автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Сопряженный массо-теплообмен в условиях неизотермической абсорбции в пленочных аппаратах

is

о

На правах рукописи

§

со ^

L_ Oj O. ,

осппопл лилия ЭДУАРД01ША

СОПРЯЖЕННЫЙ МЛССО- ТЕПЛООБМЕН В УСЛОВИЯХ НЕП'ЗО-ТЕРМ! 1Ч LÏCKOЙ АКСОРБЦИИ И ПЛЕНОЧНЫХ АППАРАТАХ

05.17.08 - процессы и аппараты химической rexiioiianiit

Автореферат

диссертации на сопскшше yucuofl степени кандидат технических наук

Ka saнь - 1УУ7

Работа выполнена в Казанском государственном технологическом университете

Научный рукоеодаггсль - доктор технических наук,

профессор Н.А.Николаев,

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Ф.М.Гумеров,

Ведущая организация -

кандидат технических наук, с.п.с. Моряков B.C.

АО "Казанский институт фотоматериалов"

Защита диссертации состоится " ¡997 ГОда в {Очлл.

на заседании диссертационного совета Д 063.37.02 в Казанском государственном технологическом университете по адресу: 420015, Казань, ул. К.Маркса, 68 (зал заседаний Ученого совета)

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке 1Сазанского государственного технологического университета.

Автореферат разошш

. «i к 1997 г_

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук

А.ГЛаптев

Общая характеристика работы

Актуальность темы исследования. Процесс абсорбции широко распространен в химической, нефтехимической, газовой, биотехнологической и ряде других отраслей промышленности. Большую перспективу при его проведении имеют пленочные аппараты, работающие п высокоинтеисипных режимах (Re, >10"). Пленочные аппараты характеризуются высокими значениями коэффициентов массоотдачи и малы» гидравлическим сопротивлением, что делает их незаменимыми при проведении процессов разделения под вакуумом (абсорберы, испарители). Показано, что их применение позволяет заметно повысшь термодинамические к.пд. циклов энергетических и холодильных установок, перспективно использование пленочных аппаратов и в качестве биореакторов.

Процесс абсорбции в промышленности практически всегда проводится в многокомпонентных системах и в условиях неиэотермичноеш процесса, т.е. при сопутствующем теплообмене. В то же время большинство предшествовавших исследований выполнено а псевдобниарной постановке, с принятием целого ряда допущений. Поэтому математическое моделирование всей совокупности массо- тсплообменных явлений при пленочных течениях в многокомпонентных смесях, приобретает особую актуальное.

Тематика работы предусмотрена программой Российской Академии luí у к по важнейшим фундаментальным проблемам па 1990 и последующие годы "Разработка научных основ создания новых процессов и аппаратов химической технологии и методов интенсификации существующих процессов" (Подр.1.2).

Цель работы. Разработка математического описания процессов сопряженного массо- теплообмена, протекающих п многокомпонентных смесях в системах* газ • жидкость к исизотермнчсскнх условиях, с учетом внешней .задачи (доношшгелвный теплообмен между ¡шейкой жидкости и охлаждающей средой), разработка прнсмоп егч) решения. Проведение уксперн-мепта по иензогсрмической абсорбции труднорастаоримых газон в пленочном аппарате при высоких нагрузках н по жидкости, и по газу. Экспериментальная проверка разработанного математическою описания. Разработка рекомендаций по исиолиюпанип резупьгдтои раба и д.

Научна» новизна. Выполнено замкнутое математическое оиисаши процесса пеичотермпчсской абсорбции. Показано, что в условиях изотермической абсорбции труд i юра спюримых nr_tun перекрестные эффекты многокомпонентной массоотдачи »жидкой фазе пренебрежимо малы, а эффек-пшные кооффпциешы мпогокомпонеищой массоотдачи практически con-

надают с зквнмопярнымн коэффициентами. Установлен вид критериальных уравнений массоощачн в язвдкой фазе в пленочных колоннах при высокоинтенсивных режимах работы (Не, >10', Ие^>10(). Показано, что при

Ие^ > 10* масооогдача в жидкой фазе зависит от режима движения газовой

фазы. Выявлена существенная, статистически значимая зависимость эффективности массоотдачн от степени неизогермнчностн процесса. Показано, что разраб танная модель адекватно описываетэту зависимость.

