автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Тепломассообмен и аппаратурное оформление процессов получения и переработки товарной серы

На правах рукописи /у

ЯКОВЛЕВ Павел Викторович

ТЕПЛОМАССООБМЕН И АППАРАТУРНОЕ ОФОРМЛЕНИЕ ПРОЦЕССОВ ПОЛУЧЕНИЯ И ПЕРЕРАБОТКИ ТОВАРНОЙ СЕРЫ

Специальность 05.17.08 — Процессы и аппараты химических технологий

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Тамбов 2006

Работа выполнена на кафедре «Безопасность жизнедеятельности и гидромеханика» Астраханского государственного технического университета (АГТУ).

Научный консультант

Доктор технических наук, профессор СЕЛИВАНОВ Николай Васильевич

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор РУДОБАШТА Станислав Павлович

Доктор технических наук, профессор ГАТАПОВА Наталья Цибиковна

Доктор технических наук, профессор ТИШИН Олег Александрович

Ведущая организация

Астраханский научно-исследовательский и проектный институт газа ООО «Астраханьгазпром».

Защита диссертации состоится «15» декабря 2006 г. в 14.30 часов на заседании диссертационного совета Д 212.260.02 Тамбовского государственного технического университета по адресу: г. Тамбов, ул. Ленинградская, 1, ауд. 60.

Отзывы в двух экземплярах, скрепленные гербовой печатью, просим направлять по адресу: 392000, г. Тамбов, ул. Советская, 106, ТГТУ.

Эл. почта: kvidep@cen.tstu.ru Факс: (8-0752) 72-20-24

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан

Ученый секретарь диссертационного совета, доцент

Нечаев В.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Сера, наряду с углем, нефтью, известняком, поваренной солью и некоторыми другими продуктами, относится к основным видам сырья для химической промышленности. Помимо азота, фосфора, калия, кальция и магния сера также является необходимым питательным минеральным элементом растений. В связи с этим возникает необходимость в расширении производства серы, которое одновременно требует выбора ее оптимального товарного вида, удовлетворяющего комплексу требований, обусловленных необходимостью дальнейшей погрузки, транспортировки и использования. Среди многообразия товарных видов серы следует выделить такие из них, как жидкая, гранулированная и комовая, на долю которых приходится значительный объем производства. Производство, конечная переработка, а для жидкой серы и хранение, связаны с теплообменом. Сера как продукт переработки имеет существенные индивидуальные особенности (малые значения величин коэффициента теплопроводности и теплоты плавления, ограниченный допустимый диапазон изменения температур в аппаратах и т.д.), которые требуют учета и отдельного подхода к решению задач проектирования аппаратов серных производств и разработки специальной технологии. Необходимость дальнейшего расширения производства и ассортимента видов товарной серы обуславливает создание новых высокопроизводительных устройств, удовлетворяющих требованиям энергосбережения и экологической безопасности, соответствующих отечественным и международным стандартам качества продукции. Недостаточная изученность процессов тепломассообмена, являющихся определяющими при обеспечении указанных требований, определяет актуальность данной работы.

Работа выполнена в соответствии с координационными планами НИР и ОКР в рамках Всесоюзной программы и Программы Минрыбхоза СССР на 19751990 гг. «Экономия топливно-энергетических ресурсов»; в соответствии с Приоритетными направлениями фундаментальных исследований РАН (одобрено постановлением Президиума РАН от 13.01.98 г. №7 — поз. 2.1.4 «Исследования в области энергосбережения и эффективных технологий»); Региональной программой «Научно-технические и экологические проблемы освоения и эксплуатации Астраханского газоконденсатного месторождения» (1990 г.); Межотраслевой комплексной программой «Экология», утвержденной приказом Мингазпрома СССР от 23.09.90 № 220, а также в соответствии с новыми особенностями, возникшими в современных условиях, в том числе по результатам экспертиз экологической безопасности производства, транспорта и переработки товарной серы предприятиями Астраханского газоперерабатывающего завода, проводимых Управлением Федеральной службы по надзору в сфере природопользования по Астраханской области в 2003-2006 г.г.

Объектом исследования являются процессы и аппараты производства, хранения и переработки товарной серы.

Цель исследования заключается в разработке конструктивного исполнения комплекса аппаратов производства, хранения и переработки товарной серы, в создании методов расчета технологических параметров процессов тепломассообмена серных производств.

Научная новизна работы: 1 Выявлены особенности теплообменных процессов при водной грануляции серы, объясняющие физическую сущность процессов и приводящие к изменениям структуры формирующихся гранул и качественным изменениям свойств готовой

продукции. На основании результатов численных исследований разработанной математической модели и экспериментальных исследований предложен безразмерный комплекс, позволяющий количественно описать допустимые границы изменения технологических параметров. Получены уравнения для расчета диспергирования расплава серы в грануляторе и для гранулометрического состава.

2 На основе экспериментальных исследований процесса плавления твердой серы в расплаве разработана математическая модель, учитывающая влияние особенностей динамики движения расплава при его взаимодействии с частицами твердой серы в поверхностном слое и объеме расплава на процессы тепломасообмена. Предложены модифицированные критерии подобия Рейнольдса и Фруда, учитывающие плотность и способ загрузки твердых частиц. В результате исследований определены зоны возможного слипания частиц, безразмерные комплексы, устанавливающие допустимые изменения режимов работы аппарата, получено критериальное уравнение для расчета теплоотдачи, учитывающее исследованные особенности взаимодействия расплава и частиц.

3 Разработана математическая модель процесса плавления серы греющей пластиной, отражающая особенности теплофизических характеристик серы, формирования слоя расплавленной серы в зависимости от граничных условий, поля давлений в зазоре и локальных значений плотности теплового потока. В результате исследований получены уравнения для расчета тепломассообмена, которые учитывают особенности процесса, а также безразмерные зависимости для расчета поправочных коэффициентов на влияние температурного напора и угла наклона греющей поверхности.

4 Разработана математическая модель процессов тепломассообмена при остывании и разогреве серы, учитывающая ее особенности при нестационарном процессе тепломассообмена, осложненном фазовыми превращениями в аппарате. Получено уравнение, описывающее процесс тепломасообмена при остывании серы с учетом формирования твердой фазы серы на ограждающих поверхностях. Исследованы особенности работы трубчатого подогревателя при плавлении серы; разработана методика расчета темпа плавления, которая учитывает выявленные особенности.

5 На основе полученных результатов, учитывающих особенности тепломассообмена в процессах производства, хранения и переработки серы, предложены методики расчетов и конструктивных особенностей аппаратного оформления.

Практическая значимость работы:

1 Предложены технология, оригинальное аппаратное оформление, защищенное патентами на изобретения, методика расчета процесса грануляции серы, основанная на оптимизации тепломассобмена при остывании расплава в среде хладагента и позволяющая создавать установки, удовлетворяющие требованиям экологической безопасности при получении продукции, соответствующей действующим стандартам качества.

2 Разработаны методики расчета процессов теплообмена и режимов работы устройств для плавления комовой серы в расплаве, выделены границы режимов устойчивой работы, определяемые условиями требуемой производительности. Полученные результаты позволяют создавать высокопроизводительные устройства, устойчивость работы которых в пределах проектных параметров обеспечивается технологическими режимами загрузки, определяемыми по полученным зависимостям.

3 Разработана методика расчета конструктивных и технологических параметров устройств плавления блочной серы греющей плитой. Полученные результаты по-

зволяют проектировать плавильные устройства для блочной серы, которые отвечают современным требованиям экологической безопасности.

