автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Расчет процесса тепломассообмена при пленочных течениях двухфазных сред по наклонным обогреваемым поверхностям (на примере тяжелой пиролизной смолы)

^ А

^ Ж> На правах рукописи

х Ж

г

ГИЛЬФАНОВ РАШИТ МАХМУТОВИЧ

РАСЧЕТ ПРОЦЕССА ТЕПЛОМАССООБМЕНА ПРИ ПЛЕНОЧНЫХ ТЕЧЕНИЯХ ДВУХФАЗНЫХ СРЕД ПО НАКЛОННЫМ ОБОГРЕВАЕМЫМ ПОВЕРХНОСТЯМ (НА ПРИМЕРЕ ТЯЖЕЛОЙ ПИРОЛИЗНОЙ СМОЛЫ)

05.17.08 - Процессы и аппараты химической технологии

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Казань -1997

Работа выполнена в Казанской архитектурно - строителыю^кадемии

Научный руководитель: - заслуженный деятель науки и техники

республики Татарстан, профессор, д. т. н. Ф.Г.Ахмадиев.

Официальные оппоненты: - доктор технических наук, профессор

Л.П.Холпанов;

- кандидат технических наук, доцент Ф.М.Гимранов.

Ведущая организация: - АО «Казанский институт фотоматериалов».

Защита диссертации состоится « » СШггх^ж997 года в 14 часов на заседании диссертационного совета Д063.37Ю2 при Казанском государственном технологическом университете, по адресу: 420015, г. Казань, ул. К. Маркса, 68, корп. А, 3-й этаж (зал заседаний Учёного совета).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке КГТУ. Автореферат разослан « » 1997 г.

Учёный секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор у А.Г.Лаптев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность. На современном этапе развития человечества проблема перевода существующих производств в разряд малоотходных и безотходных является важной и неотложной. Потому что отрицательное воздействие промышленного производства на окружающую среду достигло той черты, за которой может начаться процесс необратимой деградации природы. Особенно остро эта проблема стоит для предприятий химической промышленности. Поэтому модернизация существующих производств, с целью сокращения получающихся на них отходов и, соответственно, уменьшения: загрязнения окружающей среды, является очень актуальной. Все вышесказанное относится и к процессам переработки углеводородного сырья, в частности к процессу производства этилена из зтанового сырья путем его пиролиза. При пиролизе этанового сырья в печах пиролиза, наряду с товарным продуктом - этиленом, получается отход - тяжелая пиро-лизная смола (ТПС).

В связи с этим модернизация существующей технологии производства этилена, обеспечивающая перевод ТПС в разряд товарной продукции является актуальной проблемой.

Цель работы. Целью настоящей работы является определение способа утилизации ТПС и методов расчета процесса ее переработки; разработка математической модели процесса сложного тепломассообмена в различных режимах при пленочном течении двухфазных сред по наклонным обогреваемым поверхностям в поле сил гравитации; экспериментальное исследование физико-химических и реологических свойств ТПС, и режимов работы слоевого реактора (СР); разработка методики расчета СР для переработки ТПС; разработка технологической схемы процесса переработки ТПС и её аппаратурное оформление.

Научная новизна. Построены методы расчета процесса сложного тепломассообмена при пленочном течении двухфазной эмульсии по наклонным обогреваемым поверхностям. На основе использования разработанной математической модели процесса сложного тепломассообмена и использования экспериментально определенных теплофизических и реологических характеристик ТПС предложена методика расчета рациональных конструктивных и режимных параметров СР; предложена технологическая схема процесса переработки ТПС, как замыкающего участка технологической схемы производства этилена на комплексе Э-200.