Практпчси.'ал цеппость работы связана с возможностью применения разработанной методики расчета пленочных аппаратов, а также обобщений для расчета коэффициентов переноса, при расчете, проектировании и оптимизации режимов работы пленочных абсорберов, испарителей, конденсаторов и биореактороа.

Программа и методика расчета пленочных вакуумных испарителей и абсорберов принята Всероссийским институтом углеводородного сырья (ВНИИУС) и включена в состав пакета АРМ-Х7 - автоулатизнрованное рабочее место химика - технолога.

Аптор защищает:

- математическую модель, алгоритм и методику расчета процессов разделения д пленочных .аппаратах, в том числе и неизотермической абсорбции;

- результаты исследования процесса изотермической абсорбция в пленочных аппаратах при высохоннтенсивных режимах их работы, и обобщения по массоотдаче в жидко¡1 фазе доя этих режимов;

- результаты теоретического и экспериментального исследования процесса сопряженного массо- тепчообмеиа при нтзотер.мической абсорбции.

Апробация работы. Основные результаты работы докладьшалнсь ¡¡а науч-но-тсхннческих конференциях Казанского Государственного технологического университета в 1994-1997 га-., на межрегиональной конференции "Пищевая промышленность 2000", на 8-ой международной конференции молодых ученых "Синтез, исследование свойств, модификация и переработка высокомолекулярных соединений" (г.Казань, 1996 г.), на 3-ем Минском международном форуме ММФ-96 по тепломассообмену (г.Минск, 1996 г.).

Пубянкацш. По теме диссертации опубликовано 7 работ.

Ооъш работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав текста, основных выводов, списка использованной литературы из ... наиме-

менованнй к приложения. Общий объем работы ¡чО страниц, в том числе рисунков 25, приложение - на 20 стр.

Содержание работы

Но введении обосновывается актуальность темы и формулируете:! цель работы.

И нерпой главе рассмотрены маем- теплообменные процессы в условиях пленочного течения. Показано, что эффективность разделения определяется гидродинамическими условиями (режимами) течения жидких шинок и для многотрубных конструкций зависит н от равномерности распределения жидкости по всем каналам.

Реальные промышленные промессы абсорбции проводятся в многокомпонентных системах и в пензотермичееккх условиях. Например, и биореакторах одновременно протекает процесс абсорбции кислорода, десорбции диоксида углерода (контролируются сопротивлением жидкой фазы), испарения воды и других летучих компонентов из культуральиой жидкости (контролируется сопротивлением газовой фазы), а также теплообмен как между газовой фазой и жидкой пленкой, так и между пленкой жидкости и внешней охлаждающей средой.

Проведен анализ приемов математического описания процессов сопряженного масса- теплообмена ц сформулированы задачи исследования.

Ко второй главе проведено обоснование структуры уравнения теплоотдачи при наличии результирующего конвективного потока субстанции через поверхноегь раздела фаз (суммарного потока) н показано, что структура уравнения зашеент от выбора способа расчета энтальпий фаз. Сформулировано общее математическое описание процесса ненэотермнческ'ой абсорбции в многокомпонентной постановке:

К - - 'Ш' -(У,., -1;-о;.,-V,) + л. •(I) " =р'-' '(Л'Л' РК{Х" ы'х>' (2)

N1 « -Л/," (3) А/, - V Щ - и:

{//' .4 ».1

,{(] , I, \ 1-г. _ I-«

- -«"с,-п-урК0'(,-/0+1:щ, </>»

<!}< 1-1

"Г (?) }'ГЛ - КГ г - х/л (8)