4 Разработаны методики расчета процессов теплообмена при хранении и перевозке жидкой серы, позволяющие проектировать ограждающие конструкции, системы подогрева и технологические режимы транспортных и технологических емкостей.

5 Результаты работы реализованы и приняты к реализации организациями и предприятиями, занимающимися проектированием, производством и переработкой товарной серы.

Апробация и внедрение результатов исследования

Основные положения и результаты исследования докладывались и обсуждались на конференции «Стратегия выхода из глобального экологического кризиса: Материалы научных чтений, МАНЭБ, 2001 г.»; Международной научно-методической конференции «Экология. Образование, наука и промышленность. Белгород, 2002 г.»; II Международной научно-практической конференции «Экология: образование, наука, промышленность и здоровье», 2004 г.; 26 Новосибирском теплофизическом семинаре 17-19 июня 2002 г., Новосибирск: Ин-т теплофизики СО РАН; V Минском международном форуме по тепломассообмену (24-28 мая 2004 г.) ИТМО им. A.B.Лыкова НАНБ; итоговых научно-практических конференциях АГТУ в 1992-2004 г.; Международной конференции «Каспий. Настоящее и будущее. Астрахань 17-20 ноября 1995 г.»; научно-технической конференции «Проблемы экологической безопасности Нижнего Поволжья в связи с разработкой и эксплуатацией нефтегазоносных месторождений с высоким содержанием сероводорода. Саратов, 1996 г.»; V Международной теплофизической школе 20-24 сентября 2004 г., Тамбов. Элементы устройств, разработанные в результате выполнения настоящей научно-исследовательской работы, защищены 3 патентами РФ.

Разработанная методика проектирования аппаратов грануляции серы внедрена при составлении технологического регламента опытно-промышленной установки водной грануляции серы на Астраханском газоперерабатывающем заводе с целью получения продукции, соответствующей требованиям стандартов качества. Результаты исследований приняты к использованию Астраханским центральным конструкторским бюро для расчетов конструкции теплоизоляции грузовых отсеков и систем подогрева груза наливных судов для перевозки вязких быстроза-стывающих грузов при транспортировке грузов в режиме «остывания», позволяющем экономить энергоресурсы, регулируя режим работы систем подогрева. Математическая модель процесса тепломассообмена и температурных полей в расплаве и блоке серы применялась в научно-исследовательской работе «Совершенствование работы механизированного склада комовой серы и установки ручного и автоматического налива жидкой серы» Астраханским научно-исследовательским и проектным институтом газа ООО «Астраханьгазпром» с целью интенсификации процесса застывания серы. Полученные данные по тепломассообмену при хранении жидкой серы использованы Приволжской железной дорогой для уточнения температурных режимов наливных цистерн, что позволило выбрать оптимальную схему и оценить предельную дальность транспортировки жидкой серы без путевого подогрева. Результаты исследований в части разработки мероприятий по совершенствованию экологической безопасности производства, транспорта и переработки товарной серы используются Управлением Федеральной службы по надзору в сфере природопользования по Астраханской области при расчетах техногенной нагрузки на экосистемы региона предприятиями

Астраханского газоперерабатывающего завода, Астраханского транспортного узла и систем отгрузки гранулированной серы и генеральных грузов ООО «Бузан-порт».

В результате выполненных комплексных научных исследований разработаны теоретические положения, совокупность которых представляет комплекс научно обоснованных технических и технологических решений, позволяющих изменить структуру производства товарной серы, адаптируя производственные возможности предприятий, производящих серу, к требованиям рынка, повысить экономическую эффективность производства, снизив капитальные затраты, успешно решать проблемы экологической безопасности производства серы.

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 30 работах, в том числе в изданиях, рекомендуемых ВАК, и в монографии.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, списка основных обозначений, б глав, заключения и списка литературы из 332 наименований, содержит 423 страницы текста, включая 97 иллюстраций и 18 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Первая глава посвящена анализу существующих технологий и перспективных направлений развития рынка товарной серы. Анализ позволил сформулировать основные направления исследования и проблемы, требующие решения. Включение в производство серы новых технологий расширяет круг производителей, что обостряет конкурентную борьбу на этом рынке. Происходит изменение рынка производителей и потребителей, появляются новые источники серы. Все это требует внесения корректив в ассортимент и транспортные технологии, используемые отечественными производителями. Многообразие товарных форм серы, требования рынка и необходимость решения вопросов экологической безопасности определяют выбор технологии переработки, обусловленной необходимостью комплексного решения задач производства, хранения, транспортировки и дальнейшего использования продукции. Это требует проведения комплексного технико-экономического анализа всего производственного цикла.

Во второй главе представлены результаты анализа основных процессов и конструкций аппаратов производства, переработки и хранения товарной серы. Выделены особенности протекания теплообменных процессов в этих устройствах и их роль в обеспечении качества продукции, надежности и производительности оборудования, возможности решения вопросов энергосбережения.

Проблемой, потребовавшей решения в рамках исследования, стал анализ свойств товарной серы. Использование существующих и разрабатываемых методик расчета технологических процессов потребовало детального анализа серы как рабочего тела, в связи с чем был выполнен анализ существенных для исследования характеристик, обобщены физико-химические свойства серы, получены аппроксимирующие зависимости для использования в программных продуктах для расчета технологических процессов и разработки систем автоматизации производств.

Были получены следующие зависимости: Теплоемкости в диапазоне температур от 20 до 120°С Сера ромбическая -С, = 0,50481 + 697,62, Дж/(кг-К), (1)

Сера моноклинная - СР =0,52551 + 713,03, Дж/(кг-К). (2)

Теплопроводность твердой серы в диапазоне температур от 10 до 115°С: X = -0,00031 + 0,2805 , Вт/(м К). (3)

Теплопроводность жидкой серы в диапазоне температур от 120 до 210°С:

к = -0,00031 + 0,0895 , Вт/(м-К). (4) Вязкость серы в диапазоне температур от 120 до 155°С:

ц = 384,16Г2,1832, Па с. (5) Плотность расплава серы в диапазоне температур от 120 до 210°С:

р = —0,591 &+1871, кг/м3. (6) Энтальпия и энтропия твердой серы в диапазоне температур 100 +300°К:

Н = 601,2 • Т - 44635 , Дж/кг. (7)

Э = 7,9992 ■ Т0'8512 , Дж/(кг-К). (8)

Анализ показал, что организация теплообмена оказывает существенное влияние на качество получаемой продукции, надежность и экономичность работы технологического и теплоиспользующего оборудования, и это делает исследования в данном направлении актуальными. Вместе с тем, возможности расчета процессов теплообмена при получении, переработке и хранении серы с применением существующих зависимостей ограничены в связи с:

- высокой неоднородностью температурных полей в твердой сере и в расплаве, а также неоднородностью теплофизических свойств рабочего тела;

- неоднородностью фазового состава, как правило, характерной для работы исследуемого теплоиспользующего оборудования;

- ограниченностью и сложной геометрией теплообменных поверхностей, а в случаях плавления и их изменением с течением времени;

- неизотермичностью ограждающих поверхностей;

- неоднородностью поля скоростей, определяемой особенностями теплообмена расплава при взаимодействии с твердой поверхностью;

- взаимозависимостью между теплообменом на отдельных элементах аппарата и теплообменом других частей устройства.