Практическая ценность. Изучение процесса сложного тепломассообмена при пленочном течении ТПС по наклонным обогреваемым поверхностям и экспериментальное исследование теплофизических и реологических характеристик ТПС позволило смоделировать процесс её переработки и при помощи математической модели разработать методику расчета рациональных конструктивных и режимных параметров СР. Эта методика, а также технологическая схема процесса переработки ТПС были использо-

ваны на заводе "Этилен" в Казанском АО "Органический синтез" при проектировании и строительстве опытно - промышленной установки для переработки ТПС.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались: на семинарах по проблемам гетерогенных сред в КГ АСА (КИСИ); на итоговых ежегодных научных конференциях КГАСА (1984-1997гг.); на Всесоюзной научной конференции "Методы КХТП-1" (г.Москва, 1984г.); на республиканском научно-техническом семинаре "Совершенствование и автоматизация технологии утилизации отходов, очистки сточных вод и газовых выбросов химических производств" (г.Черкассы, 1987г.); на международном конгрессе "The 11Л International Congress of Chemical Equipment Design and Automation" (г.Прага, 1993г.); на международной научной конференции "Математические методы в химии и химической технологии" (г.Тверь, 1995г.); на 3-м Минском Международном форуме по тепломассообмену (г.Минск 1996г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы и приложений. Объём работы составляет 183 страниц машинописного текста, в том числе 3 таблицы, 37 рисунков, 102 наименования литературы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность темы диссертации, сформулирована цель работы, приведена структура диссертации и кратко изложено её содержание.

В первой главе в первом параграфе дан обзор литературы, посвященной исследованию проблемы перевода существующих производств в разряд малоотходных и безотходных.

Во втором параграфе приведен обзор работ, посвященных проблемам расчета процесса тепломассообмена. Выполнен анализ методов для расчета процесса тепломассообмена при пленочном течении в поле сил гравитации. На основе этого анализа сделан выбор метода, наиболее подходящего для решения задач рассматриваемых в данной работе.

В третьем параграфе приведен обзор работ, посвященных решению проблем термогидромеханики двухфазных сред. Анализ результатов этих работ позволил сделать вывод о том, что уже при современном уровне развития методов механики многофазных сред можно использовать уравнения механики многофазных сред для описания тепломассообменных процессов, реализуемых в пленочных режимах течения двухфазных систем.

В четвертом параграфе на основе проведенного анализа сформулиро ваны задачи исследований.

Во второй главе разработана математическая модель процесса тепломассообмена при медленном пленочном течении двухфазной эмульсии -ТПС по наклонным обогреваемым поверхностям в поле сил гравитации. Исходя из анализа описываемого процесса, при составлении математической модели, были приняты следующие допущения: трение пленки эмульсии о воздух пренебрежимо мало, диссипативное выделение тепла в плёнке незначительно, концентрация дисперсной фазы в пределах слоев плёнки постоянна, в силу близости плотностей фаз для эмульсии справедлива однодавлен-ческая модель, в силу значительного превышения значения коэффициента теплопроводности сплошной фазы над соответствующим коэффициентом дисперсной фазы для эмульсии справедлива однотемпе-ратурная модель, температура

Рис.1. Схема течения плёнки ТПС по наклонной обогреваемой поверхности.

окружающего пленку эмульсии воздуха незначительно отличается от входной температуры ТПС, в пределах выделенных в плёнке слоев объёмное содержание дисперсной фазы остаётся постоянным. При построении математической модели процесс тепломассообмена условно делится на три этапа: 1) этап развития теплового погранслоя, 2) этап развитого теплообмена, 3) этап развитого тепломассообмена. Схема течения пленки эмульсии и деления процесса на этапы приведена на рис. 1. Каждый этап процесса тепломассообмена рассматривается в отдельности, поскольку каждому из них присущи определенные особенности.

В первом параграфе разработана математическая модель этапа развития теплового погранслоя. С учетом принятых допущений она представляет собой следующую систему уравнений механики многофазных систем:

дх.

2 _

= 0;

(1)

ах-,

д?

