей скорости, толщины ТГ1С, срсднерасходной температурь!, коэффициента теплоотдачи и т.д.. Так для определения среднерасходпой температуры в рассматриваемом сечении пленки предложена формула:

0 =

15-35+10(?

К)

60 + 6«,5(|0-5.У + 352)

(15)

¿ля локального коэффициента теплоотдачи -

а =-" . (16)

Установлена количестоешш зависимость протяженности нерпой области от режимных параметров.

Во второй области, когда жидкость по пссЯ толшинй пклгочеется в

процесс теплообмена, одним из искомых параметров, наряду с , становится температура поверхности пленки 0и. С увеличением растут и тепло-лыс потери в парогазовую фазу за счет тепла, передаваемого по механизму молекулярной теплопроводности и испарения части жидкости. Тепловые потерн со свободной поверхности пленки определялись из функциональной зависимости

ПрН этом для нахождения сг;лг использовалась приближенная зависимость ЛоГиычского Л.Г., коэффициента массоотдачп- метод аналогии:

где п - 0,333 для ламинарного течения газа, /1=0 - в покоящихся средах. Спязь между давлением насыщенно!« пара (Рп) от температуры '/'„ выражалась но уравнению Антуана

В результате теоретического апапша получены расчсгные формулы для 0 , а2 , Ыи2 и других величин, так же установлено, что протяженность области превышает приблизительно в 1,6 раза длину начального участка Значение критерия ¿\'ц в пределах области убывает от 10 до 6,4.

В третьей области пленка жидкости полностью прогрета н имеет место выпаривание раствора, приводящее к убыли массы жидкости за счет испарения части растпорнтеля.

Предложены зависимости д)1я расчета расхода и концентрации обрабатываемого раствора на любом радиусе МЭ.

Граничное услошге И рода При заданной величине теплового потока темперагура поверхности тешюобмепного устройства становится искомым параметром. Соответственно видоизменяются все расчетные зависимости. Так, для вычисления сред» юрасх одной температуры в первой области получено кыражение:

т.е. О является квадратичной функцией от координаты I. Локальное значе-

t»

пне кршерия Su убывасг от со при í-(\. до 10 - при f=Ez Протяженность первой облает существенно чаииеиз о г величины q4v.

Но mopoii об lacni профиль температуры определяется как

(17)

(18)

(19)

0 = 0ц + I - 0,5^1 , (20)

глс {Оп,<1) ~ /(О/,,.(],„ (о, V.х); qw - тепловой поток о парогазовую фазу.

Доказано, чю скорость изменения средпсмассовой температуры по длине образующей пропорциональна разности .между тепловым потоком и потоком, отдаваемым в парогазовую фазу. Значение в пределах области убывает до 6.4, оставаясь н да и.иеишем постоянной. о

Апаютчный характер изменения д/(/ наблюдался и для гравитацнон-ных пленок'. В работе сделан рыводо том, что стремление к 6.4 носит универсальный харакгер: пе зависит от природы образования пленки и вида тепловых граничных условий. Расчетным путем установлено, экспериментально подтверждено существенность влияния теплообмена жидкости с нагретым МЭ па гидродинамику течения. Например, для 80% водного раствора глицерина значение 5(1, вычисленное с учетом и без учета теплообмена, при радиусе 0,05 м отличается более чем па 50%. Показана значительность влияния изменения концентрации обрабатываемого раствора за счсг испарения части растворителя на тол шину пленки. Наибольшая интенсивность процесса теплообмена в начальной области позволяет рекомендовать ограничивать радиус теплообмепных элементов ЦПЛ пределами термического начального участка и областью погрева пленки. Справедливость полученных аналитических зависимостей подтверждена экспериментальными исследованиями, проведенными в диапазонах изменения параметров: о> =* 3(ЫОО с"1, (25+70)10"5, м5 /с, температура поверхности МЭ У',." 20^-80°С, ц« = 0^40 13г/м2, соответствующих режимам эксплуатации промышленных ЦПА.

В четвертой глппе на основе модели диффузионного пограничного слоя (ДПС) Левича исследован процесс физической абсорбции газов пленкой жидкости, растекающейся пол действием центробежной силы, по поверхности МЭ, По продольной координате пыделгш две характерные области: область развития ДПС I 1,^2] Я область установления рапнове-сня £ ^ £ 2.

Процессы переноса в пленке описывается уравнениями (10) - (13) совместно с уравнением массообмена

' Тананайко Ю.М., Воронцов Е.Г. Методы расчета и исследования пленочных процессов. Киев, Техника, 1975,3 И с.

Я & ct - (21)

С цслыо детальной» анализа влияния различных технологических и физических факторо» изучены: а) изотермическая абсорбция, при условии когда' осношюе сопротивление массонереносу сосредоточено в жидкой <|ше: б) влияние охлаждения (иагрсиа) поверхности М') па процесс абсорбции; в) нснзотерышеская абсорбция; г) влияние диффузионного и гидродинамического сопротивления и газовой фазе (абсорбция средне- и лсгкорастворнхнпх газон)- Предполагается, что на свободной поверхности пленки возникает равновесное состояние газа, соответствующее закону Генри.

Решение системы ураипешш (10) - (13), (21) в толпою методом шпе-гральных соотношений, адаптированным к пленкам конечном толщины. Профили скорости, концентрации, температуры, нязкостн в поперечном направлении, аппроксимированы рядами вила

я

. (22)

¡-О

где коэффициенты а1 находятся из граничных условий, а при аппроксимации температурной зависимости вязкости - но справочным данным. В работе показано, что практически приемлемо ограничиться профилем в виде квадратичной параболы.

