автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Разработка методов повышения эффективности химико-технологических процессов с применением рециркуляции

6 од

Российский химико-технологический университет им. Д.И.Менделеева

На правах рукописи

Меньшиков Влалниир Викторович

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ РЕЦИРКУЛЯЦИИ

06.17.08 ■ Процессы и аппараты химической технологии

а н т ^ р е с- е р а т

диссертации на соисханчв ученой степени доктора технических наук

Моек за -1294 г.

Работа выполнена в российском химико-технологическом университете ин. д. :1. Менделеева. Государственной Научно-исследовательском и Проектной институте хлорной промышленности и Научйо-Про-изводственном объединении "Спектр".

Научный консультант: академик РАН в. 3. КаФаров

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор, член-корреспслдент НКЛ Карнышов В. Ф.;

доктор технических наук, профессор Писаренко в. Н.;

докто? технических наук, профессор Шариков Ю. В.

. Ведушая организация - АО "Научно-производственная фирна "Пигмент" !г. Санкт-Петербург)

Занита состоится н

час.- з '„/¡^¿Зауд. на заседании специализированного совета д 053.34. ое з Российском химике-технологическом университете ин. с. [ к. Менделеева по адресу: 125047, Москва. а-47. Миусская пл.,. юн 9.

С диссертацией кохно ознакомиться в Научно-инфорнадионном и?нтрэ РХТУ им. Д.К.Менделеева

Автореферат разослан "3£1"

Учеша секретарь специализированного совета

Бобров Л. А.

ОБИАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность п?облеиы. Научно-технический прогресс в развитии ведущих отраслей промышленности неразрывно связан с научными н практическими достижениями в области производства материалов химической, нефтехимической, микробиологической и других отраслей промышленности. В ближайший период наиболее актуальными будут разработки, связанные с созданием высокоэффективных технологий, с интенсификацией действующих производств при одновременной решении задач по повышению качествен-' ных характеристик производимых материалов. Применение в промышленности прогрессивных технологий предопределяет повышение качества, расширение областей применения и рост объемов выпуска материалов, производимых в различных отраслях химической, нефтехимической, микробиологической промышленности.

однако в последние десятилетия в отечественной химической промышленности наблюдается существенное отставание от передовых зарубежных технологий, Это объясняется тем, что ашзаратур-но-технологическое ибеспечение отрасли морально и Физически устарело, сокращены капитальные вложения, а эффективность реальных небольших капиталовложений является очень низкой, это характерно как для крупнотоннажных отраслей, таких как производство ми.чудобрений, производство хлора и каустика, так и для малотоннажной химии, в частности, для лакокрасочной ^"отрасли. Выпускаемая продукция перестала соответствовать мировым стандартам качества, а модернизация производств и замена изношенного оборудования или вообшэ не проводится, или проводится путем отдельных закупок импортного оборуаомния и технологий часто не самого высокого качества.

Поэтому встал вопрос о модернизации производств не только за счет полной замены оборудования, но и за счет ваучно-эбос;-нсванных проектных л аппаратурно-технологических решений по повышению эффективности отдельных ключевых, лимитирувших в°сь технологический пр"';есс стадий,

Под основными .-^емектам;; прогрессивной технологии, обеспечивающей высокую эффективность произр^дстга понимается: обеспечение стабильности характеристик сыр»я (химического состава, содержания примесей и т. п.); увеличение выхода продукяйи с одновременным повышением ее качества; снижение энерго и трудозатрат, а также металлоемкости аппаратов; оезс-.ечение экологической полноценности производств, полной утилизации отходов или бсзстходности и др.

В настоящее время автором с сотрудниками- накоплен и оеоб-

шен передовой опыт в повышении эффективности процессов химической промышленности и в применении основополагающих общих принципов к конкретным классам процессов как в крупнотоннажных отраслях, так и в малотоннажной химии.

К важнейшим, методологическим приемам в решении задач повышения эффективности технологических процессов и систем относятся: организация внутренних и внешних контуров рециркуляции» позволяющих оптимальным путем комбинировать зоны идеального перемешивания и вытеснения; широкое использование аппаратов с Фоктанирукшм и гидроФонтанным режимами, т. е. аппаратов с активным гидродинамическим режимом; определение оптимальных мест и сгособсв ввода реагентов в циркуляционную систему; интенсификация перемешивания в аппаратах, особенно крупногабаритных, за счет создания внешних и внутренних контуров рециркуляции; оптимизация структурн.-;х схем аппаратов и установок, охваченных рециклами и др.

Эти и некоторые другие приемы и методы повышения эфектив-ности химических производств обобщены в предлагаемой работе, являются весьма актуальными и представляют совокупность науч-нообоснованнкх технических решений, внедрение которых вносит значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса в химической и смежных отраслях промышленности.

Отдельные части работы выполнялись как по государственным' программам, например, в соответствии с целевой программой он' ОСН, так и (особенно в последние годы) по заданиям отдельных отраслей и предприятий, а также по личной инициативе.

Цель работы. Систематизировать существующие и разработать новые методы повышения эффективности широкого класса гетеро-Фазных процессов типа "жидкость-твердое", "газ-твердое", "газ-жидкость-твердое". а также гоноФазных процессов, обращая особое внимание на важную роль в повышении эффективности организации как внутренней, так и внешней рециркуляции потоков.

'основываясь на уже достигнутых результатах теории рециркуляционных систем, разработать новые аспекты этой теории в теской связи с концепцией распределения элементов потоков по времени пребывания в аппарате и использовать эти результаты при решении задач повышения эффективности как отдельных аппаратов, так и технологических схем в целом. •

Сформулировать, теоретически обосновать и дать решение практических задач оптимальной организации структуры потоков, выбора иеста ввода и вывода реагентов, а также конструктивного оФорнления технологических аппаратов для обеспечение высокой эффективности их функционирования.

Реализовать разработанные методики для повышения эффективности работы химико-технологических процессов и систем в различных отраслях химической и смежных отраслях проккалеянос-ти,

Научная новизна. Для аппаратов с рециклом развиты новые аспекты концепции распределения времени пребывания элементов потоков в аппаратах, состояшие в том, что учет наличия в рецикле зон определенных обьеков существенно изменяет выйоды о распределении времени пребывания и характере перемешивания потоков в реииркуляиисняга системе по сравнению- с с Чествующими методами расчета систем с рециклом. Учет этих зон позволяет сформулировать обобиенный подход к моделированию клзсса систем, в которых перемешивание организовано с помощью рецикла, таких как гидрофонтанные аппараты, сушильные аппараты-, циркуляционные кристаллизаторы, растворители и т.п.

Установлено, что зависимость безразмерной дисперсии от величины рецикла н для трехзонной комбинированной модели с . рециклом носит экстремальный характер, что позволяет в каждом конкретном случае организации хтп подобрать такие соотношения параметров (объемов аппаратов, отдельных зон и величин рецир-кулируюших потоков), которые обеспечивают наивысшую эффективность работы технологического оборудования.

Быполнен математический анализ явления внутренней циркуляции потоков з технологических аппаратах с позиций теории вихревого движения сплошной среды. На основе представлений многоскорсстных континуумов сформулирована замкнутая система уравнений, вклвчакшя уравнение для вихря сплошной Фазы, уравнение для Функций тока, уравнение негазрывности. 3 результате численного решения системы уравнений определены значения Функции тока V. викря по высоте и. радиусу кристаллизатора, лоле скоростей сплошной Фазы по объему аппарата, значение порознос-ти по высоте и радиусу аппарата. Получение с позиций механики сплошных сред математическое описание явления внутренней циркуляции на основ-' теории вихревого движения сплошной среды является обобщают, и универсальным и, вместе с ра?*або^аы:ой разностной схемой решения, -пригодным для моделирования и расчета крупнотоннажных аппаратов путем машинного расчета перехода от лабораторных и стендовых установок к промышленным аппаратам, минуя длительную и дорогостоящую стадию опытно-промышленных испытаний на укрупненных установках.

Быполнен теоретический анализ взаимосвязи '.влений сегрегации и рециркуляции потоков и дана интерпретация микросмешения с использованием циркуляционной модели, исследовано влия-

жт сегрегации на расчетную скорость и полноту химического превышения, а также эффективность тепломассообмена в гетерогенных полидисперсных системах "жидкость-твердое", "жидкость-жидкость". Подчеркивается, что неучет эффектов сегрегации может быть причиной существенных ошибок при расчете и проектировании реакторов, где протекают химические реакции и процессы тепло- и массопереноса между сплошной и дисперсной Фазами.

•• Разработана методика оценки эффективности работы аппаратов с рециклом при проведении в них массообменных процессов. Установлено, что эффективность работы массообменных аппаратов с внешними и внутренними циркуляционными контурами, имеющими в этом контуре некоторый объем, зависит от соотношения обьемов. находящихся в прямой линии и в рецикле, и от величины репирку-лируюшего потока. Это позволяет подобрать такие соотношения параметров (соотношения обьемов аппаратов или зон и величины рециркулирующих потоков), которые обеспечивают наивысшую эффективность работы оборудования при соответствующих технологических и Физико-химических ограничениях процесса, таких как температурный режим, условия псевдоожижения и т.п.