12 * 2 =0; го

дхх дхг

1\гхх + А (5)

дР

дх2 1

(.. Ж г/ ¿бЛ д (. дд\ т

а, -на2 = 1, (8)

здесь /3- угол наклона обогреваемой поверхности к горизонту; тп - тензор напряжений двухфазной эмульсии; Ущ, Цх, У^, Ух - соответственно Х\, Хг

компоненты скорости г'-ой фазы и эмульсии в целом; р, СРЭФФ, кэфф - приведённая плотность, эффективная теплоемкость, эффективная теплопроводность эмульсии; g - ускорение свободного падения, 6 = (Т- Т0)1{Тст- Т0), Тст , Т0 - температура стенки и входная температура эмульсии; /п = к(а2,<1)-{У\ - Ух), сс2, с1 - объёмное содержание дисперсной фазы эмульсии и размер дисперсных частиц.

Граничные условия для системы уравнений (1) * (8) для данного этапа записываются с учетом следующих обстоятельств: на наклонной обогреваемой поверхности выполняется условие прилипания; на границе теплового пограничного слоя и ядра пленки эмульсии равняются напряжения и скорости, а также равняется нулю градиент температуры; на наружной поверхности пленки эмульсии давление атмосферное, а касательное напряжение равно нулю. В математической форме эти граничные условия запишутся следующим образом:

Ущг = Г1х2Г = Ъх2Т =°> 0=1. прих2=0; (9.1)

яа

9 = 0, — = 0,

\ххт 1Х]Х> гх2Г гх2Х

дх->

¿Кх аУ]Х

Мэфф(т)—ГЛ~ = ^эфф(То)—"РиХ2 = У\>" (9-2)

ах2 дх2

прих2 = И; (9-3)

ах-)

у] =0, при х, = 0; (9.4)

здесь у\, к - толщина теплового пограничного слоя и пленки эмульсии; Кл ■ ' ^¡х- ' характеристика хгой компоненты скорости г'-ой фазы эмульсии, относящейся к тепловому пограничному слою и к холодному ядру плёнки эмульсии соответственно у = 1,2].

Система уравнений (1)^(8) решается методом осреднения Слезкина -Тарга и в конечном итоге для нахождения искомых величин И мы получаем систему уравнений, одно из которых является кубическим алгебраическим, а другое обыкновенным дифференциальным уравнением первого порядка.

Эта система уравнений решается численно, путем комбинации методов деления отрезка пополам и Рунге - Кутты.

Во втором параграфе разработана математическая модель этапа развитого теплообмена. Она представляет собой систему уравнений (1) + (8) и следующие граничные условия:

О, 9 = 1 прих2 = 0; (10.1)

Р-Ратм, -^«о. ^■(Т(И)-ТоздУ-Лэфф.-^, прихг = к; №2)

В(Ц)=2/Нг(1,), при *,=/„■ (10.3)

здесь В(хх) - осреднённая по толщине плёнки левая часть уравнения (7).

Метод решения уравнений (1)^(8) математической модели такой же, что и для предыдущего этапа.

В третьем параграфе разработана математическая модель этапа развитого тепломассообмена. При составлении математической модели мы предполагаем, что в пленке образуются два слоя: слой, прилегающий к наклонной обогреваемой поверхности и состоящий только из сплошной фазы и слой двухфазной эмульсии, с поверхности которого идет испарение дисперсной фазы. Также предполагаем, что объёмное кипение дисперсной фазы в пленке отсутствует, а массообмен между пленкой эмульсии и окружающей средой идет только за счет испарения с поверхности пленки. Испарение дисперсной фазы с поверхности пленки учитывается при помощи балансового соотношения:

дТг а К

Лэфф = --\V2x -dXi, прих2 = И, (11)

ахг а х1 у

где г - теплота парообразования воды.