Выделены проблемы, для решения которых необходимы дополнительные исследования процессов теплообмена. Среди них можно выделить проблемы изучения особенностей формирования температурных полей и границы затвердевания при остывании капли в потоке хладагента, особенности формирования твердой поверхности, обеспечивающей необходимые характеристики гранул. Немаловажной проблемой, требующей решения, является исследование теплообмена, осложненного фазовыми превращениями в плавильных устройствах. Существующие зависимости для расчета конвективного теплообмена между расплавом и ограждающими поверхностями потребовали уточнения, т.к. теплообмен в емкостях для хранения расплава серы происходит в условиях взаимного влияния ограждающих поверхностей. Еще одной особенностью этих процессов является возможность формирования слоя застывшей серы на ограждающих поверхностях, что существенно изменяет интенсивность теплообмена.

В третьей главе изложены результаты исследования процесса тепломас-собмена при производстве гранулированной серы. Определены экспериментальный и аналитический методы исследования. Предложена математическая модель процесса, учитывающая конвективное движение расплава в капле серы, движущейся в потоке хладагента, и нестационарный теплообмен с фазовым превращением. При разработке математической модели сделаны следующие допущения:

- влияние вязкостных сил на форму мало по сравнению с силами поверхностного натяжения и в модели принята сферическая форма;

- движение капли в среде хладагента только поступательное;

— переохлаждение при фазовом переходе отсутствует.

Конвекция Жидкая Твердая сера Жидкая

"СГ ТГ *0"0" 1Г1Г

Поток хладагента

ИГ ИГ "0"0"СГ "О"

Поток хладагента

Рис.1 Модель теплообмена в капле:

а) — до появления застывшего слоя на поверхности капли,

б) - после начала застывания серы.

Для исследования протекающих процессов в динамике разработана модель, представленная на рис. 1.

Процесс затвердевания описывается следующими уравнениями. Уравнение нестационарной теплопроводности в сферической системе координат:

/д2Т 2спЛ = £Г дг2 Г 81) дх ' На границе раздела фаз соблюдаются условия Стефана: на поверхности гранулы - .

»1

(9)

а(г ♦ V-» а 4(г + аг)*-г3Г др)

внутри гранулы - Я, где Я - радиус поверхности капли

4(г + дгУ-13Г др ^

1 дг 1 дг 3 дг 14г2

(Ю)

(П)

Система уравнений дополняется уравнениями движения и сплошности в случае вынужденного движения (1 этап охлаждения), граничными условиями третьего рода на поверхности и второго рода в центре гранулы:

е(рю)/дт = р§-Ур + цУ2а>, (12)

дсо/дх + дсо/ду + дсо/дг^О, (13)

• (к/ёг = 0

(14)

(15)

Система уравнений составлена в предположении, что тепловой поток направлен в радиальном направлении. Решение получено с использованием неявной разностной схемы, для чего дифференциальные уравнения представляются в конечно - разностном виде:

Fo, [T(i - 1,т + AtXl + 2 • Дг/г) + T(i + 1,т + Дт)]+ + T(i,x + AxXl - 2FO[ (l + 2 • Дг/г)) = T(i,x) Fo2 [T(i - 1,t + ArXl + 2 • Дг/r) + T(i + 1,т + Дт)] + + T(i,t + AxXl - 2Fo2 (l + 2 • Ar/r)) = T(i,t) Уравнение текущей границы находится из условия Стефана:

(17)

--J-» LT(t,m-l)-T(x,m-2) ? Т(т,т + 1)-Т(т,т) 3z2At j

\ v. Дг Аг qp J'

При этом условия на поверхности гранул: [l + 2Fo(l + Bi)}r(x + ДтД) - 2Fo[t(t + Д т,2)+Bi • Т(т + Дт, w)] - Т(т,1) = 0. (19)

Условия в центре гранулы: [l + 2FoJt(t + Дт,п-1)- 2Fo • Т(т + Дт,п) - T(x,n-l) = 0, (20)

где Fo и Bi- сеточные значения критериев Фурье и Био.

Для расчета поля скоростей в капле использовался метод контрольного объёма. Решение системы уравнений реализовано в программе на языке программирования - "pascal", а затем модифицировано для «Matlab». На границах используются локальные значения коэффициента теплоотдачи. Расчет поля скоростей при движении капли в потоке хладагента выполнен для свободного осаждения капель диаметром от 3 до 5 мм. Время движения принималось исходя из размеров существующих моделей грануляционных колонн по условиям формирования твердой фазы и находилось в пределах 5 с.

Пример результата расчета поля скоростей для миделевого сечения капли приведен на рис. 2. Расчет выполнен для температуры расплава Тсеры=130°С и размера капли 5 мм. Как видно из графика распределения поля скоростей в объеме капли, полученного для предельных параметров работы грануляционной колонны, максимальная скорость движения расплава не превышает 0,00016 м/с. Действительные режимы работы грануляционной колонны находятся в области меньших значений определяющих параметров, что показывает малость влияния конвективной составляющей в общем балансе тепловых потоков в капле. Исследование процессов на математической модели позволило упростить задачу. Результаты, полученные на численной модели, уточнялись и дополнялись экспериментальными исследованиями. В ходе экспериментов исследовались теплообмен в грануляционной колонне, его влияние на качественные показатели гранул, а также работа диспергирующего устройства.

г, м

Время движения -Sc«-----Э ce«.......I се«

Рис. 2 График распределения поля скоростей конвективного

движения расплава в капле в различные моменты времени от начала погружения (с!=5 мм)

С учетом особенностей процесса водной грануляции и влияния параметров технологического процесса на качество гранул, основными определяемыми критериями качества избраны влагосодержание и прочность гранул. В ходе экспериментов изменялись следующие параметры: температура расплава серы и охлаждающей воды, высота столба воды от поверхности до выпускного устройства, расстояние от диспергирующего устройства до поверхности воды. Исследования проводились в следующем диапазоне изменения определяющих параметров: температура расплава серы - 119-И65°С; температура охлаждающей воды - 20ч-125°С; размер капель определялся в соответствии с требованиями международных стандартов и ГОСТ 127-76 и находился в пределах 1-ьб мм. Исследования проводились на лабораторных установках, моделирующих условия работы промышленной установки. Приборные измерения дополнялись визуальными наблюдениями. Схемы экспериментальных установок представлены на рис. 3.

Выдвинутая гипотеза о возможности регулирования влагосодержания временем нахождения гранул в охлаждающей воде потребовала определить следующие параметры: время, достаточное для формирования застывшего прочного слоя серы на поверхности капли (установка 1), температуру расплава и воды, минимально достаточную высоту столба воды. Исследования дополнялись визуальными наблюдениями режима истечения при капельном и струйном истечении расплава (установка 2). Реализация указанного выше принципа минимизации времени контакта серы с охлаждающей средой потребовала исследования влияния высоты столба воды на качественные характеристики гранул (установка 3), а также стабилизации температуры расплава (4). Выведение гранул из охлаждающей среды, в свете выдвинутой гипотезы, потребовало проведения исследования различных способов организации отделения гранул от воды, в числе которых центробежная сепарация (установка 5), сеточный транспортер и гравитационный сепаратор (Пат. 2100049 Россия).

При высокой скорости охлаждения и низкой температуре воды происходит застывание серы с образованием на поверхности стекловидной корки. Застывание сопровождается уменьшением занимаемого объёма и понижением давления внутри образующейся гранулы. Из-за малых значений коэффициента теплоотдачи по миделевому сечению сферы толщина затвердевшего слоя в этом месте мала. Здесь происходит его деформация в виде кольца. Деформация может происходить неоднократно. Образующаяся при таком охлаждении гранула приобретает пирамидои-дальную форму с выраженными кольцевыми уступами в местах деформации.