При наличии внешнего теплообмена между пленкой жидкости и охлаждающей средой за стенкой трубы система уравнений (1)^(8) допол-"пется .уравнениями:

„ _ ¿(¿сг' ^д-т) „ тг а хч

д »---- вАт(/„-Г) (9/

СРст

,1К + (Ю)

^т

Наибольшие сложности возникают при решении внутренней задачи массо-теплообмена.т.е. системы уравнений ОН(8), состоящей из 4п+4 уравнении. В проектной постановке задачи (заданы характеристики входных потоков, гребустся определить от же характеристик» для выходных потоков) система содержит и 4п+4 неизвестных: по п концентраций Xи Тп ,по п ыасео-

къкгклошз л',1 ц л'/ ,су№.яр5шш поток л'0 ,тшшш?к!хжз\н и 5' нтшгкртуру

шпжраюанкг»п,ачтпфи ^.Элементы матриц коэффициентов массоотдачи,

входящие в уравнения (!) и (2), рассчитываются с использованием бинарных коэффициентов массооиичн. Предполагается, что критериальные

уравнениядлл их расчета для кш^щогр^:онкретного ш!1га аппаратуры из-пестнь! н заданы. Таким же образов! о т з 1 ^ ид ЗУотф 1 ц и с I ггь! тсплоот--

ппчи.

Совместным решением (1)-=-(3) и (8) была получена система из п линейных алгебраических равнений вша:

4 Д/ + ...............+АД«./ ~ Д

4Д/ ...............

........................................................................................................................(П)

аЛ.1 + ...............== А.

Диагональные, рядовые и свободные члены уравнения (11) рассчитываются соответственно ио уравнениям:

А„ - (В:А + д;) + +1) (12), 4, - в. АГ, + (13),

¡1

Аналогичным образом совместным решением уравнений (5) и № получено ураонсипс? теплопередачи от жилкой пленки к газоном фаче:

б

Д <»р»и*о (14).

.1 1 1

где

sr* S'-'

+

« ju,

p-ZN,. (h - hJt )* V Nx. hjx p-YtNt •(//,, - //. )

ДГ - (i - 7') +

i=I

a

После задания начальных значений tf н Na система (И ) ретина "Им a пели ют a pi ripai? iîî .-l'y,. методом Гаусса с выбором главного элемента. Чатем по уравнениям (1) или (2'; проводился расчет массовых нот окон, носл^ чего по уравнению (3) проводилась коррекция суммарного поюкд ( ) После нахождения массовых потоков по уравнениям (I5)*-(11) нроьоднлич расчет теплового потока с проверкой принятого значения tf по уравнениям (5)-г(7). После определения потоков проводилось численное интегрирование системы уравнений (l)i (8).

Далее предложена модель для расчета неравномерности распредели mm жидкости по отдельным трубкам многотрубпого аппарата н способ учета этой неравномерности при расчете процесса разделения.

В третьей главе проведено аналитическое исследование процесса массо- теплоотдачи в жидкой фазе в условиях абсорбции трудпорастворн-fouix газов.

В многокомпонентной постановке уравнение массоогдачи и для газовой, и для жидкой фаз в настоящей работе записано в виде:

Анализ данного уравнения показывает, что влияние концентраций компонентов, участвующих в массообмене, проявляется в трех аспектах: первый из них вызнан наличием результирующего конвекппшого течении среды относительно поверхности раздела фаз (суммарный поток), что приводит как к дополнительному переносу компонента с самим суммарным по током (учитывается третьим членом), так и к изменению самой диффузионной составляющей массового штока и сравнении с эквимолярным массове-рсносом (учитывается вторым членом правой част); второй связан с иере крестными аффектами мвогокомпоненшого массопереиоеа (учитывается наличием матрицы коэффициентов переноса); греши определяется ¡лыки мостыо самих коэффициентов бинарной массоогдачи от конпетрлцпн. И уравнении (18) последний аспект в инним виде пеучшынаекя.