Данный этап заканчивается тогда, когда слой из сплошной фазы полностью заполнит всю толщину пленки. С учетом принятых предположений и допущений математическая модель для данного этапа запишется в следующем виде:

^ + (12)

дх^ дх2

дР

х -р1-ё-соя(Р)=0; (14)

дхг

.Ъ-аА; (15)

1 дхк 2 дхг Зхг

(1б)

дхх ¿?х:

2

<?2К

Мэфф'-'-г--/^ 0; (17)

ох,

¿я

•а, •

- а

дхг 2

+ Л> -Я-*т(/3)=0; (19)

дР

(20)

у + У -а (21)

которая должна решаться при следующих граничных условиях:

у,С/2;=0, И(12 )= Ь, В^1г)= 0, В8(12)=В(12), при *,=/,; (22.1)

= у\х2 = 0, = 1, прих2 = 0; Г22.2;

¿9(9,

Р^Р«. = (223)

Р = Р 1 g 1 атм •

= 0,

ох-,

К

дх-,

■■Р2 'Г-

• £/х2 , при хг = Ь,

(22.4)

здесь уг - толщина однофазного слоя; - истинная плотность сплошной фазы эмульсии; ¡лх, ^ЭФФ - вязкость сплошной фазы и эффективная вязкость эмульсии; величины в, Р, Т, В с индексом 1 характеризуют однофазный слой, а с индексом g - двухфазный слой.

Порядок решения системы уравнений (13) -г (21) совместно с граничными условиями (22.1) + (22.4) почта такой же, что ¡г для предыдущих этапов.

Некоторые результаты численных расчетов для соответствующих образцов ТПС по математическим моделям, разработанным в данной главе приведены на рис. 2 ч- 5 .

Разработанная математическая модель процесса тепломассообмена при плёночном течении двухфазной эмульсии позволила рассчитать зависимость длины наклонных обогреваемых поверхностей, необходимой для переработки ТПС, от её расхода. Эта зависимость используется в методике расчёта рациональных конструктивных и режимных параметров СР,

/з, м 3.0

Т„ = 200°С; а. =0,09.

2.0

1.0

0.0

\ 2 1

у

\ л 4 [ \ 3

ШШИ 11. -Ш 11.ПЛ1. .1ШЦ.Ш ,1 1 И1И .111 1 11 1.1.1 1 1 1 1

0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 кг/(м-с)

Рис.2 Зависимость длины наклонных обогреваемых поверхностей, необходимой для переработки ТПС, от её расхода. 1 - Т0 =30°С; 2 - Т. =40°С; 3 - Т0 =50°С; 4 - Т0 =60°С.

1г>м 2.0

1.0

Т„ = 250°С; а2 =0,09.

- 1

- л

- \ 4

-мсГГГм л ч (,1 м о 11 > 1и]Л11й. 1111111111 111111)111 ил 1 н на

0.0

0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 О, кг/(м-с)

Рис.3. Зависимость длины наклонных обогреваемых поверхностей, необходимой для переработки ТПС, от её расхода. 1 - Та =30"С; 2 - Т, =40°С 3 - Т, =50°С 4 - Т0 =60СС.

/г,м 4.0

3.0

2.0

1.0

0.0

Т„ = 200°С; 71 = 30°С.

0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 (), кг/(м-с)

Рис.4. Зависимость длины наклонных обогреваемых поверхностей, необходимой для переработки ТПС, от её расхода.

1 - а2 =0,15; 2-а2 =0,09; З-аг =0,05.

Ь. .И

3.0

2.0

1.0

0.0

Т„ = 250°С; Та =30°С.

;

1 V

: ( М I ,1 11 'Ч 1 \А | 1_3_ ! |

0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 £>, кг/(м-с)

Рис.5. Зависимость длины наклонных обогреваемых поверхностей, необходимой для переработки ТПС, от её расхода.

1 - а г =0,16; 2-аг =0,15; 3-а2=0,09; 4-а2=0.05.

В третьей главе приводятся результаты экспериментальных исследований, проведенных по определению физико-химических и реологических характеристик образцов ТПС, а также результаты экспериментального исследования процесса переработки ТПС. Проведение таких исследований было обусловлено отсутствием литературных данных по некоторым физико-химическим и реологическим характеристикам, а также необходимостью проверки адекватности описания математическими моделями, построенными во второй главе, процесса переработки ТПС.

В первом параграфе приведены результаты экспериментального исследования значений эффективной теплоемкости различных образцов ТПС, а также реологического поведения ТПС. Исследование эффективных значений теплоёмкости образцов ТПС проводилось на сканирующем колориметре Перкинса. По результатам экспериментальных исследований была подобрана формула для описания значений эффективной теплоемкости образцов ТПС.