Малая пластичность твёрдой фазы на поверхности, высокая скорость охлаждения и отклонение формы от правильной сферы являются причинами накопления внутренних термических напряжений. Это приводит к значительным потерям в виде пыли ("мелочи") при испытании таких гранул на динамическую прочность имитацией условий транспортировки. У этих гранул образующаяся усадочная раковина соединяется с поверхностью капиллярным каналом, имеющим малые размеры ( часто не обнаруживающимся визуально).

Из-за разрежения, возникающего при затвердевании, полость заполняется водой. Малые размеры капилляра делают невозможным удаление влаги механическими способами. В связи с этим, после отделения поверхностной влаги, влагосодержание гранул, полученных при высоких темпах охлаждения, имеет наибольшие значения по сравнению с другими режимами. Построение сравнительных кривых кинетики сушки показывает, что высушивание таких гранул также затруднено.

3. Устппояка для исследования режимов ртбогм 4-Термостябилизнрук»1ияя головкя гряяуляторя яря струйном встечсин* расплявя

Рис. 3 Схемы экспериментальных установок

Медленное охлаждение при высокой температуре расплава и воды сопровождается образованием корки, незначительно отличающейся по толщине в различных точках поверхности. Гранулы, формируемые при медленном охлаждении, визуально отличаются матовой поверхностью. Прочность такой поверхности из-за высокой температуры мала. При понижении давления внутри оболочки вследствие затвердевания происходит разлом поверхности и попадание воды в оболочку.

В зависимости от прочности оболочки разлом имеет различные размеры. При этом возможно дальнейшее протекание процесса двумя способами в зависимости от режима охлаждения. Относительно низкие температуры приводят к образованию канала малых размеров. Количество проникающей воды мало, а её движение затруднено из-за быстрого застывания жидкой серы вдоль канала. При ис-

следовании внутренней структуры гранул прослеживается образование твёрдой оболочки неправильной формы, направленной к центру гранулы.

Как показывает анализ теплообменных процессов, охлаждение можно прервать на том этапе, когда образовалась достаточно прочная корка для удаления гранул из аппарата без разрушения поверхности. Усадочная раковина в этот момент ещё окончательно не сформировалась и внутренняя полость частично заполнена жидкой серой. Количество влаги, удерживаемой гранулой, незначительно. Остаточного количества влаги достаточно для частичного досушивания и получения продукции с влажностью, регламентируемой стандартами. Установка грануляции серы, работающая в таком режиме, не требует применения дополнительного сушильного оборудования.

Полученные экспериментальные данные с удовлетворительной точность аппроксимируются в виде зависимости отношения с1/Е) как функции комплекса '). Полученная зависимость позволяет описать экспериментальные данные распределения среднего диаметра с максимальным отклонением 7% и доверительной вероятностью 0,95.

й/ТЛ = 2,2\¥"°'007Ьр"0'25. (21)

Формула справедлива в диапазоне изменения определяющих критериев:

= б-Ю^-З-Ю11 = 3-10"3+1,6-10"2. Для описания распределения капель распылённой жидкости по диаметрам была выполнена проверка формулы, предложенной Розиным-Раммлером, которая устанавливает зависимость величины Я как доли капель, диаметр которых больше, чем с1 из отношения сШо.

И. = ехр((-с!/с1о)п ). (22)

Из анализа экспериментальных данных следует, что представленная формула с удовлетворительной точностью описывает кривую распределения. Экспериментально получена зависимость для диспергирования расплава серы:

Я = ехр((- с1/с!0 )3'4 ]. (23)

Зависимость получена методом наименьших квадратов. Максимальное отклонение - 9%. Доверительная вероятность - 95%.

Экспериментальная проверка выполнена для с!о = 2 -5- 5 мм. Одним из основных показателей, определяющих экономичность работы установки, является влагосодержание гранул. Влагу, уносимую из установки, можно разделить на два вида: поверхностную и капиллярную. Количество поверхностной влаги определяется способом вывода гранул из теплоносителя и параметрами работы установки. На рис. 4 приведены графики зависимости влагосодержания гранул от высоты столба воды в аппарате.

Увеличение температуры расплава серы, подаваемого в гранулятор, приводит к снижению содержания капиллярной влаги во всех диапазонах температур воды и размерах гранул. Понижение температуры воды до 10 + 15 °С уменьшает это влияние. Как показали исследования, это связано с уменьшением влияния температуры расплава на температуру поверхностного слоя капли. Влияние температурных режимов на влагосодержание гранул иллюстрируется графиками на рис. 5.

Рис. 4 Зависимость влагосодержания гранул от высоты столба воды в грануляционной колонне

Температуры расплава серы:

1-11=125°С;

2-1,= ВТС;

3-^= 135°С.

10 20

<3<2мм

ТО

10 20 ЭО 40 50 во 70

2мм<сКЗмм

Рис.5 Зависимости влагосодержания гранул различного фракционного состава от температурного режима

Температуры расплава серы:

1-1,= 125°С;

2-1, = 13СГС;

3-1,= 135°С.

(>3мм

Исследования показали, что режимы теплообмена определяют не только содержание остаточной влаги, но и такой важнейший показатель качества как прочность. Влияние температурных режимов на способность гранул к пылеобра-зованию представлено на рис. 6.

ф<ОЗМ4

■ 3><*>2мм Дд<2мм

СО **вС

1,=125°С

1,=130°С

Рис. 6 Процентное содержание «мелочи» после испытаний

Наряду с влагосодержанием и прочностью гранул изменяются и другие характеристики серы, влияющие на её потребительские свойства. На образцах гранул проведены эксперименты по их сушке. Влияние режимов охлаждения на кинетику сушки материала представлено на рис. 7.

2,5

1 2 --■♦-- -1

\ 1,5 - -Ш- --2

\ 1.1

^ » 0.72 N1

О 20 40 60 80 100 120 т.нин

а) 1 -1, = 135°С; 2-1, = 125°С;

80 100 120 »

б) 1 -^=65°С; 2-^=40°С;

Рис. 7 Кривые кинетики сушки гранул в зависимости от температурных режимов работы установки

а-1„= 20°С; б — ^ =■= 125°С Как видно из представленных результатов, время сушки гранул определяется прежде всего начальным влагосодержанием, что делает актуальным поиск путей снижения влагосодержания гранул на выходе из сепарационного устройства аппарата.

Как отмечалось выше, качественные показатели зависят прежде всего от режима теплообмена гранул и их размера. Анализ данных факторов позволил получить безразмерный комплекс, учитывающий данные факторы и удовлетворительно описывающий границы зон:

Комплекс включает в себя: критерий ЕЙ, представляющий отношение термического сопротивления твёрдого тела (гранулы) к термическому сопротивлению со стороны хладагента; с!о / с1 - безразмерную величину, являющуюся отношением минимального стандартного диаметра гранулы ( 1 мм ) к среднему диаметру получаемых гранул; 6 — безразмерную температуру

0 = 05—I (УОр-Чг), где: ^ - температура расплава серы, °С; ^ - температура затвердевания, °С; - температура охлаждающей воды, °С.

Представленные на рис. 8 зоны удовлетворяют значениям параметра:

I зона - В

— < 32;

II зона - 32 <

~т~ ^ <36;

III зона - В

- >36.

Анализ полученных экспериментальных данных и их обработка позволяют рекомендовать режимы работы водных грануляторов серы, удовлетворяющих второй зоне.