Рассматривая процесс изотермической абсорбции получены пыршке-ния для расчета требуемых характеристик массообмена для обеих характерных областей. Так, среднсрасходмая концентрация газа в данном сечении и локальный коэффициснД массоотдачи в периой облает отфеделяются из зависимостей:

С, =С0 -С„)(1 -&)[l -0,1(1 -tf] ; (23) Р) =-г---,т •

Численными экспериментами установлено, что наибольшая штгененв-HOCTi. нзмспення толщины ДГ1С и С наблюдается в начальной зоне протяженностью до 0,14:; значение С при l- l-z становится равной 0,45 от равновесной концентрации на границе раздела фаз независимо от режимных параметров; нолиос насыщение жидкости достн'дется при; £ = (3.5 -v 4,0)^ 2

значение критерия НИ пен.мптотнчески убывает от <» ври до 3.64 при ('. —> Г. 2 н в обтает установления равновесия остается постоянным. Стремление НК к 3.61 совпадает с данными Нятовпва 13.13. для гравитационных пленок.

С целыо ишепсифнкации процесса абсорбции (десорбции) осуществляю! охлаждение (наг рев) массообмсиного элемента. Особенность взаимосвязанно! о тенломассонсреиосц заключается в том, что с изменением темпс-ратуры поверхности пленки меняются условия равновесия на межфазиой танине. Состояние равновесия описывается линейной зависимостью2.

Рис. 3. Влияние иагреьа ( охлажде- С*Ч0* пия ) ни равновесную концентрацию со^цр на межфазпой границе при СО "-30с'',(2(>~3 К)'5:м'/с, у = 52", (С; ■ в мольных долях): С02-П20: 1 -Г,, =30"С, 7^=10° С;

3

2-7'„= К)"С, 'Гр-ж С; Ог1!/): 3-У;=!0';С, 7^-50" С; 4-/:=50"С, 7'-10° С.

<3,5

НО'н

Численные расчеты, выполненные на основе математического моделирования процесса показали, что при нагреве (охлаждении) поверхности МО изменяется динамика роста и толщина ДПС. В случае нагрева она окупалась выше, чем при изотермической абсорбции и тем более при охлаждении МО. Этот эффект может быть следствием изменения коэффициента динамической вязкости, а также обусловлен различной шгге.зеивноегьго испарения п зависимости от направления потока тепла через границу раздела фаз. Подтверждено предположение о значительности влияния теплообмена с т вердой поверхностью на процесс. Например, даже при разнице температуры в 40°С равновесная концентрация кислорода повышается V. 1,5 10"' мольных долей до 3 10'5 при движении воды с радиуса 0,07 м до 0,13 м (рис.3). Соответственно увеличивается и движущая сила процесса. Установлено, что характер

изменения ДПС и Оп по не записи! от 0) и ()„.

На условия равновесия на границе раздела фаз могут оказать воздействие и тепловые эффекты растворения, сопровождаюмще любой процесс абсорбции. Решение соответствующей задачи показало, чю лаже для систе-

5 Григорьева Н.И., Накоряков li.il. ИФЖ, 1977, т.23. N»5. С.8УЗ.

15

мы NH3 - 1120 n широком диапазоне изменения режимных параметр он эксплуатации Ц11Л температура поверхности пленки не успевает прогреться более чем на 2Г'С, ц в случае ведения процесса до полною насыщения до !2°С,. у системы С02 - П2 О tiaipeu поверхности при условии насыщения пленки до равновесной концентрации не пренышает Г'С (радиус насыщения составляет около 0,4 м). Следователыю, при расистах влиянием теплоты абсорбции без ущерба па точность можно пренебречь. Выявлено, чш уисииче-нис начальной температуры абсорбента приводит к росту локтыьпого коэффициента массоотдачн пропорционально елр(0,023 '!],).

В случае абсорбции средне- и легкорастноримых газов доли фазовых сопротивлений массоперсдаче могуг быть одно-порядковыми и возникает проблема определения равновесной концентрации па межфазпой фаннце. Двухфазный масеообмен описывается уравнениями (10), (II), (13), (21) о жидкой фазе и уравнениями движения, массообмсна и неразрывности по газовой фазе с условиями четвертого рода на межфазной границе:

Дополнительными искомыми параметрами становятся толщины гидродинамического и диффузионного пофанслосв в газовой фазе.

В математическом плане залача сведена к решению системы из четырех дифференциальных уравнений первого порядка вида:

вектор сть.-.бец искомых параметров, элеисты которой принимают значения г-,><?д ^¿41. ьектор - столбец свободных членов; /,_/'= 1,4.

Получены аналитические выражения для расчета характериспге течения фаз и массоперспоса (касательных составляющих напряжений на грани-цс раздела фаз и поверхности МЭ, локального потока поглощаемого газа, концентрации абсорбируемого газа у межфазной границы, йоэффициситов массоотдачн в фазах, критериев Шервуда п т.д.). В частности для расчета критерия НЬ в жидкой фазе предложена зависимость

.Sfi -'-Щ ll-t

3/1,-

(27)

L - l) + /¡y

И i (27) следует, что значение Sh зависит or условий взаимодействия rata и жидкости, а глюке их свойств. Устапоиисио, что при Sc= I значение Sh i) газоном фазе постоянно н равно 5. Толщины динамического и диффузионного нограислгсв в газе изменяются вдоль образующей МЭ в нелинейной зависимости в отличие ог известного об i екания пластины набегающим потоком газа {задача Ixiaynicn). Расчеты показали, что п случае хорошо и ередиераетнорнмых газов лтчение равновесной концентрации абсорбируемого газа монотонно возрастает и разница, полученная с учетом диффузионного сопротивления в газовой фазе и без ее учета - существенна Например, для системы NH3-H20 достигает 36%, в то время как для труднорастворн-мых газон она незначительна (для COi-2%) (рнс.4). Пренебрежение данным фактом может привести к значительным ошибкам при расчете Ц11А.