Тот Факт, что расчетное среднее время пребывания потока в .цирку/шруюшей системе зависит от места ввода трассера, позволил сделать вывод, что в аппаратах с циркуляцией потоков ото' наблюдается практически всегда при перемешивании Фаз в аплара- ' тах большого объема) степень преврашеаия зависит от места ввода реагентов в систему. Таким образом, при разработке такой аппаратуры требуется учитывать еше один Фактор - точку ввода реагентов, причем этот Фактор сказывается даже в линейных системах, т. е. при реакциях первого порядка. В частности, показано, что максимальная степень превращения реагентов в проточных циркуляционных системах достигается при наибольшем разносе точек ввода твердого реагента от точки вывода потока.

Исследованы пути повышения эффективности работы жидкостных гомоФазяка: реакторов с рециклом за счет оптимальной организации структуры потоков и выбора рационального оформления аппаратов-. Создание организованной гидродинамической обстановки при помощи' выносного циркуляционного контура в аппаратах большой единичной мощности позволяет добиться хорошего перемешивания реагентов при выгоде на'оптимальный технологический режим процессов синтеза снол. когда время смешения значительно меньше скорости реакпий.

Практическая значимость работы и реализация научных' исследований. На сснсЕажга исследования гидродинамики и кинетики

пропесса экстракции хлоридов натрия и калия из алюминийсодер-жааего сырья ("отвальные шлаки") в производстве оксихлорида алюминия (ОХА) выполнен расчет и выданы исходные да:ше на проектриование - высокоэффективного экстрактора. На основании технического проекта на Скорпусковом 03 создана и внедрена в производство опытно-промышленная установка экстракции алюни-нийсодержаыего сырья для получения С-ХА и его синтеза, что позволило заложить основы малоотходной технологии по переработке "отвальных шлаков" - солевых алюминийсодержащих отходов заводов цветной металлургии.

разработано высокоэффективное аппаратурное оформление и выполнен проектный расчет аппаратов для растворения хлорида натрия в производстве хлора и каустической соды производительностью от б до 40 т/ч по твердой Фазе, позволяющих использовать сырье с содержанием нерастворимых до 105!. с выгрузкой и отмывкой шламов без остановки основного оборудования. В хлорной подотрасли установки растворения обратной соли заложены' в технологические проекты нормализованного ряда' выпарных систем мощностью от 60 до 300 тнс. т/г по юох На0Н, которыми гредпо-лагзется оснастить новые цеха и использовать для реконструкции старых производств хлора и каустика. Разработанные установки созданы и внедрены на ряде производств хлорной и азотной промышленности в качегтве узлов растворения "пряной" и "обратной" соли (Ферганское и Новопесковское ПО "Азот", Первомайское ПО "Химиком", Ноэокуйбышевский ХЗ, Кемеровское ПО "Химпром", Московский опытный завод!

Разработан •и.'сокоэФФектиааый способ приготовления катализатора для конве: ;ии окиси углерояа, позвол ^огоп увеличить выход катализатора и в 3-4 раза сократить время его приготовления. Гидрофонтанный циркуляционный реактор-объемом 10 м3для синтеза катализаторов НТК-4, НТК-5 внедрен в производство' на Дорогобужском заводе азотных удобрений.

Разработана высокоэффективная технология и аппарат для синтеза хлорного железа в режиме гадрофонганирования, позволявшие получать его высококонйентрированные расиоры и кристаллоида .ты с требуемым содержанием води из отходов сталелитейного производства. Результаты переданы <з Волгоградское ПО "Каустик".

Выполнен расчет. проектирование и оценка ' возможности улучшения показателей процесса сушки кристаллов биФторида аммония в Фонтанируюшем слое "газ-твердое". Результаты использованы при проектировании промышленной установки сушки кристаллов бифторидов аммония, ее пуске на Череповецкой ПО ."Аммофос",

Выполнен комплекс работ по проектированию, расчету и оптимизации процесса обезвоживания борогипса, буры и борной кислоты во взвешенном и Фонтанируюшем слое, а также по оптимальному управлению им. Результаты внедрены в производство на Приморском ПО "Бор" и Актюбинском ХЗ.

Значительно повышена эффективность стадий кристаллизации в производстве шелочи - гидроокиси натрия ШаОН! при кристаллизации 11аС1 из раствора шелочи в Кемеровском ПО "Химпром", Первомайском ПО 'Химпрок", Новомосковском ПО "Азот". При этом удалось зкделить КаС1 из раствора КаОН до значений, соответс-твувеих высшему мировому уровню качества.

Разработан эффективный процесс кристаллизации бифторида аммония э гидрофонтанном аппарате в Череповецком по "Аммофос"; исследован процесс и выданы рекомендации по выпарке КаОН, совмещенной с кристаллизацией наС1 для Волгоградского П0"КаУСтик".

Решена промкшленчо важная задача повышения эффективности получения пентаэритрита. зыбраны оптимальные условия и оборудование стадий выделения и очистки пентаэритрита, включавшие кристаллизацию, Фильтрование, промывку, разделение фракций осадков и др. Высокоэффективный циркуляционный реактор синтеза пентаэритрита, обследованный методом трассера, разработан и внедрен в производство на черкесском ХПО.

Разработаны и внедрены в производство методы повышения эффективности процессов синтеза лаковых смол и гскогенизаиии-реакционных сред в жидкоФазкых промышленных реакторах. В ре-' зультате разработаны исходные данные на проектирование типовых жидко разных реакторов синтеза алкидов вместимостью 32 н"5; процесс синтеза алкидзв внедрен на 03 НПАО "Спектр", где. продолжительность- синтеза уменьшилась в 1.2 - 2 раза, а также 'удалось снизить температуру синтеза. Методика расчета через последовательную схему реакции полимеризации с использованием циркуляционных аппаратоз применима и для других процессов синтеза! олигомеров, например, зпоксидирования соевого масла. Наряду с синтезом и растворением лаков в Санкт-Петербургском НПО "Пигйент" внедрены высокоэффективные приемы перемешивания эпоксидных смол на Котовском ЛКЭ.

Применение циркуляционных схем с интенсивным перемешиванием в роторно-пул1?сационном режиме позволило перейти к прин-циппиально аовым технологиям в лакокрасочной промышленности. Установки, внедренные на Львовском ЛКЗ для получения мебельных матовых лаков, в Алексинском ПО, где матирование совмешено с кристаллизацией, на Ярославском ПО "/¡акокраска", 03 НПАО

"Спектр ЛК", Установки для получения водных ЛКН позволили повысить эффективность процессов в з - ч- раза по сравнению с традиционными.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы неоднократно докладывались, обсуждались и были одобрены на различных конференциях, семинарах и совещаниях, в том числе: первой Всесоюзной конференции "Методы кибернетики химико-технологических процессов" (Москва. 1984 г.); пятой Всесоюзной конференции "Математическое кеяели^свание стюи йа-ко-технолспшских систем" (Казань, 1535 г. ¡Г Всесоюзных конференциях "состояние и перспективы развития технологических процессов хлорной промышленности" (Сумгаит, 1968 г.) и "Состояние основных Фондсз хлорных производств и их модернизации" (Волгоград, 1988 г.!;. пятом Всесоюзном совещании .""Химия кислородных соединений бора" (Рига, 1981 г.); восьмой Научно-технической конференции молодых ученых и спепиалистос в хлорной промышленности (Москва, ГОСНййХ/ЮРПРОЕКТ, 15£!; г.); Всесоюзной конференции "Состояние и перспективы развития технологических производств получения хлора и соды каустич?-кой" ¡Волгоград, 1985 г.); всесоюзной конференция:: "Химреактор-9" (Гродно, 1986 г.) и "Хинреактор-П" (Харьков, 1592 г.); Иос-кевской конференции молодых ученых (Москва, НЛУИС, 1936 г.); Минском международном Форуме "Процессы тепло- и массообмена" (Минск, 1968 г. ) и др,

Публикации. Одержан"? диссертации отражено -в 71 печатных работах, опубликованных з .¿урналак "теоретич? -кие основа химической технологии", "Химическая промышленнойэ", "Химическое и нефтяное машиностроение", "<"акскрасочные материалы и их применение", "Химическая технология", "Высокомолекулярные с 1дике-. 1я'. "Пластмассы", в материалах Всесоюзных и Междугородных конференций. По результатам работы получено 20 авторских свидетельств. список основных публикации приведен .в коние авто?.?-Фер^ :а.

Структура и объем диссертации. Лнссер'шшокная работа состоит из звёгГекйГ- четырех гйзГтёкста. 'аклэчительных грыэо-

"списка гмтсрэтуры и приложений. Обгиий обьен габоты 496 страниц м?""»ли';ясногс текста, но рисунков, таблиц и 263 наименов?чк' ; те>-атгрных ссылок.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во, Вождении приведены основные сведения> работе; обоснована актуальность постанов^ задачи исследования; сФормулиоо-

заны-возможные пути повышения эффективности химико-технологических процессов; счерчен круг процессов и производств, на примере которых решаются задачи данной работы.