Рис. 8 Режимы работы аппарата грануляции серы

1- граница 1 и 2 зон для всех размеров гранул;

2- граница 2 и 3 зон для гранул фракции <1 > 3 мм;

3- граница 2 и 3 зон для гранул фракции 1 < (1 < 3 мм 1-1-я зона;

II - 2-я зона;

III - 3-я зона.

\ ^

В четвертой главе представлены результаты исследования процесса плавления серы. Рассматривались две возможные технологии: плавление комовой и гранулированной серы в расплаве и 1реющей поверхностью. Задача выбора технологических режимов и особенности конструктивного расчета устройств доя плавления комовой и гранулированной серы, использующих в качестве горячего теплоносителя жидкую серу, требует решения двух основных проблем. Первая из них- способ подачи твердой серы в расплав. Вторая—выбор основных конструктивных и технологических параметров для обеспечения требуемой производительности. Экспериментальные исследования позволили выявить режимы неустойчивой работы плавильного устройства, связанные с возможностью слипания частиц, что приводит к существенному снижению производительности ванны, тле происходит укрупнение отдельных фрагментов, требующих большей д лительности технологического процесса.

Анализ явления позволил предложить два механизма затвердевания расплава при загрузке твердой фазы. Первый из них определяет интенсивность теплообмена одиночных частиц, взаимодействующих с поверхностными слоями рас-

плава, и приводит к снижению температуры расплава ниже величины температуры фазового перехода. Второй - основан на комплексной оценке теплообмена при фронтальной загрузке твердой фазы конечного массового расхода с учетом дискретизации загружаемого материала.

Как отмечалось выше, первая модель основана на исследовании теплообмена отдельной частицы в расплаве. Расчетная схема представлена на рис. 9.

Количественную оценку объема расплава, вступившего во взаимодействие с твердой частицей, предложено определять с помощью присоединенной массы. Присоединенная масса X находится через потенциал скорости поступательного движения и может быть рассчитана следующим образом:

т^-р^к-^я, (25)

где у - потенциал скорости.

Рассматривая неустановившееся поступательное движение тела в жидкости со скоростью движения центра массы ис(т), получим следующую зависимость: \2

(26)

Рис. 9 Расчетная схема процесса теплообмена одиночной частицы с расплавом

Присоединенная масса

И

Анализ характера движения частицы показывает, что максимальное значение присоединенной массы будет соответствовать погружению частицы на глубину <1/2, т.е. когда давление жидкости приложено только к фронтальной поверхности частицы и равно нулю для тыльной поверхности, еще не вступившей во взаимодействие с жидкостью. В первом приближении уравнение может быть преобразовано для момента касания частицей поверхности жидкости исходя из объема вытесненной жидкости, т.к. скорость движения частицы известна:

р-и0 = р +

(27)

Учитывая изменение скорости движения частицы, уравнение модифициру-ч 2

ем следующим образом:

(28)

) р + 0,5рг

Дальнейшее движение жидкости будет сопровождаться уменьшением присоединенной массы и по мере приближения скорости к скорости свободного оса-

ждения присоединенная масса будет уменьшаться, стремясь к нулю. В связи с этим рассматривается только начальный момент - касание частицы, т.е. удар частицы о поверхность жидкости. Для этих условий подинтегральное выражение отношения скоростей может быть преобразовано к следующему виду:

ггь = Гр-^-аУ=р-У-^-. (29)

^ Р+0,5-рг ^ р + 0,5-рг

Соответственно, присоединенная масса может быть найдена с помощью

следующей зависимости: т> ---, (30)

р + 0,5р(-

где С2 — массовый расход твердой фазы.

Дополнение уравнения баланса реагирующих масс уравнением теплового баланса позволяет решить задачу локального изменения температуры в слое жидкости, прилегающем к твердой частице. Охлаждение расплава до температуры начала фазового перехода предполагает отсутствие плавления самой частицы. Таким образом, задача теплообмена со стороны твердой частицы сводится к решению задачи нестационарной теплопроводности. Как отмечалось выше, высокая неопределенность формы поверхности частиц потребовала принять упрощающее положение о сферической форме поверхности. Типовое решение задачи для сферы сводится к определению отношения:

-З^В^о), (31)

где <Зо -сР-р-(Т,-Т0).

Исходя из определения присоединенной массы, массовый расход жидкости можно считать эквивалентом присоединенной массы. Таким образом, исходное уравнение сводится к виду:

(г,-г) ^-Г-К°-Ср-р-п

Отв -ср----Р

ТВ р + 0,5-рг

В результате полученного решения для различных режимов работы устройства автором предложено уравнение, соответствующее относительному изменению температуры расплава к температурному напору расплава и начальной температуре твердой фазы. Условия, соответствующие требованиям понижения температуры расплава при взаимодействии одиночной частицы с жидкостью, имеют вид:

(т-г) 7Г"(Р+0'5-Р')

М^-■ (33)

№ -т0) Р

Второй зоной возможного слипания частиц является участок их движения от поверхности до дна. Автором предложена модель, учитывающая движение частиц и их влияние на движение самого расплава в емкости. Анализ явления показал, что необходимо ограничить зону взаимодействия частиц границами зоны

подачи из загрузочного бункера. Эта зона представляет собой объем, ограниченный в горизонтальном направлении размерами загрузочного устройства и дном плавильной емкости, а также вертикальными поверхностями, проходящими через периметр зоны загрузки, в пределах которого происходит свободное осаждение частиц твердой фазы.

Расчетная схема этой задачи представлена на рис. 10.

Зона загрузки размером АхВ

Скорость движения частиц определяется из известных законов механики:

и = их_0+1>.т = Е^1!р.т. (34)

т т

Учитывая, что сила тяжести действует совместно с силой Архимеда, а также применяя зависимость для силы гидродинамического сопротивления, находим:

4 ц2

(Р-РгУВ'-лЯ3

ч = их=0+-1-¿--т. (35)

-Т1113-р

3

В результате преобразования получим:

и = "х=0+ 1-

Р{

6 811 р

(36)

Учитывая нисходящие потоки расплава, вызванные движением частиц, сопротивление определяется разностью скорости частиц и и скорости потока со:

.££. Р

Для дальнейших преобразований удобнее представить полученную зависимость в дифференциальном виде:

ч = их=0+ И

•Е

ниыьш скирсс-хп ча^шц

8Я р М ' )

(37)

<1и =

Л р; ® р

Обозначив скорость движения расплава через со, получим следующие расчетные зависимости для движения жидкости применительно к выделенному расчетному объему:

<1т .

(38)

• (1а> =

-а- ах. (39)

4Я-р А-В '

\ к у

Учитывая наложение скорости движения частиц на скорость движения потока, сопротивление определяем разностью скоростей, в результате чего предлагается уточненная формула:

со -ско =

411-р А-В

с!х.

(40)

Аналитическое решение такого уравнения представляет значительные математические трудности. В связи с этим, решение получено численным методом. Приняты следующие граничные и начальные условия:

их=0=^тёь; шх=о =0; тт=0=т0 : ттг=0=т0г. (41)

На скорость движения расплава по глубине влияют, прежде всего, размер частиц и высота их свободного падения. На рис. 11 приведены зависимости скорости расплава для плотности загрузки 10 кг/м2 и для значения определяющего размера частиц 20 мм при различных высотах выгрузки. Анализ факторов, влияющих на движение расплава и частиц, позволил выделить наиболее значимые: кинетическую энергию загружаемых частиц с заданным массовым расходом, реакцию свободной поверхности жидкости при взаимодействии с частицами и силу трения в жидкости.