Рис. 4. Изменение значения критерия БН и конпентрацин абсорбируемого га3а по координате £:

\-Sli = /(/-);

2-С,* = /(/,)

для СО: (95%) + воздух -Н20;

3-С; =/(/.)

для N.'13 (95%) + воздух - Н20.

Я

В 6 4

3 г—

\ ЧГ J—

/ ч

г

0,8 0,6 А*

0,23 0,3 0,75 U

В пятой главе рассматривается процесс хемосорбцнониого ноглоп'С-ння газов центробежной пленкой жидкости при наличии простых необратимых химических реакции I и П порядков и мгновенной реакции в жидкой фазе

Уравнения переноса масс" I будут иметь вид:

сУ.

&

3S¿

(28)

' ¿P.

¿z Sz

(29)

Для реакций первого порядка Св = 1. При решении использована мо-

дели диффузионно-реакционного пограничного слоя (ДРПО*. Предполагается, что на границе раздела фаз концентрация поглощаемого газа Л нзнест-на и постоянна.

Для расчета средиерасходиои концентрации газа и абсорбенте, предопределяющей величину движущей силы процесса, и локального коэффициента массоогдачи получены зависимости:

а для коэффициента ускорения -

<30) (31)

X

(32)

Выполнен анализ влияния кинетики реакции, режимных параметров, физико-химических свойств реагирующих компонентов на процесс хемо-сорбции: толщина ДРГ'С revi меньше ДПС при физической абсорбции, чем больше KOHCTüirra скорости химической реакции; значение критерия Sh независимо от порядка химической реакции стремится к величине 3,64; значительно влияние концентрации хемосорбента (повышение В0 в 5 раз привело

к увеличению локального значения Р в 12,5 раз) (рис.5).

Рис. 5. Зависимость среднего коэффициента массоогдачи от концентрации МЭА: ° -эксперимент; 5 - (?„= 2,4 i 0"s м3/с, «= 29,8 с1,

2 - £>„=43 Ю-5 м3/с, о— 45 с \ х;

3 - Qv=5,4 10"5 м3/с, ю= 56 с1, Д;

4 - Q0= 5,9 Ю5 м3/с, и-63,8 c ',V.

"¡¡лед

Вместе с тем изменение исходной концентрации абсорбируемого компонента газовой фазы незначительно влияет на р. Наибольшие значения Р наблюдаются в начальной зоне, что позволяет делать вывод о целесообраз-

'Бояджисв X. Химическая технология. 1990, Л;>5, c.4S-52.

пост kohcipyitpoiciiuiM 11,1 IA небольших диаметром. Полученные в работе чаипсимосш ikumo.imhvi решим, и обратную задачу: определить необходимою пороговую концентрацию хсмосорбпн.« .идя поглощения заданного количеств:) i ;n.i при птсетиой геометрии массообмсшю! о элемента.

При превышении кипешческого комплекса над диффузионным более чем н 5 раз вчанмодейепше поглощаемого газа с хемосорбсптом протекает но механизму мгновенной реакции. Процесс лимитируется скоростью диффузии нзаиморенгнрунииих компонента к реакционной плоскости. Достижение реакционной плоскости поверхности NO означает полное мечернына-ние aicnii.imio компонента ;емосорбента (предполагается, что концентрации хемосорбеитп меньше критической). Для определения текущей координаты реакционной плоскост и получены уранпения:

£ М

2Сд(9-7//- Ц2 + 7').+ —-'¿(7-8г}-Ц2 + 12^ -З//4)

ХО/Ыкту (2С'А

ус

п..

,1С.

QA, U-'/ п-Ю

I 6/>пЛГ€Б1П t¡

QA{4~H

(33)

A,iu4- 4) -8£2 - rj{,f + 44 4г) ]=

(34)

S"

где 7 = —— безразмерная координата реакционной плоскости; ——

<><; А.

граница ДГ1С по компоненту В. Система (33), (34) решалась численно методом Рунге-Кутта-Мсрсона при начальных условиях £ - £ ¡:;/—> 1, £->■ 1; причем //>£.

Для вычисления координаты полного исчерпывания активного компонента хемосорбента предложена формула:

¿3 =

S '

¿V»

з//„а?

1я *рюг)

I/

72Z)B sin2 Y

з/

/8

(35)

где (координата плоскости реакции при 0.

Некоторые результаты расчета взаимодействия сероводорода с водным раствором моноттанолпмина (МЭА) и аммиака с ссриой кислотой, протекающих по механизму необратимых мгновенных рсахций, представлены на рис.6.

Рис. 6. Динамика изменения положения реакционной шюс-2>£ кости (т|), ДПС (£,) и концентрации хемосорбенга у но верхности МЭ при (?„= 2,4 Ю-Чг'/с, (о— 30 с'1,

у= 52°, е 1 - 0,0423 м: 1- Оа = 1,48 ;0"''м2'с,

Гд = 6,48 моли/м'; М13-Лл= 1,17 10Лг/с, Сд= 2 моль/м3.

/>' главе шестой для проверки полученных теоретических зависимостей и закономерностей олизнг-'я различных параметров на процессы фши-ческоч абсорбции и хсмосорбщш представлены результаты зкеиеримен-тальных исследований. В качестве модельных систем были выбраны процессы поглощения диоксида углерода водой, моно- и диэтаноламинами, имеющие широкое распространение в промышленной технологии. Физико-химические свойства абсорбентов, кинетнческни мехашзм реакщш и другие параметры определялись по известным расчетным зависимостям и справочным данным. Так, для учета влияния температуры и ионной силы I на физическую растворимость СО в водных растворах МЭА и ДЭА использована формула Ю.В. Аксельрода:

= j[O,1 05+ 0,4 -10-3(2з- /)],

(36)

коэффициент диффузии абсорбирус .ioit газа и абсорбенте вычислялся по зависимости Унлкн-Чалга, а коэффициент диффузии хемосорбочта и кон-стапга скорости взаимодействия СОгс МЭА и ДЭА по формулам Ю.В.Акссльрода4. При экспериментальных исследованиях варьировались концентрации хемосорбснтов и конце1гтрация С02 в смеси с возком таким образом, чтобы реакщш СОг с МЭА и ДЭА протек&ти по механизму необратимых бимолекулярных реакций второго порядка со стехнометрическим коэффициентом разным Двум. Степень карбонизации не превышала 0,1.