В первой глазе рассматривается современное состояний проблемы повышения эффективности процессов химической технологии. В соответствии с принципами современного системного анализа. развитого школой академика В. В. Кафарова. проблема повышения эффективности ХТП рассмотрена на различных уровнях иерархии мтпл вся совокупность которых делится на микро- и макроуровень.

Выполнен анализ явлений и эффектов микроуровня, способствующие повышению эффективности ХТП. Подчеркнуто, что открытие новых видов воздействия на процессы с целью их интенсификации и улучшения функционирования может быть связано с рациональным сочетанием известных Физико-химических эффектов.

-Установлено, что рациональная организация как внешней, так и внутренней рециркуляции потоков является одним из мощных Факторов на макроуровне, обеспечивавших значительное повышение эффективности работы технологических аппаратов. Дан анализ современного состояния теории и практики применения рециркуляции в системах с внешним и внутренним рециклом для повышения эффективности ХТП.

Подчеркнута важная роль концепции распределения времени пребывания для анализа функционирования систем с рециклом с целью повышения эффективности ХТП. Рассмотрены вопросы учета явлейия сегрегации при решении задач повышения эффективности работы технологического оборудования. Проводится теоретический анализ взаимосвязи явлений сегрегации и рециркуляции потоков и дается интерпретация иикроскешения с использованием рециркуляционной модели. :

; Из обзора можно сделать вывод, что теория систем с рециклов разработана недостаточно полно в том смысле, что в цепи обратной связи рецикла не учитывается возможность существования объемов конечных размеров, учет которых сушественно меняет традиционные выводы, связанные с простыми рециклами, недостаточно разработаны случаи, когда ввод трассера производится в разные точки систем с рециклом, а такг.е методика расчета параметров внутренних и внешних рециклирхюших потоков, недостаточно развита теория структурного синтеза аппаратуры и структурной оптимизации на основе метода ввода трассера з различные точки систем с рециклом.

Во второй главе Формулируются новые аспекта анализа структуры потоков б аппаратах с рециклом с помоеыо методики-

-В"

Бдсда трассера, состояше 2 тон, что учет наличия в рецикле эса определенных обменов. а гакхе ввод индикатора f ргзлип'ше лекальные течки систем с реникяани сушественно изменяет выводи з расправлении времени пребывания и характере перемевиаа-н«я потоков в репиркуляииокной системе по сравнена» с существующими- методами расчета систем с рециклом.

3 качестве примера для теоретического анализа бгяи выбраны комбинированные недели описания гидродинамической обстановки в системе (структуры потоков), сставленвке.нг талевых для химической технологии неделей. Эти модели ксгут "¿гь любой степени сложности, однако для обоснования теоретических выводов достаточно ограничиться одним из простейгих вариантов, обладавшего тем не менее достаточной общностью для еешзния многих практических задач.

Так, основой описания гидродинамической структуры потоков многих сушильных аппаратов, циркуляционных выпарных аппаратов и кристаллизаторов, барабанных, грзнуляторов-сушилой. ■ аппаратов Фонтанируюпего слоя, гидрофонтанных я пенных аппаратов часто келязтся одна и та se комбинированная структура, содержащая ту: зоны: п зона идеального перемешивания ч прямой ла;шш 2) зона вытеснения з пк,.сй линии; 3) зон.: вытеснения в рециркуляционной (обратной) линии, причем последняя имеет определенный объем (рис. п.

Анализ структуры потоков выполняется с чепольэомнлем метода моментов. Так, лри м.чульсном возмУпе<.ил m составу потока в виде функции Дирака 5 (Т! ма::-риальныи баланс no г • ассеру имеет вид:

для зоны с идеального перемешивания:'

00(f) - (V - V ,

<i dT Ф

для 1-й зоны вытеснения:

(ir + г) ^' -4- V, и ' .

дЪ ' Сс)

с-й '„ohk ¿.г!тэс'1.5кйя: :

?г, . и дС.

: э*а г Т с дополнительными . :лсгиями

-t- v0 -—■ -- (j

Э^о - 3 V (3)

Т = 0; Сс С, = С2 = 0; (4)

О, С,- = Сс; 1< ■ !, СА = С, (1); (5)

2г- 0, Сг -- С, (1)5 Zj г 1, с4 : с.г(1) (б)

где С„, С,, (

- концентрация тгассег-.i соотве~;тз;-кно в зонах

С 2; у,, - объемы соответствующих зон; V- объемный расход потока (подпитка); г - рециркулирующий поток; 1 , 1 - безразмерная (текшая) длина зон вытеснения; е - масса введенного трассера в начальный номент времени Т" = о; 5 (X) - импульсная функция Дирака; Ч - время.

При решении задачи (1) - (б) иетодом моментов осуществляется переход к интегральным характеристикам путем умножения всех уравнений наТп(п = 0. 1. 2. ...) и интегрированием от О

ÎOO

с.т йт,

Это позволяет перейти от системы уравнений в частных производных к алгебраическим и обыкновенным дифференциальным уравнениям.', решение которых не представляет трудностей. После интегрирования преобразованной системы уравнений получаем выражения для важнейших характеристик данной структуры:

1) первый начальный номент - среднее время пребывания вещества в системе .

(7>

где V;, Т; - объёмы зон и время пребывания в каждой зоне;

2) в.торой интегральный момент - дисперсия распределения времени пребывания . : г.

G-" - '-'-J-ld + —¿___"Ч т + Т

.т • + Я«-^") 1 + 1? 1ов сГ ' -СВЬ

где 1?" = г/ч - безразмерный рецикл. Видно, что дисперсия распределения зависит от значений параметров модели: размеров зон и величины рецикла. При анализе удобнее работать с безразмерной дйспгргией

ГГ- . ,П~ \2

(9)

(10)

fL llk \ L (!± T_i__zI±£hi5)

"в ~ T¡ WeSl R VTc5/(UR) i'i

или.' 2.

\(n-k)R+l ¿k

где9 ~ *

V, : V + Vií К -- V /V .

£ -t г. -«a

a

Анализ уравнения <Ю) показывает, что при R—-оо и

модель приближается к модели идеального перемешиваания. Однако, при г 1 eme нельзя утверждать, что F. со и модель соответствует идеальному перемешиванию, так как зависимость от R при Фиксированном отношении v^/ voír имеет экстремальный

—и —

Рис.1. Комбинированная модель структуры потоков с рециклом: С - зона идеального перемешивания; 1 - зона идеального вытеснения в прямой линии; 2 - ясна вш еснения-в рециркуляционной обратно« лшши.

Рис.2.Зависимость относительной дисперсии от величшш рецикла при / = СопьЬ .

характер (ем. рис, 2). Из рис. г видно, что единице- кроме случая 3 --»о также соответствует вполне определенно? значение R з точке А. Таким образом, суиэствует г случая 6% - 1: 1! í- « ; 2) r = (va/vc5)/((1 + К)И1 * к) (Vvo5 ! - гкп. В частном случае, когда \/\F0s - i, т.е. при отсутствии зоны смешения = Ч при R -- 1/(1 * К)5. Б интервале между значением R в точке А и дисперсия б* меньше единицы и имеет минимум, который находится из условия равенства нулю производной по параметру g. при К = о, т. е. когда имеется только одна зона вытеснения, расположенная в рецикле, соотношение (10) сводится к .следующему:

-2 , V* ,2 4

', • "в = 1 Vob' Т + ** и всегда > i, причем при Фиксированной величине рецикла Н дисперсия увеличивается с ростом зоны вытеснения. При фиксированном соотношении размеров зон модель сводится к полному перемешиванию при R —«» , а при R О дисперсия б|~ к эффективность аппарата снижается. В другом предельном случае (при К—00 ), т. е. когда практически отсутствует зона в рецикле, получим ;

"-Значение vfl/vc5 всегда меньше единицы, и только в прег деле», когда в прямой линии имеется только зона вытеснения,, v»/voS : Тогда при R 0 модель соответствует проточному аппарату полного вытеснения, в котором достигается высшая эффективность процесса, и = о. npHVfc/voí -• о модель соответствует .полному перемешиванию, (5„ = 1. Б обшем случг.2 при 0 * < 1 величина [<VA/Vo5) - 2] отрицательна и при

Фиксирозанкок ?.< чем ближе V'Voí к единице, тем ближе к нули, пзри' Фиксированном значении vg/voS и при к — ~ дисперсна ffj = i к модель переходит опять в модель полного пер?-весизгния, а п:и s —-с структура потоков занимает промежуточное' пологение между идеальным перемешиванием и зытескэииен и

О < б'д < i.

Таким образом, в каком конкретном случае организации ХТП можно подобрать такие соотношения параметров (соотношения объемов аппаратов или зон к величины реаирк'/даувших потеков), которые обеспечат наивысшую эффективность работы оборудования при Фиксированных технологических и физико-химических ограничениях, накладываемых на процесс, таких, гак температурный режим» условия псевясежижения и т. л. Вопросам структурной оптимизации посвяшена отдельная глава (гл. з> хиссертапии, где зти

процедуры реализуются для циркуляционных выпарных аппаратов, барабанных грануляторов-сушилок, аппаратов Фонтанирястего слоя, гидрофонтанных аппаратов и др.