Для анализа условий появления эффекта замедления частиц на свободной поверхности расплава предложено использовать критерии Подобия Рей-нольдса и Фруда. Учитывая зависимость скорости движения от массового расхода твердой фазы, предлагаем модифицированное значение числа Рейнольдса. Присоединенная масса прямо пропорциональна удельной плотности загрузки загружаемого материала, в связи с чем можно принять: р»в/и , что позволяет представить число Рейнольдса в следующем виде:

Яе

_ и-с!-р _ Оп

(42)

Рис. 11 Зависимость скорости движения расплава по глубине

(с1=4 мм)

О 02

Высота падения, м

-0,1--0.2 - - ■

■0.3--0.5

Учитывая, что скорость частиц у поверхности определяется высотой свободного падения, число Фруда для границы свободной поверхности можно найти

следующим образом: Бг = —— = ^ . (43)

g•l (1

Такое преобразование позволило обобщить полученные результаты по исследуемому явлению взаимодействия частиц с поверхностью. Анализ полученных результатов позволяет установить зону стабильного движения частиц в следующих границах: Рг < 100; К.е > 35.

Для расчета коэффициента теплоотдачи в этих условиях получена зависимость (44) N11 = аХ" , (44) где X = х /А, - х - вертикальная координата. Коэффициенты а и п уравнения определяются в зависимости от уровня воздействия поверхности жидкости на дальнейшее движение жидкости. При малых высотах загрузки это влияние высоко, при больших — мало. Границей, разделяющей эти режимы работы загрузочного устройства, является значение числа подобия Яе = 6,7. Начальная скорость движения частиц определяется из условий их свободного падения с высоты загрузки до поверхности расплава.

При Ие > 6,7 коэффициенты уравнения находятся по формулам (45) и (46).

а = 0.4168 ■ 1п11е — 0.1535 , (45)

п = -8-Ю"6-Яе2 +0.0001 -Яе-0.1121 . (46)

При Яе < 3,3 влияние поверхности на дальнейшее движение частиц велико и для расчета коэффициентов используются уравнения (47) и (48). Диапазон изменения числа 3,3 < Яе < 6,7 является зоной неустойчивого движения частиц при их входе в расплав. Для расчета процесса теплообмена в этом режиме требуется оценка полученных значений коэффициента теплоотдачи с выбором его критичного значения для проектируемого устройства.

а = 0.0043-Яе+0.8471, (47)

п =-0.0008-Яе 2 + 0.0153-Яе-0.2938. (48)

Анализ условий теплообмена позволил сформулировать условие отсутствия слипания частиц серы в донной части. Используя полученное выше расчетное уравнение для определения коэффициента теплоотдачи, а также учитывая, что соотношение количества частиц в объеме и загружаемых в ванну определяется скоростью движения частиц, получим:

X * I -г

К = (0.242 • Яе + 3.23)—- - ---(49)

Ср'Р й2 t2-ts

где т* - условное время нахождения частицы в единичном объеме при

скорости, равной начальной, определяется как: т = . . (50)

л12-ё-Ъ.

Дальнейшие преобразования позволяют получить обобщающий безразмерный комплекс в виде:

К = (0.242 • Яе + 3.23) • Бо • 0. (51)

Обработка результатов расчетов дала граничное значение обобщающего сомплекса. При К > 52 температура расплава при всех режимах опускалась ниже температуры фазового перехода. При К < 52 находилась выше температуры затвердевания. Таким образом, при проектировании устройств плавления твердых истиц, исходя из условия предотвращения вторичного слипания, необходимо поддерживать температурные режимы, параметры работы загрузочного устройства я характеристики сырья в диапазоне изменения комплекса К < 52.

Разновидностью способов плавления является плавление при контакте с греющей твердой поверхностью. В этом случае темп плавления определяется вынужденной конвекцией при относительном движении потока расплавленной серы между греющей поверхностью и твердой фазой. Образующаяся жидкость течет вдоль зазора шириной б. Величина зазора определяет интенсивность теплообмена и зависит от величины давления и массового расхода расплава в зазоре. Учитывая значительную нелинейность задачи, связанную с взаимным влиянием геометрических характеристик пластины и особенностями граничных условий процесса, предлагается решение методами численного моделирования. В основу решения положено уравнение движения:

Бу+§р-£гаар + цу2и = ра1/а. (52)

В декартовых координатах для направления течения пленки вдоль координатной оси х уравнение приобретает вид:

ей ер „ д ( ей

иС^- -1Л. Äîн.

Дву дх ) з ех Дас ду)

(53)

8_ ду

Массовый баланс учитывается уравнением неразрывности для несжимаемой жидкости: (1тх = 0 . (54)

Пренебрегая тепловыделением за счет сил трения в жидкости, получим уравнение переноса теплоты, имеющее вид:

сТ

Яу + (Иу(?^ас1Т) = сРр—. (55)

<д

Здесь функцию источника тепловыделения ду выполняет теплота фазового перехода, учитываемая на границе раздела фаз в соответствии с уравнением Стефана

Р. *Ч*У(Т) = ^ ' (56)

Для решения выбран метод контрольного объема со смещенной сеткой узлов давлений и границ контрольных объемов с контролем массовых балансов на гранях расчетных ячеек как наиболее близкий физическим условиям расчета.

На греющей поверхности приняты граничные условия 3-го рода, на границе раздела фаз — граничные условия 1 рода с фиксированной температурой, равной температуре фазового перехода. Анализ размерностей определяющих величин показывает относительно низкие значения чисел Рейнольдса, что предполагает ламинарное течение пленки. Наличие поперечного градиента скорости в результате плавления блока, а также переменное поле скоростей и давлений требует учета этих явлений в расчете теплообменных процессов по длине греющей пластины. В пределах ячейки массовый баланс учитывает поток расплава через грани

и приток жидкости в результате подплавления твердой фазы. Высота ячейки является текущей величиной и равна величине образующегося зазора при плавлении.

Материальный баланс позволил учесть относительное изменение зазора между пластиной и блоком серы при перемещении пластины. Расчет изменения ьго зазора выполняется относительно центральной точки пластины. За время <3т абсолютное перемещение границы X для 1 и 1-й ячеек может быть найдено следующим образом:

•Л-1 --, =-, р/)

ЯР ЧР

где К], ^ — коэффициенты теплопередачи 1 и 1-й ячеек соответственно.

Учитывая, что естественным ограничителем перемещения плиты становится положение границы раздела фаз в центре и величина зазора на этом участке относительно стабильна, получим изменение зазора по длине плиты:

6{ =5, +(х8 -х,) = 8, +(а, -а,)^0 ■ (58)

ЧР

Разность давлений на границе ячейки определяется силой тяжести и потерями энергии на трение при движении пленки в зазоре. Потери давления для движения в плоском канале, образуемом неограниченными плоскопараллельными стенками в условиях слабого влияния изменения плотности и вязкости среды, могут быть найдены по формуле (59):

ДР^РЫ(59) 2 5 Ие 2 8

В результате преобразования получим: АР = ^бци^Ь, ^ (60)

28

Обработка результатов исследования позволила предложить следующее расчетное уравнение для коэффициента теплоотдачи при плавлении рабочего тела не жестко закрепленной нагруженной греющей пластиной неограниченной ширины. На рис. 12 представлены результаты обработки полученных данных в безразмерном виде. Как видно из сопоставления полученных результатов при различных граничных условиях, они могут быть обобщены с достаточной точностью следующим уравнением.

№ = 215(ЕиКе2]Г25£[Еф. (61)

Область изменения определяющих параметров находится в диапазоне изменения комплекса: Ей 11е2 =1-109+ 2-1013.