Влияние конвективного массового потока па процессы тринч.! наиболее подробно нсслелонлно дня случая шон'рмнческо! I■ и. парения и

v

Nj

(18).

кондснсацни числах веществ в инертной среде в работах Л.Д.Бермана, /\sano н ряда других исследователей. Учет этого влияния, как правило, проводился при использовании специальных критериев подобия (фактор интенсивности испарения е, критерий и др.), которые связаны между собой:

¿7.57?:

-Ас

8Ьп Ас 8к

К 1-е,

ьХ

(19).

В работе Л.Д.Бермана дат описания процесса испарения (конденсации) при пренебрежении неоднородностью смеси было получено:

(е~ 1)

(20).

где

1-Г„

с -

Г -У

(21).

(«-0,4)

Уравнение КАнапо также может быть выражено через фактор интенсив • поегги испарения:

Е12 '

\ е /

При тех же допущениях уравнение (18) дол бинарной смеси (испаряющийся компонент - иперт) может быть приведено к виду:

1\°

(22).

р-.Аг

1 + ±

v•A с

(23)-

1+ •■

р-Ьо

\ "!

Л^-с,

(24).

1-е,

Поскояь у по определению: то из (24) следует, что &7г! - и

(25),

(26).

% _ БИ0 _ е-1 " Ж' ~ е

На рис.1 приведено сопоставление результатов расчета критерия / по уравнениям (20), (22) и (26). На этот же .трафик нанесены экспериментальные данные Л,Д.5ермана по исследованию изотермического испарения ряда "истых веществ в воздух. Как видим, все три уравнения практически одинаково (для большинства точек в пределах точности эксперимента) описывают эти процессы.

Перекрестные эффекты взаимодепствш в многокомпонентных смесях в уравнении (18) учитываются только первым аденом в правой части уравнения, причем они в одинаковой степени действуют как в эквимоляриьгх, тал; и в нсэхвимопяриых условиях. Матрица коэффициентов эквимоляриой массоотдачн, в принципе, может быть рассчитана любым из известных способов ( методы Тура, Й-А-Александрова,...). В работе было использовано уравнение шссооадачи Е.НЛСонстантинова - А.М.Николаева:

»и

или

где

(при ум)

—к

(27а), (29).

Учитывая, что при абсорбции труднорастпорнмых газов концентрация растворителя и «сидкой фазе па несколько порядков больше чем кс 'цснтрацня абсорбируемых газов, можно записать (индекс ] характеризует абсорбент):

и Ви«В(Л (31).

В то же время движущие силы

Рис. 1 Зппнснмпстъ критерия 5Ь0/2Ьо от (X . ( — Х() по ВСеМ КОМПО-

фектора интенсивности нспорения е,

центам, включая растворитель, имеют одинаковый порядок'. Эти выводы справе,цянвы к в случае абсорбции нескольких труднорастворнмых газов. Поэтому:

- Рм -*«> « I', (32).

Таким образом в условиях изотермической абсорбции трудно-растооримых газов как в бинарных, так и л многокомпонентных смесях перекрестные эффекты многокомпонентного взаимодействия оказьгеаготся пренебрежимо малыми, что принципиально позволяет использовать при описании многокомпонентного мэссопереноса бинарные соотношения (32). Поскольку в услозиях изотермической абсорбции и при пренебрежении диффузионным сопротивлением газовой фазы существует однозначность в определении граничной концентрации кислорода в жидкой фазе, для прямотока имеем: ' •

Т], - 1 - ехр(-р;; •%) -1 - в) ■ , (33).

Дня ргсчгта коэффициентов тсплоогдл'ш было, принято допущение о существовании полной аналогии мелецу процессами переноса тепла и массы. Подобие математических описаний данных процессов позволяет утверждать, что сделанные зыше выводы относительно влияния конвективны:-:

массовых шлаков на диффузионные процессы даюкны быть справедливы н гаы теплообменник процессов. Поэтому:

Злись Ми' характеризует процесс теплоотдачи при нсчезающе малом суммарном поперечном массовом потоке. Б уравнениях теплоотдачи (5) и (6) он описывается первым членом в прачой части уравнений.