Важные методологические результаты получены при описании структуры потоков при развитии жидкостного Фонтанирования слоя тзердых частиц (например, при растворении), оказалось, что наряду с внешним рециклом часто в аппаратах возникают внутренние рециклы с режимами полного вытеснения. Простейший вариант такой структуры потоков представлен на рис, ' Аналогичные вышеприведенным преобразования по методу моментов для этой модели приводят к следующему выражению для безразмерной дисперсии

Сравнивая выражения (И) и (9). можно сделать вывод, что любой дополнительный внутренний рецикл с расположенной в нем обьемной зоной в проточных рециркуляционных системах увеличивает безразмерную дисперсию на величину

где У*,, V с- - объемы зоны во внутреннем рецикле и общий объем

00

системы.

Существующие экспериментальные метопы сценки структуры потоксз по кривым откл;:ка на вс:мушеш:я по концент'ашш трассера основываются, как правило, на вводе трассере на вход в аппарат и снятии кривой отклика на выходе из системы или з различных ее точ- зх (например, по длине и сечению колонны', В рециркуляционных системах, особенно при наличии бнугронййл рециклов, при такой методике часто получение информации затруднено, кроме того, получаемая информация зачастую является неоднозначной. В связи с этим предполагается спегааяьк?я методй-ка локального гго.-ч трассар&, пл которой тг.'ссе^ вгла::.тя не на вхсц в систему, а лок. ьно э .дну из ее зол (см. рис, 4). Для этого случая преобразования по методу моментов приводят к следушему вырал' чкв для первого начального момент?. - среднего зкм.чи пребывания трассера в системе, являюше; ?ся функцией величины ре/икла:

-Т. -уг У'Г '13!

05 * Им}) т г с .

Это позволяет по его величине зесьма просто и с достаточной степенью точности определять параметры модели. Так, изменяя величину отношения редг.ркулируюшего потока к нагрузке на

?

Рис.3. Комбинированная модель .структур» потоков с внешним и внутренним рециклом

Гис.4.' Локальный ввод трассера по внутреннюю точку рециркуляционной системы

апзарат, можно получить ряд значений Тоб . достаточный для идентификации подели, для примера, на рис, 5. показана типичная кривая изменения среднего зренгчи пребывания Го? от величины рецикла, полученная экспериментально для гидроФонтанного аппарата.

Хроме того, з главе £ дан подробный анализ влияния.взаимного расположения точек входа и выхода реагентов в контур типа показанного на рис. 4 на степень превращения", в аппаратах различных конструкций.

Глава 5 посз^зена разработке методов оптимальной организации структуры потоков в аппаратах и их конструктивного оформления для обеспечения высокой эффективности работы конкретных технологических аппаратов в различных отраслях химической промышленности: гидрофонтанных аппаратов с псевдоожижекны-ми слоями типа "жидкость-тьердое"; сушилок Фонтанирущего слоя в системах "газ-твердое"; барабанных грапуляторов-сушилок (БГС); жидкоФазных реакторов различного типа ; (периодических, полупериодических, непрерывных) и др.

Для интенсификации масссбменных процессов, -ротекаших при участия твердой Фазы используется Фонтанируюэий режим в системе "жидкссть-:йл?дое" гидроФонтанируший слои).

схема установки для исследования гидроФоктанируюшего слоя представлена на рис. 6. Установка снабжена гидрофонтанными аппаратами с различными углами конусов. Конуса ! оборудовались сменными патрубками г. Режим гидрофонтанировак"<? осуществлялся с покспью насоса з. з качестве ожидавшего агента использовалась вода с температурой 16°С, В ходе работы варьировались следуюиие ягракзтры: угол раствора конуса с£: 57. '45, б о, 9 о -л ! 0° ¿игкетр в;.ог.нс.го отверста«: ¿<>-- 5. ю, 15, го и £5 мм. яи-

слоя от 0,05 до 0,20 м контролировалась линейкой 4. Б, качестве ра'очего материала применялись сферические частицы силиката диаметром 2,: ми; стеклянные сФгрн с!= -,0 мм, г так:;,= '^арФорсвие сфег-1 диачег:м б. о км.' ?то соответствует диапазону "исэл мыжез зг^гз .-.г ^ £5£7200. Диапазон цссдш«кых рабочих скоростей на чхеие аппарат составлял с 3,1 го 15 и/с. что соогсэтстзуг? числам Рейисльаса П. . Н<?«4 3550Э. при работе аппарата в установившемся непрерьт-кси режиме ткрдая Фаза подавалась из бункера 5, а расход ее регулировался лепестковой диафр-шой б. '.'роэень жидкости в аппарате поддерживался с псмошыс сливного Шшлрп. 7. быгрузк«» суспензии осуиествлялась из. .даней части конуса посредством разгрузочного устройства 9,- также оборудованного лепс^ткоьЛ\ диафрагмой. Расход суспензии на выходе из аппарата варьировал-

" Гис.5. Зяексимость среднего времени пребывания от величины рецикла, 1Г= 0,0612 л/с.

Ркс.в. Схеиа экспериментальной установки для исследования повеления жидкой и трярто!1 фаз»-Б пцфофонтщшом аппарате

ся э диапазоне от 0,1 по 1,3 м /час.

Выполнена серия экспериментов и пробгдан количественный знали по спеякэ поведения дисперсной твердой и ткой фаз в широком диапазоне изменений конусности гиароФоктанирушего слоя. Установлено, что для коропгго переишшния твердой Фаз?.' предпочтительно применение конусов с углами от 30°до 60°, т.к., при этом снижается вероятность образования застойна зон з слое; для жидкой Фазы - конусов с углами 50е - 90е, т. к. при расчета» аппаратуры коническая часть аппарата оснчйо ~?и етсл как зона полного перемешивания. Кроме того, увеличение угла раствора кскуса приводит к уменьнени» рабочего перепада давления в слое, позтоиу при расчете и проектировании гидрофонтанкой аппаратуры рекомендуются дяиаа с конусностью от 45 до 50°.

эксперименты с трассерси показали наличие застойной гоны в цилиндрической части гидроФонтанного аппарата из-за значительной неравномерности потока при бсковси отборе жидкой Фазн, Для снижения обмена з .:то?.ной зсян были опробованы различнее варианта отбора жидкой Фазы: со стороны патрубка внесшего циркуляционного контура, ка протиаоположнсй стороне, из абух диаметрально распложенный точек, а также кольцевой, отбор жидкости. в результате найдена оптимальная организация отбора жидкой Фазы,

Для создания оптимальной структуры потоков в гидрофск-ан-ннх аппаратах выполнен экспериментальный анализ вякания ка гидродинамику потоков з аппаратах различных конструктивных элементов: рассекателя, бинтового сопла, циркуляционной вставки, отбойника и др.

Аналогичные исследования по разработке оптимального конструктивного оформления аппаратов приводятся в глазе 4 и для других аппаратурно-процессных еадшид различных химических производств.

Так, з соответствии : блочным пряна/пом разработки математического описания получена математическая модель процесса сушки буры з Фонтаниртазем слое, вкличаксая кинетический и гидродинамическим блоки, для этого разработааы кетсдякя проведения эксперимента, смонтированы установки я определены параметры кинетической и гидродинамической модели. На основании полной математической модели создан алгоритм я программа расчета сушки сыпучих материалов в Фонтанирующем слое. Составлен алгоритм оптимизации режимных параметров процесса еяш( с целью минимизации эксплуатационных затрат. ' Выполнено проектирование, структурная и режимная, оптимизация сушилок Фонтаяирк-

•л -18. шего слоя ка примере сушки десятизодного кристаллогидрата тетрабората натрия. При проектировании сушилок учитывалось, что п реальных сушилках, непрерывного действия процесс сушки может протекать в трек периодах: 1) период постоянной скорости сушки, когда скорость процесса определяется внешними условиями и состоянием окружающей среды; 2) 1-й период падавшей скорости сушки, когда все сопротивление- влагопереносу определяется свойствами материала и внутренней диффузией; 3) 2-й период падавшей скорости сушки, который начинается при приближении к равновесному содержанию влаги и обуславливается тем, что начинается отделение кристаллической воды, т. е. происходит химическая реакция дегидратации. Задача проектирования состояла в том, чтобы рассчитанный аппарат обеспечивал поддержание на выходе из него заданное среднее влагосодержание материала, выполнен проектный расчет аппарата Фонтанируюшего слоя для сушки буры до десятиводного кристаллогидрата производительностью 1,5 т/ч.