В результате обработки полученных зависимостей предложены уравнения для расчета поправок на температурный напор и угол наклона:

е, =1-1,43*Ю"4е*Ь078, (62)

£ф=((1 + 0,10б(ЕиРг)-0'56)8шф0^-Е-0'00(ЮЗР]"^4. (63)

Рис. 12 Корреляция числа № от комплекса Еи-Ке2 при различных давлениях

1 — Бр = 5,28-Ю3 Н, 2 - РР = 1,89-Ю4 Н, 3-Бр = 5,28-Ю5 Н

В пятой главе изложены результаты исследования процессов тепломассообмена при хранении и транспортировке жидкой серы. Хранение серы в жидком виде сопряжено со значительными затратами энергии на поддержание температурного режима, а следовательно и фазового состояния жидкости и критично к наличию твердой фазы в моменты проведения погрузо-разгрузочных работ. В связи с этим возникает необходимость в достоверных методиках расчета потребного термического сопротивления теплоизоляции, мощности и расположения систем подогрева, а также режима их работы исходя из условия рационального расходования энергоресурсов. Особенности теплообмена в расплаве серы обусловлены специфическими теплофизическими свойствами серы и вероятным застыванием серы при работе емкостей в режиме остывания.

Для исследования режимов остывания и разогрева использован метод численного моделирования процесса теплообмена. В качестве исходных элементов модели приняты базовые уравнения тепломассообмена.

Дифференциальные уравнения теплопроводности:

<1Т,/с1т = а1 -а^/ск2 ; с1Т2/с1т = а2 -с!2Т2/ёх2 . (64)

При начальных и граничных условиях первого рода на стенке:

1(0,т)=1с; 1(у,0)= *0(у) б(о) = 50. (65)

Для граничных условий третьего рода на стенке:

у=0: -Х~к(1с-1ср); 1(5,т) = 1*; 1(у,0) = Ю(у) 5(0) =0;

dS dx

8t

г-р2 ду

Изменение толщины слоя можно определить из теплового баланса на границе раздела фаз исходя из условий Стефана: = a(xXt — t )• (67)

d5

Решение уравнений получено численным методом с применением неявной разностной схемы. Для разбиения объема использован метод контрольных объемов как наиболее близкий к предложенной физической модели. Дифференциальные уравнения интегрируются по каждому контрольному объему с обязательным выполнением балансовых уравнений. Для вычисления интегралов использовались кусочные профили (линейная интерполяция), описывающие изменение температур между узловыми точками. Температура и физические свойства рабочего тела определялись для центра элементарной ячейки на каждом шаге времени. Потоки находились на гранях объемов.

Начальные условия принимались на момент заполнения ёмкости расплавом с заданной температурой, имеющей постоянную температуру, что соответствует реальным условиям загрузки расплава, которые сопровождаются интенсивным перемешиванием жидкости.

t(x,y) = const = tx o (т= 0).

Со стороны ограждающей конструкции приняты граничные условия третьего рода с учетом поправки к термическому сопротивлению. Баланс теплоты по контрольному объему позволил фиксировать начало и завершение фазового перехода в пределах объема, что физически соответствовало присутствию источника теплоты в ячейке, количество которой определялось теплотой фазового перехода, компенсирующей разницу потока тепла через грани. Во время фазового перехода в ячейке температура принималась равной температуре фазового перехода, что вносит некоторую погрешность в вычисления. Варьирование шагов разбиения используемой расчетной области позволило оценить вносимую погрешность как малую (менее 1 %).

Численные решения получены для граничных условий 3 рода на стенке в процессе остывания. В расчетах условия однозначности изменялись в следующем диапазоне: число фазового перехода К= 0,2-1,5; безразмерная величина темпа остывания и подогрева В = 0,001-0,15; безразмерная избыточная температура вж0 = 0-1, что перекрывает диапазон их изменения в реальных условиях.

В результате численного эксперимента получены изменения температурных профилей в емкости с расплавом при различных граничных и начальных условиях, значения плотности тепловых потоков (тепловых потерь) через ограждение, интегральные значения коэффициентов теплоотдачи, в том числе с учетом формирования слоя застывшей серы и динамики распространения границы затвердевания. Анализ динамики изменения температурных полей подтвердил основные закономерности процесса остывания жидкости при хранении. Так на рис. 13 приведен график изменения температур серы в придонной зоне.

1,°К

_ Дно ____62 мм от дна .......124 мм от дна

_____18бммотдна ----- 248 ммотдна п 310 мм от дна

Рис. 13 Динамика изменения температуры на различных уровнях емкости

Как видно из полученных результатов, температура расплава на дне практически сразу снижается до температуры фазового перехода, а дальнейшее охлаждение сопровождается застыванием слоя серы на стенке. По мере удаления от дна наблюдаются характерные искривления графика изменения температур, соответствующие началу затвердевания с выделением теплоты фазового перехода. Интенсивность выделения теплоты фазового перехода определяется темпом охлаждения, и его влияние на теплообмен снижается при снижении темпа охлаждения. Рост толщины затвердевшего слоя сопровождается ростом термического сопротивления придонного слоя и, как следствие, существенным уменьшением плотности теплового потока. Баланс тепла на границе раздела фаз в процессе фазового перехода смещается в сторону выравнивания значений теплоты, подводимой жидкостью и отводимой через слой застывшей серы. Следствием этого становится приближение графика изменения температуры к виду, характерному для нестационарной теплопроводности уже на расстоянии порядка 300 мм от дна, что подтверждает гипотезу о преобладании переноса тепла теплопроводностью в придонной части остывающей емкости.

Представленный на рис 14 график изменения температуры по высоте на различных этапах охлаждения иллюстрирует особенности процесса охлаждения в придонной области и позволяет оценить характер смещения нижней границы высокотемпературного ядра расплава. Так через 1 час после загрузки жидкость интенсивно охлаждается до высоты 0,15 м от поверхности дна при отсутствии заметных изменений температуры слоев жидкости выше этого уровня. Дальнейшее охлаждение сопровождается постепенным снижением температуры прилежащих слоев ядра расплава. Происходит, с одной стороны, формирование слоя твердой

фазы с постепенным его наращиванием. С другой стороны, над границей твердой фазы формируется малоподвижный слой остывшей жидкости. Линейное изменение температуры на последующих этапах свидетельствует о малости темпа охлаждения и стремлении процесса теплопереноса к стационарному.

1

0,9 о. 0,8 I 0.7

I 0.6

к 0,5

«9

§■ 0,4 |

I 0.2 0.1 о о

м

— - — -1 сут. — - - — 2 сут. 5 сут.

— 7 сут. - - - 10 сут.

Рис. 14 Изменение безразмерной температуры по высоте

Обработка результатов исследований выполнена в виде зависимости безразмерной температуры от числа Фурье при различных значениях числа фазового перехода. Полученные результаты подтверждают сделанный вывод о существенном влиянии темпа роста слоя твердой фазы на формирование температурного поля расплава в емкости. Значительные плотности тепловых потоков в пристенной области в начале остывания сводят это влияние к достаточно малой величине и практически не сказываются на формировании поля температур. Отводится тепло от жидкости, находящейся в пристенной области, и происходит формирование высокотемпературного «ядра». Характерное для серы малое значение теплоты фазового перехода также снижает это влияние. По мере роста слоя застывшей серы это влияние усиливается, что объясняется малыми значениями тепловых потоков. При этом темп роста слоя замедляется, а температура «ядра» начинает выравниваться.