Экспериментальным исследованием на вискозиметре "Реотест" и обработкой результатов экспериментов методом однофакторного регрессионного анализа было установлено, что реологическое поведение образцов ТПС подчиняется ньютоновскому закону. Для температурной зависимости эффективной вязкости методом регрессионного анализа была построена квадратичная зависимость вида:

УНэфф (Т)= Ч (<*г (аг )■74йз («г У Т2 (23)

*

Для коэффициентов а0 (а2 X (а2),

щие зависимости:

Т. =30°С

а2 (аг ) были получены следую* *

а0 (а2 )= 0,08092 + 0, П59-аг; <3; (аг )= - 0,00243-0.Ю39-аг;

а*(а2 )= 0,000060 + 0,0000639 -а2. Все эти модели являются адекватными (табличное значение критерия Фишера для них при Р = 0,05 есть Р = 19,2, а Гра„ >30 для всех моделей).

Во втором параграфе приводятся результаты экспериментального исследования процесса переработки ТПС на лабораторной установке и проводится сравнение результатов экспериментов с расчётными значениями, полученными по математическим моделям, разработанным во второй главе. Расчетные и экспериментально определенные значения толщин плёнок эмульсии для трех различных образцов ТПС, приведены на рис.6. Сравнение расчетных и экспериментально определенных значений толщин стекающей плёнки эмульсии по-кг/(м-с) казывает, что между ними наблюдается приемлемое согласие (расхождение не превышает 23%).

В четвертой главе приводится технологическая схема процесса переработки ТПС, в которой главным элементом является СР. Технологическая схема процесса переработки ТПС разработана с расчетом, что она подключается в качестве замыкающего участка в технологическую схему производства этилена на комплексе Э-200.

В первом параграфе приводится описание СР и процесса переработки ТПС в нём. СР представляет собой призмовидную конструкцию с вертикальными торцевыми стенками. Боковые стенки СР в верхней части являются вертикальными, далее они продолжаются с наклоном во внутрь. В нижней части СР находится приёмник-сборник, который представляет собой полуцилиндр. Сверху СР закрывается крышкой на которой находятся патрубки для отвода парогазовой фракции и дымовых газов, а также люки для доступа во внутрь. Внутри СР находятся наклонные обогреваемые поверхности, эксцентричные валики, противовзрывной клапан и перфорированная труба. СР представляет собой конструкцию симметричную относительно вертикальной плоскости проведенной перпендикулярно торцевым стенкам через его центр.

На рис.7 изображен разрез СР плоскостью параллельной его торцевым стенкам. Процесс переработки ТПС в СР осуществляется следующим образом: через шесть патрубков -3 (по три в каждой боковой стенке) ТПС

0.006 0.010

Рис.6. Сравнение расчётных и экспериментально определённых значений толщины плёнки эмульсии.

1 - а2=0,18; 2 - а2=0,09; 3 - а2=0,05.

подается во внутрь СР. Переливаясь через пороги - дозаторы -4 ТПС протекает под эксцентричными валиками -5. Эксцентричные валики предназначены, для того чтобы обеспечить стенание ТПС плёнкой одинаковой толщины по всей ширине наклонных обогреваемых поверхностей -10. Выбирая нужный расход и устанавливая эксцентричные валики при помощи рукояток-регуляторов, расположенных в торцевых стенках, в соответствующие положения можно обеспечить нужную толщину пленки эмульсии сразу же за этими валиками.

ТПС стекая по наклонным РисЛ_ разрез слоевого реактора

обогреваемым поверхностям-30 дая получения вяжущего из тяжё-нагревается и по достижении на Лых пиролизных смол, её поверхности температуры Тк

(температура кипения дисперсной фазы) из неё начинает испаряться дисперсная фаза. Образующуюся при испарении из ТПС воды и ароматических углеводородов парогазовую фазу из внутренней зоны СР -15 отсасывают при помощи специального дымососа через патрубки -6.