В главе исследуются пути повышения эффективности работы жидкостных гомогенных реакторов с рециклом за счет оптимальной организации структуры потоков и выбора рационального оформления аппаратов. ■ Показано, что создание организованной гидродинамической обстановки при помощи выносного циркуляционного контура в аппаратах большой единичной мощности позволяет добиться хорошего перемешивания реагентов при выводе на оптимальный технологический режим „роцесса синтеза смол, когда время смешения значительно меньше скорости реакций. В главе исследуются различные пути повышения эффективности работы жид-кофазных реакторов синтеза лаковых смол объемом до во м (модернизация систем загрузки, выгрузки, подачи компонентов, интенсификация переходных режимов нагрева и охлаждения системы, интенсификация кассообмена).

Исследовано влияние типа жидкоФазного реактора (периодический, полулериодичэский, непрерывный) и явления сегрегации в гомогенных и гетерогенных средах на эффективность химического превращения на примере синтеза пентаоритрита в производстве алкидных смол и лаков. Установлено, что модификация типов реакторов и условий их работы сопровождается перераспределением селективностей пентаэргл'рита, дипектаэритрита, биспентаэрит-ритФормаля, продуктов гомоконденсадии ацетальдегида, псмшен-таэритрита и продуктов побочных реакций Формальдегида. Так, в реакторе вытеснения -перераспределение селективности зависит от мольного отношения Формаг.ъдегида и ацетальдегида и степени разбавления реакционных растворов водой, в каскаде реакторов

сиеаения при ^гльр'о:: числ? ?.-~акгороэ, в которые рзсдится а:;?-тальвега, в реактор.; етгечгмва с лслеречкык вводом потока аиетальярги1з пгя гэ.'ьпон числе то«ек ввода и й полупериови-чгсксм реакторе с про'Рынннм вводоь аатльдегиаг в течение синтеза удается максимально реализовать условий яепзгига* степени г.онверсии ак?талм,9п:аа. в^онехтточных аяьдегилсэ и а;и-«гчкя начальной кмвевгразяи ас^-альдегидоа з реакторах. В единичном реакторе смешения высокая селективность по печтзэ-ритгятг згсжгается толп*« и«>ч гусокей :тзп:нй конверсии, лос-тотается кгкгслге- вксокий выход випентаэритрита. сильно выражено влияние мольного отношения Формальдегида и аиетальаегида. а побочные затраты Формальдегида и щелочи минимальные. -

При вводе реагентов в периодическом реакторе синтеза пен-таэгитрита возможны различные варианты сегрегации: 1) при добавке апетальдегила э гомогенну» смесь остальных реагентов образуются агрегата апетальдегида. распределяющиеся в реакционной среде в течение времени гомогенизации;' 2) при эвояз пелочи - агрегаты аелочк: 3) :?и одновременном вводе гсех реагентов -смесь агрегатов В пергг-н случае периодический реактор превращается в полуперкоаический с периодом ввода аиетальаегида, равным времени гомогенизации., во второй случае реактор превращается в полупериодический с выводом щелочи в смесь остальных реагенте? за время гомогенизации. В третьем случае возникновение смешанных агрегатов относится к промежуточному уровню сегрегации.

экспериментально устанавливаются важные особенности сегрегации' твердых частиц полидисперсной систему "жяякость-тзэр--о?" на примере функционирования гидреФонтанного аппарата: : д коническом гидроФонтанируюпем слое ггэзкикаюггстойчивые • локальные области циркуляции частиц различных размеров и йлот-костей; 2) более мелкие (легкие) частицы циркулируют на периферии слоя, а крупные (тяжелые) - в -переходной области; 3) с увеличением рабочих скоростей жидкости степень сегрегации возрастает.

Выполненные эксперименты с использованием 'многократной {•стосьежи позволили вскрыть особенности механизма сегрегирования ? гкдргФсктакном слое; сегрегация наблюдается по достижении в шапке Фонтана либо в устье ядра Фонтана скоростей витания частиц каждого размера и плотности. Установлено. ч*о перемешивание частиц различных размероз осуществляется в ядре. Фонтана. На основании выполненного исследования определены наиболее эффективные места вывода твердой Фазы из гидроФонтанной аппаратуры, работающей в противоточнои режиме.

Все результаты, полученные в главе 3, использованы и внедрены в производство при решении задач оптимизации аппаратурного оформления и режимных характеристик химико-технологических процессов и систеи (см. гл. 4).

В четвертой главе изложены результаты применения разработанных методов повышения эффективности хтп в различных отраслях химической промышленности. Обший перечень и классификация процессов по типам, для повышения эффективности которых в той или иной мере использовались рассмотренные выше методы и приемы создания высокоэффективных технологий, представлен блок-схемой, показанной на рис. т.

Одним из первых был исследован процесс растворения солей в хлорной промышленности с целью интенсификации, ликвидации потерь и,повышения эффективности работы последующих стадий.

С этой целью была разработана методика исследования кинетики растворения и создана установка для определения коэффициентов скорости растворения, сопряженная с ЭВМ. Исследована структура потоков и гидродинамика жидкостного фонтанирования. На основании полученных кинетических и гидродинамических моделей разработаны методика и алгоритм расчета промышленных установок с гидрофонтанным аппаратом и пульсашшной колонной, проведена структурная оптимизация на основе комбинированной циркуляционной модели. Выданы рекомендации по интенсификации процесса и внедрены установки растворения (рис. 8) в Ферганскоч ПО "Азот", Новомосковском ПО "Ааот", первомайском ПО "Химлром" и др. Скорость растворе.гия увеличилась в 4-5 раз, практически ликвидированы потери, которые составляли до юх. Резко уменьшились габариты аппаратов, стало возможным получать растворы, близкие к насыщению, уменьшив количество установок и использование ручного труда.

Разработана и внедрена на скорпусковом опытном заводе новая малоотходная технология процес 1 экстракции сопей из твердой Фазы алюмосодержаиего сырья ь производстве оксихлорида алюминия.

Другим рассмотренным массообменным процессом, очень важным в хлебом и смежных от.-чслях химической промышленности, является процесс ш:сталлизацгч. Исследован процесс, вгирабо^ны аппараты и схемы вы^гления хлорида натрия из шеяоч::. Сущность одного из усовершенствований, •1апр;:мер, состоит в том, что кристаллизатор снабжается дополнительным контуром циркуляции паточного раствора (;..с. 9). что позволяет улучшить качество получаемого продук.-. Результаты внедрены з производстве шелочи - гид-

/

I Л —•».- ч / .

Грмофэгнлг каоцсссы %-%, Г-Ж (Р»» -гв.^аэы)

г

см««е»н»е и

ргстзоренн?

лил»*.их с.чол,

5 из-»*-досуге

X

цириурпцис«-1 мм» р;лк|срм|

' -кстрьч I | г

| 8 гмг |

£

[Гетерафйгнм^ п&виессъ

I <с таёрдйй ^аюЯ)

Г

растоо-ргми*

-П1 Ч

пнстрон [инп и!"

,.оке* » | | вея*«та|

|>««что-(

!>" !

г,-1 а (

г-тп 5;|

СуВКЯ I

I | С *! О

„I

(томат и аир? ели пир . 1

су ¡¿-ча

рдстпврсние т 15. сеаесто

кселедеслиир (шплраюо: определение структуры

П,; г о г: "г,

(

¡ап^-и-п ■•>. «

Рис.7. Блся-схеьа рассмотренных в дасоэртацги; процессов к схем, для повышения эффективности которых использовались методы и приемы создания высокоэффективных технологий

I

ги

ГО I

Рис. 8. Принципиальная схема установки гютвореняя прямой саля: I - приемный бункер; 2 - з^^.ругашая решетка; 3 - вибратор; 4 - инековый питатель; 5 - вариатор; 6 - струйный аппарат; 7 - питающий насоо; 8 - гадрофснтанный растворитель; 9 - насадочная колонна; 10 - сепаратор-делатель потока; II - касос пульсатора; 12 - гадропульсатор; 13,15 -шланговые затворы; 14 - шламосйорнак.

- -аз-

рсскйси нзтри? кн. грисгаллйзауий КаС1 из раствора ше-

пот в Кемеровском по "линпрои", первомайском по "Хккзрон", Новс-иссковсмк ПС 'АЗОТ''

Процесс кристаллизации биФторида аммония в гидрофонтанном кристаллизаторе внедрен в чергяс?<гпксм ПО "Аммофос". исследован процесс и г-ыдгкы рекенексашш по гыпарке. совяешеннай с кристаллизацией для Волгоградского по "Каустик". Удалось выделить наС1 из раствора НаОН до значений- сеотвгтстзлкак ВЫСЕКУ мировому уррвнв '\212С7ЕД. ПУСТИТЬ прслчсс ПОЛУГНИЛ гвбрдо-

гс сыпучего бифторида аммония.

Были рассмотрены также процессы, происходящие в системах газ-твердое. Нспример. суска. разложение кристаллогидратов и т. п. Разработаны методики исследования и расчета аппаратов сушки (разложения) в Фонтанирушеи слое. Исследованы процессы сушки и разложения борсодержаших вешеств: тетрабората натрия, борной кислоты, борогипса. биФторияа аммония, суперфосфата в БГС и др Выданы рекомендации по кодификации процессов, кото-гые внедрены на пгик.'рсйом яо "нор". череповецком по "акнс-?ос". московском неЯ-.маслозаводе. Производительность стадии возросла з 2-3 газз. Уменьшились габариты аппаратуры, снизились раскосы энергии, асзксилось качество продукции за счет равномерной обработки в оптимальном режиме, выданы рекомендации по процессу сушки жидки;' материалов воздухом в Фснтанирув-слое, например, пластификаторов, выданные для НПО "Пластмассы".