Сравне1ше теоретических' и эксперимсталыи.!х данных производилось по интегральным значениям параметров /?, IV, Св. Для определения ко-

'Аксельрод Ю.В. Газона шкдетные хемосорбционныс процессы. Кшхтика и моделнрошише. -М.: Химия. 1989. 240 с'.

■20'

.'пмсcimt iior.ioi,:cinioio rain И'' использовался метод постоянного давления, а концсшрания хемосорбепта- титриметрнчсский метод.

Значение сречнсго нодлине образующей МО коэффициента массоот-дачи в абсорбенте вычислялось но формуле, полученной на основе интегрирования локального поюна массы по площади мсжфанюи поверхности:

Q„

л sin у•

(fl-fh)

tn~

С, -С„

с:

Qn

-с„

(37)

'Георегическос выражение для определения IF имеет вид:

т-1

Р.п-

Сь-С„ {-Л — Cv

(38)

Здесь расчет Ре и С'к производился по аналитическим зависимостям, полученным для каждой из характерных областей массообмена па-пример, по (23) и (24) (при определении р1 использовхтся численный метод Снмнсона).

Сопостшштелы!Ый аианп показал удовлствортслыюе соответствие модельных представлений рса.ьным процессам мпссопереноса. Отклонение экспериментальных точек от теоретических кривых, в болыпшетпе случзег, не выходит за пределы точности эксперимента.

В главе седьмой представлены практические рекомендации по расчету, проектированию м выбору эксплуатационных режимных пархметров ЦДЛ. Для упрощенного расчета диффузионного потока поглощаемого газа рекомендована формула, полученная п результате аппроксимации интегральных кривых, описывающих поведение ДПС в жидкости:

т

Н

(39)

в котором характерный масштаб модели £ с, содержащий "подстрочный" параметр с определяется из выражения: • '

4 ^ 4/ 4/ .

+*У3+1'13(п

Величина ^ с находится in условия равснсгна теорсшческого (ЗК) и экспериментального потоков абсорбируемого газа. Определял в последующем е щ (40), появляется возможность распространения геодезических расчетов ни подобные процессы с другими геометрическими размерами МЭ т.е. решается проблема масштабного перехода и* модельного образца аппарата к промышленному.

На основе прииедепнич а диссертационной работе мшематическич моделей тепло- и маееоисрепоса разрабиганы методики paciera центробежных чеилоО'Змеииич аппаратов (алгоритм Л'^1), абсорберов (алгоритм .N1:2), хемосорберо» (алгоритм >.1:3). Алгоритм jNl'l позволяет выполнить конструкторский расчет теплообменников и выпарных апиараюи и ,в конечном итоге, определить число однотипных теплообмепнмх устройств для достижения заданной температуры или концепт рации упариваемого продукта. Особенностью алгоритмов Н€1 и НчЗ является то, что они разработаны язя масо-обмеииых элементов, оенашет.лх концетрнчеекпмн кольцами на роторе н стато,.е, когда процесс массопереноса проис.чодш' не только между пленкой жидкости и газом, по н между газовой фазой и струями и каплями в межкольцевых пространствах. Дтя расчета последнего использована зависимость Ходпаноеа Л.П. Шкадона ЗЛ.5 В иен также представлены конструкции центробежных аппаратов, внедренных а промышленное производство. Расчет массообмешшх эле.менгои, их числа, режимных эксплуатационных параметров выполнен по алгоритмам №1-3. Были разработаны аппараты двух типоразмеров с внутренними диаметрами 460 мм и 250 мм, высотой соответственно- 860 мм н 650 мм.

Применение ЦПЛ позволило существенно повысить удельную пропз-содптелыюсть реакторного узла, достичь повышения селективности процессов по целевым продуктам,- coiqmir. > рг'.чоды сырья и энергоресурсов, упростить технологические схемы производства ряда продутой, осуществить перевод с периодических н полупериоднческнх схем на непрерывные способы производства (производство неионогешых ПАВ, нсонолов, деэмульсатора), одновременно уменьшить загрязнения окружающей среды, имевших место при оЗГдувке не прореагировавшего -я оксида этилена

Так, при использовании центробежного пленочного реактора селективность" процесса окешпишровашм эталенгликолей ( по тетраоксиэти-ленгликолю) была повышена с 24-26% (у реакторов с мешалкой) до 32-36% (у ЦГ1А); удельная объемная производительность составляла 0,086-0,13

1 Л.П. Холпанов, ВЛ.Шкад^в. Гидродинамика и массообмен с поверхностью раздела. VM.: Наука, 1990,271 с.