Нагрев наклонных обогреваемых поверхностей -10, осуществляется при помощи сбросных дымовых газов обогащенных кислородом воздуха и подаваемых в СР через патрубки -2 с заданной температурой Тдг. Дымовые газы протекают через полости между боковыми стенками и наклонными обогреваемыми поверхностями. Передача тепловой энергии дымовыми газами происходит в основном наклонным обогреваемым поверхностям, поскольку боковые стенки и, вообще, вся внешняя поверхность СР, теплоизолированы асбестовыми плитами -1. Дымовые газы пройдя под наклонными обогреваемыми поверхностями и обогнув их вступают в контакт со стекшей ТПС. Во время контакта дымовых газов с ТПС происходит окисление ТПС. Но так как процесс окисления ТПС является очень сложным (химизм его до сих пор полностью не изучен) и за малое время контакта дымовых газов с ТПС полного окисления ТПС не успевает произойти. Поэтому в приёмнике-сборнике -13 смонтирована перфорированная труба -12, в которую при помощи насоса нагнетаются дымовые газы. Эти дымовые газы барботируются через массу ТПС скопившейся в приёмнике-сборнике. Дымовые газы после контакта с ТПС попадают в зону -16 СР, откуда отсасываются через патрубок -8 при помощи дымососа и отводятся на обезвреживание. Для предотвращения проникновения дымовых

газов из зоны -16 в зону -15 служат регулируемые крышки -7. При помощи специальных винтов расстояние между наклонными обогреваемыми поверхностями и регулируемыми крышками может изменяться. Несмотря на наличие регулируемых крышек полностью предотвратить проникновение дымовых газов в зону -15 СР не удается. По этой причине дымовые газы вместе с парогазовой фазой отсасываются в холодильник, откуда сконденсировавшаяся часть этой смеси направляется в конденсатосборник, а не-сконденсировавшаяся часть на обезвреживание.

Для предотвращения нежелательных последствий от резкого повышения давления внутри СР сконструирован противовзрывной клапан -11. Он представляет собой прямой параллелепипед, в основании которого находится ромб. Верхние смежные и нижние смежные боковые грани противо-взрывного клапана соединены между собой шарнирами. И в случае возникновения избыточного давления вне противовзрывного клапана боковые грани его схлопываются, в результате чего возникает контакт между внутренностью СР и окружающей атмосферой. Это обстоятельство сразу же приведет к исчезновению избыточного давления, т.е. причин возникновения взрыва внутри СР.

Чтобы процесс окисления ТПС в СР шел интенсивно перфорированная труба в приёмнике-сборнике должна все время находиться в состоянии погружения в массу ТПС. Такого состояния можно добиться путем регулирования истока ТПС из приёмника-сборника при помощи вентиля -14.

Далее, в этом же параграфе, приводится методика расчета рациональных значений конструктивных параметров СР и режимных параметров ведения процесса переработки ТПС.

Во втором параграфе приводится технологическая схема процесса переработки ТПС. По предлагаемой нами технологической схеме процесса переработки ТПС рис.8 она направляется в ёмкость -1, обогреваемую перегретым паром для предварительного нагрева сырья до температуры Т-(30+60)°С. Предварительно нагретая ТПС насосом -2 подается в СР -3 для обезвоживания и окисления.

При запуске технологического процесса по переработке ТПС в действие и до выхода его на стационарный режим, переработанный продукт будет получаться некондиционным, поэтому он будет накапливаться в промежуточной ёмкости -9. Это обусловлено тем обстоятельством, что при подаче ТПС на нагретые наклонные обогреваемые поверхности с них будет осуществляться колоссальный теплосъём и вследствие этого их температура резко понизится. Из-за этого ТПС за время стекания по наклонные обогреваемым поверхностям не будет успевать обезвоживаться и соответственно процесс окисления будет идти неэффективно.