супественные положительные результаты дала интенсификация реакционных процессов. Рзсгмотрснн::* реакционные процессы нежно ра?ое,1кть ьз прс-чессн ' т??ргой Фазой и ж^костные гомогенные и гетерогенное

К первым относятся разработанные на базе гидроФонтанного аппарата процессы синтеза катализаторов конверсии окиси угле--роса НТК. синтеза охеих чет-яг:? азкяяш из аяоминийссдержааего р-;г; ? ¡стггссв ~.?ои:-?одстеа1. синтеза водных кристая-логи-ратез хлорного .«.еле за да основании исследований внедрены ргЗктср :хк7?>а НТК на Дорогобужском заводе 5?-тнкх гдсбРгний. возросла в 4 раза 16 часов вместо

суток;. повысилось качеств: катализатора за счет равномерности состава, внедрен синтез оха на Скоропусковом ОЗ.

Ко вторым относятся .»идкоФазвые процессы синтеза. Иссле-дсваны х-тсдом изотопного трассера циркуляционный реактор для сикоза алкидов Санкт-Петербургского НПО "Пигмент".' выданы и вне., гены рекомендация по интенсификации стадии растворения лаков Также исследован и модернизирован циркуляционный реактор

Рис.9. Схема, кристалглзадрра непрерывного дойстеия

о внешним циркуляционном контуром 1 - корпус; 2 - сопло; 3 - внутренняя циркуляционная труба; 4 - обечайка; 5 - штуцер вывода* продукционных кристаллов; 6 -г- штуцар подачи части циркулирующего маточного раствора; 7 -- штупер отвола матового раствора на охлаждение и циркуляцию; 8 - штуцер подачи исходного раствора; 9 - касас; 10 - теплообменник. .

-згг-

синтеза пентазгитритэ на Черкесском ХПО, что азло повышение зкяоаа продукта на 2-Зя. Внедрен пропесс синтеза алкиаов на 03 НПАО "Спектр ЛК\ разработаны исходное данные аля проектирования типовых реакторов 32 и' . Продолжительность синтеза уменьшилась э \,*>-1 РШ< удало:ь снизить температуру синтеза. Методика расче« лг основе последовательной схены реакции полимеризации и с использованием циркуляционных аппаратов применима и для других про«????? синтеза олигомеров, кая-рииер. эяойсадяровакйя соевого наела, а также для перемешивания жидких систем с использованием эжекииокного эффекта затопленных струй. Наряду с растворением лаков в Санкт-Петербургской НПО "Пигмент". Енедрен эффективный способ перемешивания эпоксидных смол на Котовском ЛХЗ. вшини рекомендации по смешению в статических смесителях и в Фонтанирушеи слое инертных частиц, например, на стааии подготовки раствора соли электролизом аля Калупского ПО "Каустик".

Проблема смешения особенно актуальна в лакокрасочной промышленности при диспергировании и эмульгировании зш разработана методика расчета оптимальных схем с бисерными кельйиаа-ми (ГАЛС).

Применение циркуляционных схем с интенсивным перемешиванием в роторно-пульсаииокном режиме позволило перейти к принципиально новым технологиям 'в /1КП. Установки, внедренные из Львовском ЛКЗ, Ярославском по "Лакокраска" для получения мебельных матовый лаков, в Алексинскон ПО, где матирование совмещено с кристаллизацией, на 03 НПАО "Спектр ЛК". позволили интенсифицировать прспесс з 3-4 раза по сравнению с традиционными. Установка получения всдсразбавляеишс эраяей внедрена в нпас -спектр ЛК" для ВДПФ-136.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основе выполненных автором исследований и разработок, з работе изложены научно обоснованные технические решения. внедрение которых вносит значительный вклад з ускорение научно-технического прогресса в области создания высокоэффективных химико-технологических процессов и производств на основе принципов рециркуляции и методов математического, моделирования.

основные выводы по работе следующие:

1. На основе методов математического моделирования и развития' ряда положений теории рециркуляции потоков .разработаны основы нового подхода к решению задач создания высокоэффективных технологий нассообкенных и реакторных' процессов в разяич-

ных отраслях химической промышленности, состоящего в разработке комплекса аппературно-технологических решений,- позволяющего значительно повышать эффективность как отдельных технологических аппаратов и стадий, так и всей технологической системы в целом.

2. Исследование структуры потоков в аппаратах с рециклом с позиций концепции распределения времени пребывания элементов потоков позволило установить важные методологические • Факты, состоящие в том, что учет наличия в рецикле зон определенных объемов, существования внешних и внутреннихконтуров рециркуляции, возможностей извлечения дополнительной информации при локальном вводе трассера в различные точки-рециркуляционной си-темы существенно изменяет выводы о распределении времени пребывания и характера перемешивания в системе по сравнению с существующими методами расчета систем с рециклом. Это позволяет сформулировать обобщенный подход к моделированию и структурной оптимизации широкого класса технологических процессов путем комбинирования типов и объемов зон рециркуляции, топологии контуров рециркуляции,. а также т.-чек ввода и вывода реагентов.

3. На примере типичной комбинированной рециркуляционной системы, включающей различные зоны идеального перемешивания в прямом и обратном рециркуляционном потоке, сформулирована обо-шенная методика идентификации параметров систем с рециклом, основанная на обработке кривых отклика на возмущения по составу потоков методом моментов. Методика отличается простотой и высокой точностью определения гараметров моделей систем с рециклом и может быть рекомендована в качестве типовой в инженерно-технических расчетах технологлческого оборудования.

4. Выполнен математический анализ явления внутренней рециркуляции потоков в аппаратах с позиций теории вихревого движения сплошной среды, l'a основе представлений многоскоростных континуумов сформулирована замкнутая система уравнений, включавшая уравнение дл.. вихря сплошной Фазы, уравнение для Функции тока, -равнение неразрывности. В результат, численна о решения системы »равнений определенч значения Функции тока и вихря по Еысоте и радиусу аппарате поле, сь.ростей сплошной Фазы по объем* аппарата, значение порозности по высот0 и радиусу аппарата.' Полученное с по::ший механики сплошных сред математическое описание явления внутренней цис/уляции на основе теории Bv.vpt-зого дв:;..;ения сплошной среды являем :я обобщающим и универсальным .и, вместе с,разработанной разностной схемой решения, пригодным для моделирования и расчета крупнотоннажных аппаратов путем машинного расчета перехода от лаборато*' 'ых и

'стендовых установок к прскыаленным аппаратам, минуй ы-дтелькую к ворогостояеуз стадию спктно-псомьшечных испытаний на укрупненных установках.

5. Явление сегрегации --.олекулярных глобул сйлсйных срел и частиц гетер^азкнх пог.,л'А'.ирсшх сред типа "жидкость-тзрр-лое". "жидкость-хклкос V \ "газ-жидкость" калпется существенным Фактором- который ¡к -ьчот'о учитывать в расчетах технологических аппаратов с целью повышения эффективности их работы. Установлена.взаимосвязь чв.г-шка сегрег&аиа и реиири-уяяккк потеков и дана интерлретатея :'И!т;с:;зпг;гйя с использованием рециркуляционной модели и показано, что неучет явления сегрегации может быть причиной существенных ошибок при расчете и проектировании технологической аппаратуры.

6. Разработанные методы повышения эффективности технологически х процессов реализованы и внедрены в производство в различных отраслях химической прокьшлекности. в том числе

- для процессов, протекающих в системах "жидкость-твердое"- растворение ЯаС» э гиароФонтанных аппаратах к лульсзпк-онных колоннах с г-9"" ?ку.-.яиией; выпарка с выделением ЯаС1 в каскаде выпарных ал.ш.-;сп; зкстракзия (йвеяачивгьие) солей из аяюяихийссдер*ааегл сырья на основе гисрзфснтапиая аппаратов; реакиии с твердой Фазой при синтезе катализаторов НТК-'!, НТК-9, синтезе оксихлорияз алюминия, а также при получении хлорного железа з гидрсфонтаккыч аппаратах; кристаллизация КаС 1 из шелочи и для выделения биФтокша аммония в циркуляционных гидрофонтанных кристаллизаторах, смешение реагентов перед электролизом в гидрофонтанном аппарате; диспергирование при получении лакокрасочных материалов в роторно-аульсапионных аппаратах; (

- для процессов, протекавших в гетерогенных системах "газ-твердое": суска буры и борной кислоты, бифторида аммония и др. в сушилках фонтанирушего слоя; получение гранул суперфосфата в барабзнпых гранглятерах-сягидках; дегидратация бУрн. разложение борной кислоты и получение оксида бора в реакторах Фонтанирующего и кипнаего слоя;

- для процессов, протекающих в гомоФазкых системах "жидкость-жидкость"; стадия растворения лаков в системе алкидов в циркуляционных реакторах объемом 100 И1и 80 н5; синтезе пента-эритрйта. акриловых лаков и алкидов в гомофазных реакторах с рециркуляцией потоков; смешение и растворение эпоксидных смол в циркуляционных струйных смесителях; . матирование мебельных

лаков полиэтиленовым воском в циркуляционной схеме с охлаждением;

- для процессов, протекающих в гетерофазных системах "газ-жидкость": осушка пластификаторов в гидрофонтанных аппаратах; улавливание фтокодерхаших газовых выбросов в пенных циркуляционных аппаратах.