В четвертой глине представлены результаты 'лгспсриметального исследовании процесса неизотермической абсорбции в пленочной колонне, работающей при высоких нагрузках и но жидкости, и по пару. Экспериментальная уста нонка представляла -собой вертикальную трубу внутренним диаметром 27 мм, толщиной стенки 3 мм и длиной 23 м, нзтоювлепнум 1тт сити 1Х1ВШ0Г. Пленка жидкости формировалась кольцевым рцопредели-[елсм. Эксперимент проводился и режиме нисходящего прямотока. В качестве газовой фазы использования атмосферный воздух, предварительно подверп./лай насыщению водяными парами. В качестве абсорбента использовалась вода, иодвершукш дегазации. Пигдиермичносн, процесса обеспечивались за счет разницы мс;щу температурами контактирующих фаз. И этих условиях при контакт«* фат про/скала абсорбция кислорода из воздуха и жидкость, испарение (при температуре жидкости 'большей, чем гемпература ту за) поды а атлух или конденсация (при температуре жид- • ЛооГи мстлией/чсм температура Таза) 1Ь!Х паров из воздуха в жидкую— пленку, а также теплообмен между воздухом л жидкой пленкой. Расходы подводимых газовой и жидкой фаз контролировались соответственно газовым счетчиком и ротаметром. Температуры поюков измерялись в верхнем и нижнем сечсшшх колонны. Концентрация растворенного кислорода измерялась ноляро!-рафичсскнм способом. Обе фана снс1емы рассматривались как трехкомнопентиые (кислород, азот, вода).

Все окснеримснтляьные точки были разбиты на 3 Iрунцы: изотермический режим |Ту - Тх | 5°С, режим испарения (Ту < '1\) и режим конденсации (Ту > Т%). Выше было показано, что в изотермическом режиме система уравнений (1)1 (8) вырождается до уравнения (2), причем оно может бьнь записано а бинарной постановке. Обработка данных по изотермическому режиму показала, что в условиях '.жеиернмгнта наблюдается зависимость чцела единиц переноса не только от кртервя Ко, ио и от крн 1ерпя Ко,. В результате обрабош' были получены уравнения:

или

Sh. - Л • Ref- Re„

-у (Щ

(Л, =6-10которые адекватно описывают все глсспсриме»па.чьнмс данные (рис.2,3). Представляется, что при скоростях газовой фазы, превышающей поверхностную скорость течения жидкой пленки, возникающие на поверхности раздела касательные напряжения приводят к дополнительной турбу-лизации жидкой пленки и к интенсификации няссо отдачи.

I5

i <

При Re <101 тишпшн

газовой фазы на масеоогда-чу в жидкой фазе вырождается, и уравнение С361 приводится к .-илу:

sh, -бзл- лг Re;-' (37)

Граничное значение,

Re =104 в условиях v::cnr соотв егепю в а л ¡ >

35

ReT< 10"

Рис.? Злш1слност1. общгго числа едтши перенося от pesr.iw дпм-кепия rj«a (Re,) римеша

скорости i-азовой '¿азы рапной (6+55) м/с, то есть обычно принимаемой границе режима "слабого" гла-имодействия между газовой фазой и жидкой пленкой.

С" авценпс уравнения (37) с данными других пито

рои показывает, что оно и части учета илняния на криз —ГС^П------——---•———] терпи Sltx критерия Rev хорошо согласуется с данными ВЛ.Машосова и Г.С Борисова. В области сопостлии-

lú.¡ мости (Re, <5000) резул;,rano уравнению

i

¿0.5-"о

'г (1.0 -

Re/10 '

Рис.З Зпиисимоет!. общего число <?дитщ -¡^j ОТСЧСТЛ прреяпеп от рр-.!щма дли® ашя фгсз (F?ov) J '

(37) практически совпадают с результатами расчета по уравнению Г.С.Борнсола.