кг'м с (.-и1н сравнения: промышленные барбогажиие реппори с мешалкой ИМСЮ1 0.01-0.025 мм'с. реактор!,I с циркулицпей реакционно!! массы через выносной юнлообченник- 0,04 кгЛ^с). Па процессе олнтеза пепоногенпмх I 'АН было доспи ну ю увеличение нроизводшсльнссти реакторного узла на 31%, одновременно сокращен расход мара на 27%, поды на 10%, элекгро-■)нерп1И на 2Х%. Восемь центробежных пленочных рекжфикаторов диаметром массообмепных элементен 200 мм были внедрены » АО "Хитон" (г. Казань) с целью получения высококачественною типового спирт из спирта сырца ,1ля иноюнленпя различной парфюмерной продукции. Средняя суточная !.ронз1Н)ди1елыюс-1» одною аппарата составляла до 100 декалитров очшпепнош спирта. 1? очищенном спирте содержание этанола было донеле-по до У4,89?о (масс.), одповрсмешю снижено колнчесию уксусного альдсти-да и 70 р;п. кроюнового альдегида- до 3 раз. И очищенном спирте отсутствовали днэтн.топый эфир п полимеры этилена. Внедрение нешробежиых аппаратов позволило предприятию полностью отказаться от закупки нысоко-очищепш:-.го спирт и получки» значительный .экономический эффект.

В приложении представлены результаты экспериментальных исследовании, копии документов о внедрении и расчеты экономических эффектов.

ОСНОВНЫЕРЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ'

!. В трехмерной постановке исследована гидродинамика течения жидкое! и н полости масеоибмеппого элемента ЦПА. Числены...ш экспериментами показана возможность использовании методов и допущении, применяемых в теории ламинарного пограничного слоя, »для приближенных аиа-лшическнх решений чадам пленочного течения по вращающимся поверхностям.

2. С учеюм влияния процессов тошо- и массообмеиа с парогазовой фазой исследована эволюция изменения термогидродг ламичсских параметров топконленочного течения жидкости по нагреваемой (охлаждаемой) поверхности вращающихся тсплообмеппых элементов ЦПА. Получены зависимости для расчета важнейших локальных и интегральных характеристик: толщины пленки, коэффициента теплоотдачи, числа Пусосльта, средперас-ходпой температуры но сечешно пленки и т.д.. Установлено, что е,«:дпсрас-холпая температура жидкости япляегся квадратичной функцией от радиуса, величина критерия N0 асимптотически убывает до 6,4. Доказано, что это значение не зависит от природы массовых сил и вида тепповых граничных условий. Сделан вывод о целесообразности ограничения радиусов теплооб-мепных элементов пределами термического начального участка.

3. 1'афаботана математическая модель процесса физической абсорбции газон пленкой жидкости, растекающейся в поде цешробежней силы.

Выполнен анализ влияния нагрева (охлаждения) поверхности М ), ннутрен-■ пей теплоты абсорбции и диффузионного сонрошвления в ыповон фаю па движущую силу процесса.

Реализованные и работе модели позволили определить профили коч-це1гграции и температуры в каждом сечении МЭ, наши их поверхностные, среднешпсгра-чьиые и другие значения, установить необходимый радиус МЭ для обеспечения заданной степени поглощения газа и т.д..

Установлено, что среднсмассовая концентрация абсорбируемо!о гача к концу области развития ДПС достигает 45% от равновесного значения на межфазной границе; полное насыщение жидкости газом происходит на длине, превышающей протяженность области развития ДПС приблизительно в , 3,5 раза; пренебрежение тепловым эффектом абсорбции для хороню- сред-нерастворимых газов может привести к погрешности нрн определении движущей силы процесса до 10-13%; значение равновесной концентрации газа на межфазной границе для хо;.ошо- п среднерастворимых газов является сучцее чзешю переменней по длине образующей МЭ и может значительно отличаться от вычисленного по закону Генри; величина критерия ЙН в жидкости убывает с увеличением динамического сопротшшошя се движению со стороны газовой фазы; рост чист оборотов МЭ приводит к увеличению потока абсорбируемого газа

4. На основе модели дпффузиошю-реакцношюго пограничного слоя проведено математическое моделирование абсорбции газа, осложненной необратимой химической реакцией первого и второго порядков, мгновенной реакцией, в объеме центробежной пленки жидкости. Численными расчетами установлена и экспериментально подтверждена ,тепе!и> влияния различных конструктивных и технологических параметров на процесс хемосорбции. Выявлено, что значение критерия 51" асимптотически убывает до 3,64 независимо от природы массовых сил, вида абсорбции и кинетического механизма реакции.

Предтоженз аихиггическая зависимость для расчета радиуса, на котором происходит полное исчерпывание щглшюй компоненты хемосорбепта.

Разработана упрощенная методгка расчета количества поглощешюго газа, обеспечивающая достаточную для прикладных задач точность н одновременно решающая проблему масштабного перехода от модельного аппарата к промышленному.

5. Проведены комплексные исследования и разработан метод расчета конических насос эв-тггатедей, обсспеч'.шаювшх подачу и рециркуляцию жидкой фазы в МЭ цетпробежных пленочных аппаратов. Получены выражения для расчета производительности ласосов-штгателей в зависимости от технологических параметров, конструктивных размеров и гпдродииамиче-

24

ciri'x режим«» увлечения жидкоеги.

(». 1';:фабокшы методики н алюритмы расчетов центробежных пленочных аппаратов потчо.шнпше репнш. и проблем'.', масштабирования с yieiow специфики протекающих в них процессов и физико-химических свойст в взаимодействующих (¡im.