После выхода технологических параметров ведения процесса на ста ционарный режим переработанная ТПС будет сливаться в емкость -8. / переработанная ТПС сливавшаяся до этого в емкость -9 при помощи насо са -2 снова будет подаваться в СР для повторной переработки.

Рис.8. Технологическая схема процесса переработки ТПС.

Парогазовая фракция образующаяся при выпаривании дисперсной фазы из ТПС отсасывается из СР при помощи вытяжного вентилятора -4 и направляется в теплообменник -16. В теплообменнике происходит конденсация водяного пара и части углеводородной фракции. Конденсат затем направляется в ёмкость -10, откуда при помощи насоса -11 возвращается в основное производство. Несконденсировавшаяся часть парогазовой фракции из ёмкости -10 при помощи дымососа -6 направляется в зигзагообразную печь -7 для обезвреживания.

Нагрев наклонных обогреваемых поверхностей, по которым стекает ТПС, осуществляется дымовыми газами, обогащенными кислородом воздуха. Дымовые газы берутся из магистрального трубопровода, обогащаются кислородом воздуха и, в случае необходимости, в инжекционной установке -5 нагреваются до температуры Т = (200+400) °С, затем при помощи дымососа -15 подаются в СР.

При окислении ТПС в СР дымовые газы балластируются органическими примесями, поэтому без обезвреживания их нельзя выбрасывать в атмосферу. При этом дымовые газы при помощи дымососа-б отсасываются из СР и направляются для обезвреживания в зигзагообразную печь. В зигзагообразной печи органические примеси, содержащиеся в дымовых газах, обезвреживаются при прохождении высокотемпературных зон инжекци-онных горелок. После обезвреживания в зигзагообразной печи дымовые газы при помощи дымососа-12 подаются в котёл-утилизатор-13, в котором за счет отбора тепловой энергии понижается их температура. После отбора тепловой энергии и понижения их температуры до Т- (200 +230) °С дымовые газы через трубу -14 выбрасываются в атмосферу.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1.Ha вискозиметре "Реотест" были проведены экспериментальные исследования реологического поведения образцов ТПС при изменении их температуры в диапазоне от 20 °С до 120°С и градиента скорости в диапазоне от 27 с"' до 1312 с1. Проведенные исследования показали, что реологическое поведение ТПС подчиняется ньютоновскому закону. Подобрана формула для описания эффективной вязкости ТПС. Методом однофактор-ного регрессионного анализа построена квадратичная зависимость для аппроксимации изменения значений эффективной вязкости от температуры.

2. На основе уравнений механики многофазных сред, с применением экспериментальных данных для их замыкания, построена математическая модель процесса тепломассообмена при медленном плёночном течении двухфазной эмульсии (ТПС) по наклонным обогреваемым поверхностям. Как показали экспериментальные исследования эта модель с приемлемой точностью описывает исследуемый процесс.

3. На основе метода осреднения Слезкина-Тарга разработан алгоритм решения уравнений математической модели процесса тепломассообмена при медленном пленочном течении пленки эмульсии по наклонным обогреваемым поверхностям. Решение уравнений математической модели при помощи этого алгоритма позволило установить зависимость длины наклонных обогреваемых поверхностей, необходимой для переработки ТПС, от её расхода. Установленные зависимости используются при разработке методики расчёта рациональных конструктивных и режимных параметров СР.

4. На лабораторной установке проведено экспериментальное исследование процесса тепломассообмена при медленном пленочном течении двухфазной эмульсии по наклонным обогреваемым поверхностям. Результаты сравнения расчетных значений параметров (толщина стекающей пленки эмульсии) полученных по математической ■ модели и экспериментальных значений показали их приемлемое совпадение (отклонение между ними не превышает 23%).

5. Проведенные на лабораторной установке экспериментальные исследования показали необходимость внесения существенных доработок в конструкцию СР, сконструированного по A.C. №1183526. В частности были добавлены экцентричные валики для обеспечения стекания ТПС пленкой одинаковой толщины по всей ширине наклонных обогреваемых поверхностей. Были убраны пороги у нижних концов наклонных обогреваемых поверхностей. Экспериментальные исследования также показали, что для интенсификации процесса окисления ТПС, в приемный бункер СР необходимо смонтировать перфорированную трубу, для барботажа через слой ТПС дымовых газов.