Основное содержание диссертации отражено в следующих работах:

1. Меньшиков в. В. Методы повышения эффективности процессов химической технологии. Вопросы те орки//Лакокрас очные материалы и их применение. - 1994. - Н5. - С. 13-15. £. Меньшиков В. В., Харламова С. А. Выббор оптимального диспергирующего оборудования на основании теории расчета реахто-ров///1акокрасочные материалы и их применение. - 1994. - Нб.

- с. 6-е,

3. КаФаров в. В., Шестопалов В. В.. Гордеев Л. С., Выгон В. Г., Меньшиков В. В. и др. Лабораторный практикум по курсу "Математические модели типовых процессов в системах автоматизированного эксперимента. Масссообненные процессы. - М., МХТИ

- 1978. - 80 с.

4. Меньшиков В. В., Михайлов Г. в.. Семенов В. В Идентификация параметров моделей циркуляционных систем// ТМТ - 1991. -Т. 25. - Н? . - С. 755-757.

5. Меньшиков В.В,. Михайлов Г.В....Анисимов А.в. Эффективность ., массообменных аппаратов с рёциклом//.ТОХТ - 1986. - Т. го. -ИЗ. - С. 311-314.

6. Меньшиков В. В.. Михайлов Г. В., Семенов В. В.. Гладкий В. И. Гидродинамические особенности жидкостного Фонтанирова-ния//Химическая технология. - 1989. - Н2, С. 34-38.

7. Меньшиков В. В,, Архипкина В. Д.. Живописцев В. А. Исследова-• ние кинетики сушки буры в Фонтанирушем слое//химическая

промышленность. - 1981. - на. - с. 483-485.

8. Меньшиков В. В., Золотников Е. ¡0., Каведкий г. Д., Королев А, В. сушка жидких полупродуктов в производстве пластических масс//Пластмассы. - 1985. - нз. - С, 34-35.

• 9. Меньшиков В-8.. Гисин П. Г. организация и направление работ научно-технической фирмы "Корона-Лак"//Лакокрасочные материалы И ИХ прииенение (/IKHi, - 1994. - N4. - С. 16-17. ю. Меньшиков в, Б.. Кащников А. м.. Газизулин в. м., пеклер д. и. Развит»;® аппаратурно-пехнологических исследований в производстве лакокрасочных материалов//ЛКМ. - 1993. -Hi. - с: 17-19.

И, Белкин д. V , Шарыкин в. Г., Меньшиков в. в., пеклер а. и.

Оборуаование и условия ятленин и очрснсй пентазритрита// ЛКН. - 1590. - К4. - С. 70-74.

12. Белкин Я. й., Еарнкик В- Г.Меньшиков 3. В., яеклер А. Н. Реакторы э синтезе яенг.из?;трита//Ж. - 1990. - ЯЗ. - С. Т5-76.

13. иенытас'ч s В-. аго'.'-й а р. применена« ротоию-птсавиок-кы.ч ааяараюз в производстве мебельных лаков///ИН. - 1951- Hi. - С. 39-40.

14 кгнызжсв а 3.. Буг?* 5. ч. ~:зуй02 ff. и др. Кинетика эпоксидирования соевого ййслй У бЯетекг//ЛКН. -

1992. - St. - С. 36-39.

15. Меньшиков В. Б., Агафонов Г. Й.. Й®(if 4 Я. И др. К вопросу о перемевивании э реакторе С- нШУШй?бйй&к конту-РОН//ЛКЙ. - 1988. - т. - С. 46-4?.

16. Меньшиков в. в., Капкаева а. а. . вабша it н. ✓ Брйханова т. а. Оптимизация температурного режш сй^тш эпоксидных аадуктов//лкй. - i5l5s, - к2. - С, 9-1!.

17. JfenshiKov у. v., у. б. . PeHier а. к.. 5агшш» v-h. Future prospjcts of technoloeicai «rowth of the ргоюсшв of iac<ner materials < paints!//Painundi a, - i;as. -Vol. 37. - пь. ■■ p. 27-31.

18. Еестолаясз В. В.» Меньшаков В. 3.. КаФароз В, 3. Гияроданаки-ческая ноаель сушки Фонтанкрякасго слоя//Химическое я нефтяное машиностроение. - 1975. - Я6. -С 14-15.

; 9. Меньшиков 3. В.. Магницкий А. Л.. Донецкий И. А. идя. Оемо-нетрические свойства мембран из сополимеров винилпирроли-дона с неталнетгкрилатгм//Бисоко1'.олеу.у/.«!Рнае соединения. -1975. - Т, 2?Б. - ГА - С 299-300. <

го. ИеньЕкксв В. В.. Семенов-В. в., Семенова В. Э.. Шзейнова£.В. Сегрегационные явления в коническом слое частиц различных размеров и плотностей. Фоитанируеныя капелькой жид-костью//Улогная пр?к~:онность. - й : ният7хж - 1939. -ВЫЯ. 2. - С. 31-34.

21. Кеныгиков В. 3.. Семенов 3. В.. Михайлов Г, в, Время пребывания з циркуляционной системе и ?вод 0 нее реаггктов//Хяор-::зя пргмсленность. - П. : НИИТЭХШ1 - 1939. - .Вып. 3. - С. 19-22.

22. Меньшиков В.В,. Голубев В.А., Бершов*В.А. и др. Основные технологические характеристики гидрофонтанного растворителя и способ управления им//Хлориая промышленность. - М.: •НИИТЭХИМ. - 19S9. - вып. 3. - С. 27-30.

23. Меньшиков в. в., Семенов в. в.. фурман A.A. получение высо-коконаентрированнкх растворов хлорида железа в трехфазном

-зо-

Фонтанирушем' слое//Хлорная промышленность. - Н. : НИИТЭ-ХИМ. - 1969. - вып. - С. 1-4.

24. Меньшиков В. В.. Семенов В. В.. Чагаева Т. С.. Швейнова Е. а Определение скорости растворения//Хлорная промышленность. - М. : НИИТЭХИМ. - 1989. - ВЫП. 4. - С. 5-10.

25. Меньшиков В. в. > Семенов В. В.. Семенова В. В,. Швейнова Е. В. Гидрофонтанирование в' конических аппаратах//В сб. "Аппараты с неподвижными и кипяшими слоями в хлоркой промышленности". - Сб. трудов Г0СНИИХЛ0РПР0ЕКТ. - н.: ниитэхии. -1983. - С. 114-121.

26. Меньшиков В. В.. Семенов В. В., Посенчук Е. И.. Чагаева Т. С. Применение гидрофонтанной аппаратуры для растворения прямой и обратной соли в производстве хлора и каустической соды//Там же. С. и б-129.

27. Шестопалов В. В.. Меньшиков В. В.. КаФар^в В. в. и др. Расчет процессов каталитической очистки ХНГ производства слабой азотной кислоты//В сб. "Химия и технология азотных удобрений". - М.: Тр.ГИАП. - 1974. - ВЫП.'29. - С. 27-33.

28. Шестопалов В. В., Меньшиков В. В.. кафаров В. В., Новиков Э. А. Исследование модели процесса очистки выхлопных газов производства разбавленной азотной кислоты//В сб. "Химия и технология азотных удобрений". - Н.: Тр. ГИАП. - 1975. -.вып. 33. - С. 44-49.

29. Меньшиков В. в.. Архипкина в. д., злотников Е. Ю. алгоритм расчета процесса с лики во взвешенном слое //в сб. "Математическое моделирование процессов в производстве минеральных удобрений и серной кислоты". .- М.: Тр. НИУИФ - 1980. -вып. 236. - С. 94-100.

30. Меньшиков В, в.. федюшкин Б. Ф., ли:.описцев В. А.. одерберг А. С. Математическое моделирование кинетики обезвоживания боРогинса//В сб. "Ае . натизаиия. -¡оделирование и аппаратурное оформл^ие процессов. - М. : Тр. НИУИФ - 1985. -ВЫП. 248.' -.С. '56-60.

31. Меньшиков В. В., Федюшкин Е. Ф., живописцев В. А., Одерберг А. С, Кинетика -процесса обезвоживания б^рогипса в аппарате с кипящим слоем//В сб. "Автоматизация, моделирование и аппаратурное оФормчение процессов. - и.: Тр. НИУИФ - 1'.'Э5, -Вып. 248. - С. • ЬО-бЗ.