1. IIa основе нронедепных исследовании ра ¡работами, рассчпганы н внедрены па ряде предприятий центробежные пленочные аппараты, позволившие совершена boiuit i> технологию производства, повысить селсктив-посп. реакционных процессов и качееттю продукции, уменьшить расходы сырья н вспомогательны.. ироду кит. получить значительны» экономический »ффекг

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ: Персмттшме:

а - коэффициент тем пера i уропровод! юст и, 13 - коэффициент диффузии; С и G размерная и безразмерная концентрации; ц - плотность тепловою поюка иди аехночстрическнй коэффициент, 1С - константа скорости химической реакции; г - удельная тепло га испарения; Т и 0 - размерная и 'чяраз-мерная температуры; V - скорость; z, t, ф(плн z, х, <р) поперечная и продольная координаты; Ff - проскцн>. массовой силы на ось £', т- касательное напряжение; л - коэффициент теплопроводности; — - безразмерная ногте-

речная координата; Ъ0 - толщина пленки;^, v - коэффициенты динамической п кинематической вязкост и; р - плотность; со - угловая скорость вращения, Q„ -объемный расход: а - коэффициент теплоотдачи; ß - коэффициент массоот-дачи; (5,,-А) - толщина ДГ1С (ДРПС); у - угол конусности; т^ - безразмерная координата плоскости реакции; S - безразмерная толщина ТПС; S, - (>езраз-мерная толщина увлекаемого слоя жидкости; R - радиус или универсальная

(Sa - д)

газовая постоянная; Н - коэффициент- растворимости Гепри; £ - ——- -

д„

безразмерная толщина ДПС (ДРПС); £у„ - безразмерная толпа»" 'идродц- . намического пограничного слоя; Р - давление; g - ускорение силы тяжести- h -

(< -о

глубина погружения конуса в жидкость; L - —----' -.приведенная длина

-с т

/;

образующей, U„ = - - безразмерная скорость на входном участке; Ц, -wLt,

;тдина образующей ячейки МЭ.

Kp" igln»:

Re = ~ - критерий Рейнольдса; Sh -- —- - критерий ¡1 lepiiy. ia: у D

Sc= ~ -критерий Шмидта; Nu = критерий Пусселыа;

Fr --критерий Фруда.

Fs

Нижние индексы; о - начальное значение; О - диффузионный; п - свободная поверхность жидкости; Г - газовая фаза; Р -.поверхность МЭ; Н - начальный; К - конечный; Э - экспериментальный; I - начальная область; 2 - область уст ановления равновесия; V/ - стенка; А - газ; В - компонент жидкост и.

Верхние индексы: Т - турбулентный; * - равновесный; ~ - среднее.

Сокращения п тексте: ЦПА - центробежный пленочный аппарат; МЭ - массообменный эле-ыенг; ТПС - тепловой пограничный слой; ДПС - диффузионный пограничный слой; ДРПС - диффузионно- реакционный пограничный слой.

3. СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ДИССЕРТАЦИИ

1. Гимранов Ф.М., Зишитуллин Н.Х., Григорьев JLH. Неизотермическое течение вязкой жидкости в поле центробежных сил // Тр. Казан. хим.технолог. ин-та,- 1975.- Вып. 55.- С. 12-19.

2. Гимранов Ф.М., Зиннатудлнн Н.Х., Флегенгоа И.В. Пленочное течение нелинейной упруго вяз кой жидкости по вращающемуся диску Ч Тр. Казан, хим.техне тог. ин-та,-1975.» Вып. 55.- С. 19-24.

3. Гимранов Ф.М., Зшшатуллин Н.Х., Гарифулшш Ф.А. Устойчивость пленочного течения вязкой жидкости в поле центробежных сил //Прикладная мехшшка-1976.- Т. 12, № 7.- С. 85-90.

4. Зшшатуллин Н.Х., Флегентов И.В., Гимранов Ф.М. Пленочное течение линейной упруго- вязкой жидкости по коническому оотору И Инж.-физич. жури.-1976.- Т. 31, № 2.- С. 231-236.

5. Зинналуллмн Н.Х., Гимранов Ф.М., Флегсятов И.В., Кащеева H.A. Негоо-термическое течение вязкой и неныотоновской жидкости по ротору центробежного аппарата И 3 сб.: Тепло- массообмен V. Материалы V Всесоюзной конференции по тепло- массообмену.- Минск, 1976.- Т. 7,- С. 171180.

6. Gimranov F.M. Zinnatulljp N.H. Garifullin F.A. Stabiluty film of viscous liguids over Rotors of Centrifugal. // Soviet Applied Mechanics.- 1977, May

К;.- Г. 702-707.

7. Zinnaiulli'i N.H., (Jimranov P.M.. Ffegcmov I.W., Kashecva N.A.. Nonisoihcrmal Flow of viscous or NonNewtonian F'uids over Rotors of Centrifugal Ileal I-xclvargers. //Heal Transfer soviet Research.- i978. v. 10, №

I -I'. 34!-MX.

X. Гимрапов Ф.М., Зинпазуллин П.Х. Интснскфнкания процесса газоны j:e-улавливания // Качан, хим.-технолог, ян.-г. Казань, 19Н2,- 8 с,- деп. п Ol IHIГПХИМ г. Черкассы, № 103 Х11-Д82.

9. Зипнатуллин ! I.X., Флегентог» M.Ii., Гимрапов Ф.М Расчет основных гидродинамических парлмстроп клепочных ротационных annapamn / Качан, хич темшл. пн.г.- Казань,- 1980,- 10 с. Деп. в ОПИИТЭХИМ г. Черкассы. №334 XII- Д80.

Ю.Д.е. 1214121 СССР, Вакуумный вышрнон аппарат / В.М. 1>реднев, <Ь.М. Гимрапов, В.И. Гусеп, М.Р. Ссземопа (СССР).-Опубл. в НИ, 1986, № 8.

П.Нулатон A.A., Зиппатуллпи Н.Х., Гимрапов Ф.М Эффект нагрева ротора па гидродинамику течения нлепкн жидкости // В сб.: Тезисы докладу» Республиканской конференции "Механика сплошных сред",- Наб.Челны, 1982.-С. 39.

12.Будатоп A.A., Зипнатуллин Н.Х., Гимрапов Ф.М. Влияние nai-pena ротора на гидродинамику течения пчепки жидкости. Сообщение 1. Анализ течения вязкой жидкоеги п пределах термического начазьного участка / Казан, хнм.-техпо.т нн.-r. Казань, 1983,- 14 с. Деп. п ОНИИТЭХПМ, г. Черкассы, № 609 ХП- ДЗЗ.