6. Разработана методика расчёта рациональных конструктивных параметров СР и режимных параметров ведения процесса переработки ТПС.

С помощью этой методики рассчитаны параметры СР для переработки известного объёма (3500 тонн/год) ТПС, образующегося на заводе «Этилен» ОАО «Казаньоргсинтез».

7. Разработана технологическая схема процесса переработки ТПС из отхода в товарный продукт. Ключевым элементом технологической схемы является СР. Технологическая схема процесса переработки ТПС включается в технологическую схему процесса производства этилена на комплексе Э - 200 в качестве замыкающего участка.

8. Разработанная технологическая схема процесса переработки ТПС внедрена в производство на заводе "Этилен" ОАО "Казаньоргсинтез".

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1.Исследование способов термического обезвреживания и утилизации органических отходов Казанского объединения "Органический синтез" с целью защиты воздушного бассейна. //Отчет о НИР. Казанский инженерно-строительный институт, руководитель Мусаев A.M., ГР81086237, инв. №123476, 1984,92с.

2. Ахмадиев Ф.Г., Мусаев A.M., Гильфанов P.M. Создание оптимально организованной безотходной технологической схемы производства полиэтилена в Казанском ПО "Органический синтез". //Тезисы докладов Всесоюзной научной конференции "Методы КХТП-1", М.: 1984, с.69.

3. Мусаев A.M., Ахмадиев Ф.Г., Гильфанов P.M. Определение длины участка прогрева при плёночном течении неньютоновской эмульсии по обогреваемой поверхности слоевого реактора. //В кн. Тепло- и массообмен в химической технологии. Казань, КХТИ, 1985, с.42-44

4. Исследование способов термического обезвреживания и утилизации органических отходов Казанского объединения "Органический синтез" с целью защиты воздушного бассейна. //Отчет о НИР. Казанский инженерно-строительный институт. Руководитель А.М.Мусаев,ГР №81086237, инв. №122532, 1985,150 с.

5. Ахмадиев Ф.Г., Гильфанов P.M. О возможности использования уравнений механики неньютоновских гетерогенных сред при расчете химико-технологических процессов. //В кн. Реофизика полимерных и дисперсных жидкостей. Минск, 1986, с.148-153.

6. Ахмадиев Ф.Г., Мусаев А.М., Гильфанов P.M., Хабибуллин Ю.Х. Утилизация отходов производства полиэтилена. //Сборник тезисов докл., респ. науч. -техн. семинара "Совершенствование и автоматизация технологии утилизации отходов, очистки сточных вод и газовых выбросов химических производств", ч. II, Черкассы, 1987,с. 27.

7. Ахмадиев Ф.Г., Гильфанов P.M. Расчет конвекции при плёночном течении двухфазной эмульсии по обогреваемым поверхностям.

//Межвузовский сборник "Тепло- и массообмен в химической технологии". Казань, 1989, с. 123-130.

8. Ахмадиев Ф.Г., Гильфанов P.M. Heat/mass transfer calculation of twophase emulsion while its film flowage along heated working surface of bitumen production reactor. //The 11th International Congress of Chemical Engineering, Chemical Eguipment Design and Automation, abstracts v.H, Praha, Czech Republic, 1993, p. 16.

9. Ахмадиев Ф.Г., Гильфанов P.M. Математическое моделирование процесса тепломассообмена при плёночном течении двухфазной эмульсии в слоевом реакторе. //Тезисы докладов Международной конференции "Математические методы в химиии и химической технологии", часть 1, с.67, г.Тверь, 1995.

10. Ахмадиев Ф.Г., Гильфанов P.M. Математическое моделирование процесса сложного тепломассообмена в слоевом реакторе. //Сборник докладов 3-го Минского международного 'форума по тепломассообмену, Минск, т. 11, с.79-85,1996.

Соискатель

P.M.Гильфанов