На следующем этапе была проведена 'обработка лее?: г;кспгрт;ен-тальпых точек с Целыо проверки полного математического описания процесса непзогсрмнчсской абсорбции с помощью системы уравнений (!):(!>). В нензотермичесхих ред.зшах массовый поток водяных паров на несколько порядков превосходил массовый поток кислорода. Это обьяаптся тем, что константа фагового равновесия водяных паров существенно меньше констант фазового равновесия кислорода и азота (Ki~2xl(H K?~7:'!0V>

При этом массовый поток по воде определяется процессами испарения н конденсации, контролируемыми газовой фазой. Поэтому учет маесоотдачн в газоьой фазе становится в неизотсрмнческих режимах совершенно необходимым. В качестве меры соответствия мегкду рассчитанными и экспериментально намеренными характеристиками выходных потоков была принята величина:

■ Х"щ

¿о <а ю со 'о

1'ж:.4 Зииис))моот1. относительной ошибки расиста концентрации пт рижиил диихенш!

ЖИДКОЙ фпии

(38).

По температурам потоков для всех точек было получено вполне удовлетворительное соответствие между расчетом н экспериментом. По концентрациям была обнаружена явно выраженная зависимость кинетических характеристик от следующих параметров: режи-

ма движения жидкой фазы (Кс1), режима движения газовой фазы и

от степени нелзот ерынчноези процесса, в качестве косвенно!! меры которой была принята разность температур между жидкой и газовой фазами (С — Т).

-Положнтсльныслначсшш разницы температур соответствовали режиму испарения (N^ >0), а отрицательные - режиму конденсации (Ыв <0). е.«,.

"АГ

4-0

<0

50

70

В условиях эксперимента суммарный ноток определялся массовым потоком водяных паров. Интересно отметить, что при больших суммарных потоках,

имевших место при значительной разности температур (/— Т), характеристика диффузионного сопро-

Не/1С>

Рлс.5 ^виновность относительной сшнЛкн расчета коиценгроции от решима движения гевоиой фавн

■паления теряет смысл: имелись случаи, когда одно из сопротивлений, определенное но общепринято!! пседцобниарной модели, становилось больше 100% или принимало отрицательное значение.

Сопоставление отклонения расчетных значений концентраций от экспериментально измеренных приведено на рис. 4*6. Абсолютна)! величина отклонений дди псех экспериментальных точек не превышала точности эксперимент, которая составляла 120%, причем 64% экпк:римеи-

тальных точек имеют отклонения менее 5%, 22% - отклонение (5; 10)% и 14% - отклонение выше 1ОУо.

4-1

Оценка адекватности модели проводилась путем проверки "нулевой" гипотезы, в качестве которой

было принято допущение о том, что эксперимент адекватно описывается

(1-тГс системой уравнений

рлс,б зависимость относлтелшщч лшлйк.! м\./0\ п,-«

рпечетп копцеитрпцш! от рппнзщы Проверки

температур между фавняи "нул-ьои" гипотезы был

проведен регрессионный анализ функцин (величии!.! относительной оишб-ки) от основных влияющих факторов процесса (Ие^, Ксг t~ Т). Как показала обработка результатов, коэффициент корреляции для всех трех зависимостей, представленных на рис. 4+6, в уравнениях линейной регрессии оказался практически равным О.Это говорит о том, что математическая модели верно описывает закономерности разделения, а отклонение расчетных результатов от экспериментальных объясняется случайными причинами.

Для сопоставления предлагаемого описания с традиционным, использующим понятия "эффективные" коэффициенты массоотдачн и масео-передачи, к.п.д. и т.д., был проведено сравнение экспериментально измеренных показателей эффективности с определенными па основании расчета выходных концентраций н температур по системе уравнений (1>(8)., Для сопоставления были озяты экспериментальные точки, полученные в области' ограниченного изменения гидродинамической обстановки в трубе (Ие^иЮ1, Ис^Ю1). Результаты сравнения представлены на рис.".