13 Кулатов Л.Л., Зипназуллип И Х., Гимршюп Ф.М. Влияние нагрева ротора на гидродинамику течения пленки жидкости. Сообщение 11. Область прогрева пленки // Казан, хим.-технолог, иц.-т. Казань, 1983.- 16 е.- деп. в Ol 1ИИТЭХИМ г. Черкассы, № 610 XII- 83.

14.Мусин Д.Т., Гимраноз Ф.М., Булатов A.A. Гидродинамика и теплообмен пленки жидкости в поле центробежных сил // Рукопись депонирована и ВИНИТИ г. Черкасы № 587-XII-86, 10 с.

15.3нппатуллин Н.Х., Гимрапов Ф.М., Мусин Д.Т., Konen С.А., Фазылзяпок Т.П. I ¡еиюгермичсскос растекание жидкости но вращающейся п-.лерхно-сти // Рукопись депонирована в ВИНИТ И г. Черкасы Na 874-Дп-87 от 20. 08.87,10с.

16-Булатов A.A., Зинначуллин Н.Х., Гимраноз Ф.М. Влияние напева роюра на гидродинамику течения пленки жидкости. Сообщение Ш. Область установившегося теплообмена // Казан, хим.-технолог, нн.-т. Казань, 1983. -

II с. -Деп. в ОНИ! ГГЭХИМ, г. Черкассы, ]{-> 611 XII- 83.

17.3нннагуллин Н.Х., Булатов A.A., Гимрапов Ф.М. Реодннамнка и теплообмен при пленочном течении степенной жидкости на поверхности рото-

pa-V U cú.: Тепло- muccooómcii VI!. Материалы VII líceeoiotnoii коп^ерен-шш но теплообмену.- Минск, 1V84, т. 5. -С. 75-81.

lS.Í HMpauoii Ф.М., Мусин Т.Г., Ьу'.поп A.A. Раечст гидродинамических и теплообменник \ар;\к1ерисшк работ иенфобежнмч нлено aiux ;еило-oíímcíii(Икон // М.аееообмепные процессы и аппараты химической технологии: Межвуз. темагнт сб. па\ч. тр. -Kuíiuii. КХТИ. I9N7. -С. 73-78.

19.Мусин Д.Т., Гимрлпов Ф.М., Зшпвпуллии 1!.Х. Влиг nie технологических параметров на эффективность центробежного мокрого пылеуловителя // Разработка и внедрение безотходных технологий, использование вюрнч-ных ресурсов- пути повышения эффективности производства: Тез. докл. Всесоюзн. научн.-техн. копф. -Киров, 1986. С. 58.

2Ü.A.C. 1420251 СССР. Пароструйный вакуумный насос // М.А. Диульский, С.А Конев, Ф.Д. Путиг.овскпй, Ф.М. Гимранав (СССР). -Опубл. з БИ, 1988, №32.

21.Булатоа A.A., Заннатуллин 1X., Фашлзшюв Т.Г., Гимранов Ф.М. Расчет процесса испарения центробежной пленки в отсутствие подвода тепла // Тепло- массооб.мсн а химической технологии: Межвуз. тематич. сб. научи, гр. Казань, КХТИ, 1988.- С. 33.

22.Гимранов Ф.М., Булатов А.А Зиннатуллин Н.Х. Расчет процесса испарения из центробежных пленок// Тезисы докл. Минского международного форума но тепло- и маесообмену. Секция 11. -Минск, 1988. -С. 30-33.

23.1498974 СССР. Пароструйный вакуумный насос II С.А. Конев, М.А. Ди-ульскшЧ, Ф.М. Гимрапои, В.М. Вреднее, Е.Б. Гаврллоа, Ф.Д.Пугиловский. - Опубл. в БИ., 1989, 29.

24.Гимранов Ф.М., Булатов A.A., Мусин Д.Т. З'тшагуллии Н.Х., Фазылзя-ноз Т.Г. Теплообмен при течении пленки жидкости по поверхности ротора центробежного аппарата // Тепло- массооб.мсн в химической технологии: Межвуз. темат. сб. научи, тр. -Казань, КХТИ, 1989. -С.

25.Булагов A.A., Гихфавсв Ф.М., Зиннатуллин Н.Х. Нензотермическос течение центробежной жидкой пленки на термическом начальном участке // Реология, процессы н аппараты химической технологии: Межяедомстз. сб. научи, тр.- Волгоград, ВПИ, 1989. -С. 45-50.

26.A.C. 1546723 СССР. Пароструйный вакуумный насос // Диульский М.А., Конев С. А., Путилове кий Ф.Д., Гимраиоа Ф.М. -Опубл. в БИ, 1990, Л» 8.

27.Булатов A.A., Гимранов Ф.М., Зиннатуллин П.X.'Анализ процесса теплообмена при тонкопленочном течении жидкости в поле центробежных сил //Теор. осн. хим технол. -1990,- Т. 24, № 6. -С. 735-742.

28.Гимранов Ф.М., Булагов A.A., Зиннатуллин Н.Х. Расчет производительности рабочего э.темены механического расиыливаюатего абсорбера //Тезисы докл. Всесоюзной научно-гехн. конфер. "Интенсивные и безот-

\одпыетехнологии и оборудование", -Волгофад, 1991. -С. ЗХ.

241 нмрашш О.'»!., Конем С.Д.. оу.'плов Л.Л.. Ьреднев В ¡VI. ЦенфобежпыЙ пленочный массообмепиьш аппарат и его расчет// Тезисы докл iîcccoioi-iioii !i,iv'Hii>-iexii. конфер. "Интенсивные и безотходные технологии и оборудование". -Bo.ti оград, 1991.-С 38-39.