32. Меньшиков К В.., Гроссман Е. И,, Арадова В. Н,, Стакевич В. И. Исследование кинетики извлечения хлорида из алюминийсодер-жашего сырья//В сб. "Проблемы промышленной технологии хлорнеорганических соединений. - к.: ГОСНИИХЛОРПРОЕКТ -1988. - С. 3-9.

33. Меньшиков В. В., лосенчук Е. К.. Горин В. Н. Исследование кинетики. процесса растворения ПХА и хлорида натрия в производстве ПХА//В сб. "Получение ПХА с заданными свойствами",

- М. : ГОСНИИХЛОРПРОЕКТ. - 1906. - С. 47-50.

34. Сажин В, н., Меньшиков В. В.. Ойгенблик А А., Бсезз Н. н Влияние продольного перемешивания на изменение показаний процесса при переходе от периодических аппаратов к непрерывным/ /в кн. "интенсификация технологических процессов в текстильной и кинпескоп прон^леннссти". - Л.: Ь'киитз-Легпром. - 1986. - С. 12-21.

35. Кафаров в. В.. Дорохов И. Н.. Меньшиков В. В.. Сажин В. Б. Сушка комплекса меди и свинца с кондуктивннм подводом теп-ла//В кн. "Применение методов кибернетики для решения прикладных задач химической технологии. - И.: ВИНИТИ. 1986. - Деп, II 4793-86. С. 2-25.

36. Меньшиков В.В., Зяотников Е.Ю.. Хомичев С.А. Перемешивание в сушилке с фонтзкируюе'/ч слоем//рж "Химия". - к.: винктк.

- 1976. - деп. К 2947-7Г.. С. 20.

37. Меньшиков В. В.. злотников £. Ю.. Хомичев С. А. Двухфазная модель сушилки Фонтанирующего слоя//Де;:. ВИНИТИ - 3062-78.

- И, БУ "Деп. РУК.". - 197?. - N 1. - б/о К 219.

36. Кафаров В. в.. Шестопалов В. В,, Скворцов Г. А., Меньшиков 3. В. Математическое моделирование процесса высокотемпературной каталитической очистки У.НГ при производстве разбавленной азотной кислоты//Материалы отраслевого семинара "Создание отечественного агрегата производства азотной кислоты". - И.: ГИАП, - 19*4. - (ДСП). - С. 158-166,

39. Меньшиков В. в., одерберг А. с., федшкин В. ф. и др. Исследование процесса дегидратации ортоборной кислоты и получение порошкообразного ангидрида в кипяшен слое//Тез. докл. 5-го Всес. совет, "Химия кислородных соединений бора". -Рига: латз. ГУ- - 1987. - С, 102-ЮЗ.

40. Меньшиков Е. в., Одерберг А. с., Федюшкин Б. ф. и др. Разработка и исследование процесса получения порошкообразной бесзодной буры//Там же - С. 143-150.

41. Меньшиков 3. 3., Михайлов Г. В., Чагаева Т. С. Моделирование процессов растворения во взвешенном слое//Тез. докл. Всес, кснФ. КХТП-1. - Й. : МХТИ. - 1984, - С, 224.'

чв. Меньшиков В.В.. Семенов В.в.. Чагаева Т.е. Исследование прояег.са растворения хлорида натрия//тез. докл. 8-й научн-но-практической конф. молдоых ученых и специалистов хлорной промышенности. - и.:' ГОСНИИХЛОРПРОЕКТ. - 1964. С.- 45 -47.

43. Меньшиков В В., Бобкова о. Б. Моделирование реактора разрушения бихромата натрия//Таи же - С. 103-109.

44. Меньшиков В. В., михин Е. В., Фокин В. С. Опыт эксплуатации выпарных систем в производстве каустической соды и хлорида натрия//Тез. докл. "Состояние и перспективы развития техн. пр-в получения хлора и соды каустической". - Волгоград: НИИТЭХИМ..- 1985. - С. 30-32.

45. Меньшиков В. В,, Семенов В. В.. Михайлов Г. В. Влияние геометрии аппарата на характеристики гидрофонтанирования// Тез. докл. конф. молодых ученых. - И.: НИУИФ. - 1986. - 31 с.

46. Меньшиков В. В.. Семенов в. В.. Евграшенко В. В. Время пребывания жидкости в пенном абсорбере//Там же - С. 35.

47. Меньшиков В. Б., Семенов В. В., Михайлов Г. В. Распределение времени пребывания в гидрофонтанном аппарате//Там же - с. '36.

48. Меньшиков В. В.. Ивакин С. В.. Мелихов И. В., Посенчук Е. И. Моделирование циркуляционных кристаллизаторов//Докл. конф. "Ммреактор-9". - Гродно, - 1986. - С. 9.

49. Меньшиков В.В., Кольцова Э.И. К расчету гетерогенного реактора с внутренней циркуляцией Фаз//Там же - С. 76.

' 50. Меньшиков В. В., Гладкий В. Н., федоткин И. Н. Теплообмен при р?створении твердых частиц в реакторах полного вытесне-ни//?ез. докл. Минского Международного Форуьа. - Минск. -1988. - Секция 10. - С. 82-84.

51. Меньшиков В. В. > Гордеев А С,, Семенов В. В. Учет неидеальности структуры потоков в смесителях с реииклом//Тез. докл. конФ. • "Математическое моделирование сложных ХТС" -Казань. - 1988. - С. 21.

52. Меньшиков В. в., ПравничеНко А. в., Гурвич а. р.. Пилявский в. П. опыт разработки и адаптации ГПС эпоксидных смол//Там

■ же - с. 22. >

53. АС N 1194441 "Кристаллизатор непрерывного действия". БИ Н 44 от 30.11,85 (Меньшиков в. В., . михин Е. В., Михайлов Г, В, и др. ).'

•54. АС Н 1218526 "Аппарат для растворения". БИ К 7 от 23.02.86 (Меньшиков В. В.. михин Е. В., Михайлов г, В. и др.).

55. АС N 1386263 "Установка для расвтворения" от 08. 12.87 (Меньшиков В. В., гладкий В. Н., посенчук Е. и. и др.).

56. АС Н 1406866 "Аппарат для растворения полидисперсных материалов". от 01,03,88 (Меньшиков В. В., Посенчук Е. И., Гладкий В. н. и др.).

57. АС I! 1257057 "Способ получения кристаллогидратов хчорида

железа". бй N 34 от ! 5.09.80 (Меньшиков В, 5., Либнан Б. я., фурман а. а. и др.'. 58. АС N 273325 ОТ 01.04. 66 (Меньшиков В. а. Подкопов В. М. .

Пссенчук Е. И. и др.). 59- АС I! 1281520 "Способ отмыеки алвминийсодержаших материалов, преимущественно от хлоридов", от 08.09.86 (Меньшиков 3. Е,, Ламбрев й Г., сурова Л. И. и др. 5.

60. АС н 1366174 "Секционный экстрактор". БИ п г от 15.01.86 (Меньшиков В. В., Гладкий В. Н., Скрипиик С. В, и др. ).

61. ас н 1407905 "Способ получения бифторида аммония". би н 25 от 07. 07. 88 (Меньшиков В. В., Мисюс А. Ю., Родин В. И. и др.).

62. АС Н 1279962 "Способ получения бифторида аммония". БИ н 49 от 30.12.86 (Меньшиков В.В.. Родин В.И., Мисюс А.Ю. и

др. ).

63. АС V. 1512960 "Способ получения эпоксидных смол". Ш К 3? от 07. ю. 0? (Меньшиков В. В., Сорокин К. ф.. етяхкии з.Н. >5 др. ).

54. ли М 1282856 'Уст-: >вка выделения хлорида натри;: из талечи". ПН и 2 от 15,01. 37 (Кен-.шикса В. В., Кгакди С. В.. Ни-хин Е. В. и др. !.

65. АС К 1681-76 'Способ получг.п:* о-новкого ктч:м алзени-ния". Н/пгбл (Некьшик:' з Б. •>.. Сугзва Л. Н. • Гроссгш а, И.

и др. ).

к к 1450190 "Способ приготовления катализатора для кон-

67. АС Н 1394532 "Установка для очистки растворов щелочи"

(Меньшиков В.3.. йвакин с.В., Пссекчук ь.И., и др.). 55. АС Ц !б?8490 "Способ получения алкидной СНОЛЫ". Н/П7бт.

-'■>ньп:ико£ р 3., а.и,, ттиаяеклд a.c. и !,

t9. i.- Ii 15 с 'Способ t-.сл тения .остзг* длч икс .•л-. по; ти;г. Н/ г. "5л. (Нен* зиксп В. В., ЗрманВ. п,, Тунанский А. С.

и др. ).

70. АС N 1533352 "Способ получения хлора и раствора гидроокиси шелочного металла". 22.01. Эй. (Иеныяиков В. В., Васильев Г. И., Колбасоза Г. И. и др.).

71. АС к 1597280 "Индукционный нагреватель текучей среды". Бй HS i от 07.12.91 (Меньшиков В. В., Буянов' Е. А., Попунырова

А. в. и др. ).

3. И к ар.