0.80 -

СИО

0.50 •

•* в -

ь.

ныс данные мент.

Сплошной линией нанесена апрокспмипуто-щая кривая, построенная по расчетным данным. -1.........1-....... .........Разброс точек отноаггель-

-го -ю ю ;о 50 • _ „ ■ ;>

0-тус но этой кривой соъяспяет-

.Рлс.7 Зависимость эффективности равделеимя ,-п тем что в условиях. "Чс гтг степени нензлгернлчиоотн процесса ' * * '

пернкента выдерживалось

Обозначения:

• расчгт-0 - экспсрн-

только относкгелыюе постоянство критериев Ке^ и

(Ле, =8000-;-12000).

Как видим, при изменении разности температур контактирующих фаз от -40 до +30 °С эффективность возрастает Солее чем в 3 раза. Объяснить этот эффект с позиций традиционного подхода представляется весьма затрудшпельиым. Нензотсрмнческая абсорбция даже труднорастворимых газов опредимстся совокупностью массо- теплообмен! 1ых процессов, протекающих в обеих фазах системы, что и учтено в системе уравнении (1)И8).

На основе нроиецепного исследования были составлены модификации программ!.! расчета процессов разделения но системе уравнении массо-теплообмепа (1)'(Н) с унтом ыкииито теплообмена мелсду стенкой трубы и охлаждающим (греющим) агентом: ирелрамма расчета пленочных дистилляторов и пленочных испарителей (нрямоючных и противоточных), которые переданы всероссийскому научно-исследовательскому институту углеводородного сырья и включены в пакет ЛРМ-ХТ (автоматизированное рабочее N56010 химика-технолога).

Основные результаты и выводы

1. Сформулирована математческаи "моде'пгпроцесса многокомпонентной нетотсрмической абсорбции, учщывающая совместное протекание ряда характерных процессов (абсорбция, десорбция, испарение, межфазный теплообмен, ьнешннй теплообмен).

2. Разрабонты алгоритм и профамма расчета многокомпонентной иеизотермической абсорбции со всеми осложняющими процесс факторами.

3. Показано, что в условиях абсорбции труднорастворимых газов, в том числе и миоижо'.шонситпой, зависимость матрицы коэффициентов мас-соотдачн от с о ста и а «ырояедаетси, диагональные члены матрицы становятся существенно большими, чей рядовые коэффициенты и практически совпадают с бинарными эквнмешрными коэффициентами массоогдачи.

4. Экспериментом и пленочном абсорбере при изотермической абсорбции кислорода водой ь малоисследованной области высоких нагрузок и но пару, и по жидкости выявлена форма обобщающего критериального уравнения и установлены комффипцгипи этого уравнения.

Ь. Показано, что в йысокоинтеиеиьных режимах нисходящего прямотока (Кс4>П)4, Яс >10'') коэффициенты массоогдачи в жидкой фазе существенно ааышят от режима движения газовой фазы, за счет возникновения больших касатсиьнмх напряжений на поверхности жидки!! пленки п 1:001-йен'1иу1<'!11 -й ншснсифшсации моссоотдаии.

6. Обработкой ■экспериментальных данных по кетотсрмнчсскои абсорбции, полученных в широком диапазоне изменения независимых параметров процесса (Не, Де^, / - 7), подтверждена адекватное!ь математического описания.

7. Показано, что при переходе от режима испарения абсорбента > Т) к режиму конденсации птров абсорбента (7 < 7 ) происходит заметное снижение эффективности разделения. Дано объяснение этому эффекту. Показано, что разработка специальных критериальных уравнений, учитывающих нсизотсрмичносгъ (неэккимолярность) процесса, малоперспек-тпвна, поскольку не обеспечивает условия перехода к многокомпонентному Массообмсиу.