30.Копен ('.Д., Гимранои Ф.М., Вулаыв Л.Л., Зпнплуллин II.Х„ Диудьскнй М.Л. Абсорбция газов топкими пленками, текущими н ноле центробежных сил // Тепло- и массообмен п химической ¡емюлопш: Межвуз. темах, сб. научи, ip.- Казань, К!ЧУ. 1W0. С. 73-78.

31.Гимрлюн Ф.М.. Ьред1к.1 В.М., Гавридов Г..Ь., Гусе» В.И. Опыт разработки непрерывной т ехнологии синтеза иеиопогеииых UAB на основе оксида тисни // Тезисы докл. VIII конфер. ио ПАВ и Cbtpi.io для их нроизно/кт-!-,.). -i. ¡Цебскиио. BIÜ1M1 lABciaircj, 1902.

32.Копен С Л., Гимраиоч Ф.М.,-Знпнагуллин Н.Х., Гавридо» 1?..Ь. Пензоюр-мическая абсорбции газов центробежной жидкой пленкой // Интенсификация химических процессов переработки нефтяных компонентов: Мсзк-вуз. сб. научи, тр.-Казань, ЮТУ. 1993. -С. 122-128.

33.Í имранок Ф.М.. оиинлуллпш Г.М., Конев С.А., Азизов Б.М. Хсутссрб-нмя трудиерастворимых тазов в пленке жидкости // Млссообменпые процессы и аппараты химической технологии: Межвуз. темит. сб. научи, тр.-Казань. КГТУ, 1993. С. 72-78.

?4.3нннатуллипа Г.il., Гаврилой Е.В., Гимраиоа Ф.М., Аз.:чов Б.М. Экспериментальное исследование процесса поглощения CO¿ водными расгно-рами моиоттаполампна центробежной жидкой пленкой Н Тезис».» докл. III Республик, конфер. по интенсификации нефтехимических процессов "Нефтехимия- 94". -Нижнекамск, 1994,- С. 156..

35.3|ннттуллина Г.11, Гимраиоп Ф.М., Азизов Б.М. Моделирование процесса хемосорбцни в центробежных пленочных aimapaiax при наличии объемной химической реакции второго порядка/'Тезисы докл. Ill Республик, конфер. но интенсификации нефтехимических процессов. "пефзе\'имия-94".-Нижнекамск, 1994.-С. '68-169.

Зб.Зипиатудлипа Г.П., Гимранои Ф.М., Азизов Б.М. Абсорбция t-'зоп центробежной жидкой пленкой, осложненная объемной химической реакцией второго порядка // Казан, госуд. технолог, ун-т. Казань, 1994.•■ ] 8 с. /{е в ВИНИТИ, №2008-Д 94.

37.Гимранов Ф.М., Зишштуллина Г.Н., Гаврилов Е.Б., Азизов Б.М. Математическое моделирование процесса хемосорбиип на контактном тлементе иентробс-жно! о пленочного реактора /■' Тезисы докл. XII Международно'"! конференции ио химическим реакторам "Хн.мреактор- XII". г. Ярославль, 1994. С. 34.

38. Тимпанов Ф.М., Знинатуллина Т.Н., Айнов Ь М„ Лап.чю» Д.И.. b.uayi-Д1ШО» П.И. Расчет хемосорбпионпого поглощения газов центробежной пленкой жидкости И Массообмсипие процессы и aimapaiu химичесюп технологии: Мокнут тсмат. со. научи, гр,- Казань, КПУ. 199ч. С - 3.1-3«.

39.Гимрапоа Ф.М., Зшшшудлина Г.М., Дзнзоа Ь.М. Магматические моделирование хемосорбционпих процессов в центробежи- тх пленочных аппаратах//Гечисы докл. Международной копфер. "Маге .шшческие методы в химии и химической технологии", "ММХ- 9". часть IV,- г. 1верь, 1995.- С. 36-37.

40.1'имранои Ф.М., Зиннатудлипа Г.П.. Гаарилов Н.Ь.. Ачшов Н.М.. Флеген-тов И.В. Нагрев пленки жидкрети, текущей по поверхности вращающегося теилообменного устройсша // Ипж.-фнзпч. жури. 1995.- Т. 6S, № 5,- С. 781-788.

41.1'пмраиоь Ф.М., Зппп.пудлипа Г.Н., Азизов Б.М., Зинна туллии И.Х. Разработка методики расчета це.чгробежных хе.мосорбциопных аппаратов Н Те?чсы докл. Ш конференции стран СНГ "Процессы и оборудование экологических производств", г. Волгоград, 1995, С. 95.

42.3ипнатудлнпа Г.Н., Гае.рндоь К.Б.. Ги.мраноа Ф.М. Методика обработки экспериментальных данных хсмосорбцпонному поглощению газов в центробежных пленочных аппаратах // Тезисы докл. IV конференции по интенсификации нефтехимических процессов. "Нефтехимия- 96".- Нижнекамск, 1996.-С. 162-163.

43 Конев С.А., Гимранов Ф.М., Гавргтлов Е.Б. Физическая абсорбция газа в центробежном нате с Гришиными условиями .четвертого рода // Тезисы докл. Международной чаучно-тсхи. конф. "Солоян'ис и перспективы развития вакуумной техники. "Вшсуум 96". -Казань, ¡996. -С. 37-38.

44.Копез С.Д., Гнмранов Ф.М., Гаврилой Е.Б. Численный расчет центробежного нспарнгеля диффузионного вакуумного насоса И Тезисы докл. Международной научнс-тсхн. конф. "Состояние и перспективы развитая вакуумной техшткн. "Оа'.уум 46". -Казань, 1996. -С. 39.

Соискатель " Гимранов Ф.М.

Заказ Cfg у Тираж 80 жз.

Казанский государогвешшц текпологичеекпй университет. • Офсетная лаборатория. 420015, Казань, К. Маркса, 68,