Условные обозначения ,

В - элементы квадратной матрицы коэффициентов массоотдачп; с -объемная концентрация; Дс- разница концентрации (движущая сила); е-фактор интенсивности испарения; Т7- поверхность массо- теплообмена; в и Ь- молярные расходы газа и жидкости; 77,/г- мольные энтальпии газа и жидкости; К - константа фазового равновесия', К1р- коэффициент теплопередачи от жидкой пленки к газовой фазе; Кт~ коэффициент теплопередачи от охлаждающе!! Среды к пленке; N - массовый поток; п- число компонентов; р- параметр, учитывающий неоднородность смеси; д- тепловой потек; Т,1- температура газа и жидкости; АТ- разница температур (движущая сила);?"- текущее значение температуры; X,У- мольная концентрация жидкости и пара соответственно; а-коэффициент теплоотдачи; а*- коэффициент теплоотдачи в условиях отсутствия фазовых переходов; р- коэффициенты бинарной массоотдачи; 3- толщина пленки жидкости; Х- коэффициент теплопроводности; [ ] - квадратная матрица порядка л; ( ) - .матрица столбец порядка п. Критерии; 7/м- Нуссельта, Ко - Рсйнош.дса, Бс-Шмидта, 57?-Шервуда; Мсх. - общее и фазовое число единиц переноса.

Индексы:

экпимолярные условия: - среднемассоные величины; екяр -экспериментальное значение; гаяск- расчетное значение; у- газ; 'х- жидкость, О - диффузионная составляющая; I - условия при нечезагоще малой величине цвнжущей силы; компоненты; К - конечное значение, /- поверхность раздела фаз; р1 - пленка жидкости; 0 - суммарный поток; ох -охлаждающая жидкость; ст- стенка.

Основное содержание диссертации отражено л сладуюшчх раиотах

1. Осипова Л.Э., Николаев H.A. Перенос массы в тонких свободно стекающих пленках жидкости. //Иза. ВУЗов, Химия и хим.технологня, т.Зб, вып.7, I993,c.l07-ill.

2. Осипопа Л.Э., Николаев H.A. Закономерности массопсреиоса при ректификации бинарных смесей в пленочном аппарате. //Изн. ВУЗов, Химия и хим. технология, т.37, вып. Ю-12, 1994, с. 117-120.

3. Осипопа Л.Э., Войков П.Л., Николаев H.A. Моделирование процесса неизотермичсской абсорбции. //В сб. Массообменпые процессы н аппараты химической технологии, Казань, 1994, е.108-114.

4.0сниова Л.Э., Войной H.A., Теликов Э.Ш. Моделирование тегвто-массообмспнык процессов в установках вентиляции и кондиционирования воздуха. //.В сб. Гидромеханика отшнгельно вентиляционных устройств, Казань, I995.C.3-I6.

5. Осннова Л Л)., Тишков Э.Ш., Николаев H.A. Моделирование неок-г.имолярных процессов масса- и тсилоперепога в системах таз (пар) - жидкость. /'/Тсорст. основы хим. тсхнолоиш ,1997, т. 31, N 3, с.1-7.

6.Теляков Э.Ш., Осипопа Л.Э., Николаев НА. Многокомпонентный тепло- массообмсн в двухфазных системах газ(пар) - жидкость. //В со.-Труды 3-го Минского международного форума по тепломассообмену, т.4, ч.1, Минск, 1996, с.202-207.

7. Осипова Л.Э., Теляков H.A., Николаев H.A. Моделирование процесса к и ело р о до п охр с б л с и 1 !я в реакторах пленочного типа. //В сб. Тезисы докладов межрегиональной иаучно-практнчсской конференции "Пищевая промышленность 2000", Казань, 1996,с.182.

Сошзтшь ¡^'¿-С/ ОаитоваЛЭ.

Злка • Тираж ЯОта.

I<kaiTOUliO£^ipcniatta.irtTexn(Bmri£CKiul>iuffiepaHcr Офсет ш юборшери, 420015, Каки ш, К-Маркса ßi