Сопоставление полученных данных показывает, что в пределах погрешности измерений указанная зависимость может быть описана одним уравнением. Обработка полученных данных позволила получить следующую зависимость:

= о,98 - е~212Ро , (68)

Ки0

где Л'м0 — значение числа Нуссельта при т = 0.

В шестой главе представлены разработанные методики проектирования и конструирования, а также методики расчета технологических режимов аппаратов получения и переработки товарной серы, учитывающие выявленные существенные особенности процессов и реализующие полученные результаты исследования. Предложены методика проектирования и расчета аппаратов водной грануляции серы, методика расчета и особенности технологии наращивания блоков серы, исполнение и методики расчета конструкции и технологических режимов устройств плавления комовой, гранулированной и блочной серы, отражающие особенности процесса плавления серы. Представлены методика проектирования и энергосберегающая технология организации хранения расплава серы в технологических емкостях, методика расчета систем подогрева для хранения и транспортировки жидкой серы. Отражены вопросы конструктивно-технологической реализации результатов работы и общие рекомендации по моделированию и совершенствованию процессов производства товарной серы.

ВЫВОДЫ

1 Общим результатом работы являются научно обоснованные решения проблем тепломассообмена и аппаратурного оформления процессов получения, переработки и транспортировки товарной серы. В ходе исследования разработаны: оригинальное аппаратурное оформление грануляторов серы (патенты 2042418, 2104765, 2100049 России) и плавильных устройств; технологии плавления комовой и гранулированной серы, транспортировки и хранения расплава серы, а также интенсивная технология наращивания блочной серы; методики расчета конструктивных и технологических параметров аппаратов грануляции серы, плавильных устройств, емкостей для хранения расплава серы, а также процессов наращивания блоков серы.

2 Разработана технология водной грануляции серы, основанная на результатах экспериментального и теоретического исследований процессов тепломассообмена в грануляторе и обеспечивающая получение продукции, удовлетворяющей стандартам качества. В результате исследования:

а) предложена математическая модель процесса формирования гранул серы, учитывающая локальные изменения коэффициентов теплоотдачи. Модель позволила объяснить причины изменения размеров и расположения усадочной раковины, а также формы гранул, существенно влияющих на качественные показатели;

б) экспериментально установлено, что качественные показатели (форма гранул, влагосодержание, прочность) определяются режимом теплообмена;

в) экспериментально установлено существование трех зон в режимах работы аппарата, соответствующих различным качественным показателям. Впервые предложен безразмерный комплекс, позволяющий прогнозировать качественные показатели гранул в зависимости от тепловых режимов работы аппарата на стадии проектирования;

г) экспериментально определена минимальная высота слоя охлаждающей воды исходя из условия наименьшей прочности частично затвердевших гранул. Реализация полученных результатов позволила уменьшить остаточное влагосодержание гранул и сократить энергетические затраты системы охлаждения грануляционной установки, определяемые особенностями теплообмена;

д) доказана возможность использования струйного истечения жидкой серы из дозатора, позволяющая значительно увеличить производительность установки при стабилизации теплообмена в грануляционной колонне. Для процесса диспер-

гирования расплава серы получены зависимости в безразмерном виде, описывающие гранулометрический состав, определяющий темп охлаждения капель расплава;

е) определены технологические и конструктивные параметры грануляционной установки, соответствующие оптимальной организации тепломассообмена и учитывающие решение вопросов качества продукции и экологической безопасности. Предложенные режимы реализованы в оригинальных конструкциях грануляционной колонны и гранулятора расплава. Разработана методика расчёта технологических параметров грануляционной установки. Разработаны, изготовлены и испытаны установки производительностью 8 и 25 тонн в сутки. Полученная продукция удовлетворяет требованиям качества.

3 Разработана методика расчета конструктивных и технологических параметров аппарата плавления серы в ванне с расплавом, которая обеспечивает устойчивую работу аппарата при сохранении проектной производительности. Выделены существенные особенности процесса, позволившие предложить аппаратурное оформление плавильного устройства, разработана методика проектирования конструктивных и технологических параметров аппарата. В результате экспериментального исследования и численного моделирования процесса:

а) теоретически обоснована и экспериментально подтверждена зависимость, определяющая условие слипания частиц серы на поверхности расплава;

б) предложена модель, описывающая процесс тепломассообмена частиц, движущихся в расплаве, и учитывающая особенности динамики движения твердой серы и расплава в емкости как единый взаимосвязанный процесс. Установлены предельно допустимые параметры работы загрузочного устройства исходя из условия отсутствия слипания частиц в объеме расплава;

в) выделены два режима работы загрузочного устройства и получены безразмерные зависимости для расчета процесса тепломассообмена твердых частиц и расплава.

4 Разработана методика проектирования контактного плавильного устройства для комовой серы, позволяющая решить вопросы экологической безопасности производства при разработке блочных запасов серы. Для этого были решены следующие задачи:

а) предложена физико-математическая модель процесса плавления серы нагруженной греющей плитой;

б) получены зависимости для расчета полей давления, скорости движения расплава, темпа плавления и критериальное уравнение для расчета коэффициента теплоотдачи;

в) выделены и обобщены влияния краевых эффектов и угла наклона греющей пластины, получены уравнения для расчета поправочных коэффициентов;

г) выделены условия устойчивого режима работы плавильного устройства;

д) предложено аппаратурное оформление устройства плавления блочной серы и обоснованы его существенные конструктивные особенности.

5 Предложены энергосберегающая технология хранения расплава серы, включающая этап остывания с фазовым переходом, и методика расчета конструктивных параметров емкости для жидкой серы и технологических режимов ее хранения. В результате исследования:

а) разработана модель процесса тепломассообмена в изолированных и неизолированных емкостях, учитывающая особенности теплофизических свойств серы. Разработаны алгоритм и программа расчета теплообмена при хранении серы в усло-

виях нестационарных режимов тепломассообмена, осложненных фазовыми превращениями;

б) предложено уравнение, учитывающее динамику изменения интенсивности теплообмена при остывании расплава серы;

в) получено уравнение, обобщающее результаты расчета динамики роста слоя застывшей серы в режиме хранения без подогрева при различных граничных условиях;

г) предложена модель расчета процесса плавления застывшей серы на ограждающих поверхностях, использующая в качестве начальных условий температурные поля, формирующиеся при остывании расплава. Исследована численная модель плавления застывшей серы на ограждающих поверхностях, обобщены особенности процесса и предложена методика расчета технологических параметров разогрева застывшей серы;

д) обобщены существующие способы расчета теплообмена у горизонтального трубчатого подогревателя при плавлении застывшей серы. Исследованы особенности теплообмена трубчатого подогревателя и серы. Предложена методика расчета процесса плавления серы трубчатым подогревателем, находящимся в объеме застывшей серьг,

е) выделены существенные особенности конструктивного исполнения и технологических режимов, требующие учета при проектировании устройств хранения расплава серы, разработаны рекомендации по экономии энергоресурсов.

6 Разработаны технология интенсивного наращивания блоков серы и методика расчета работы наливного устройства.

7 Выданы практические рекомендации по конструированию и технологии получения, хранения и переработки товарной серы, в том числе:

а) научные результаты исследований реализованы в виде публикаций в ведущих специализированных изданиях и доложены на основных международных конференциях по химической технологии и тепло-массопереносу;

б) методика проектирования аппаратов грануляции серы внедрена при составлении технологического регламента аппарата водной грануляции серы на Астраханском газоперерабатывающем заводе;

в) результаты исследований приняты к использованию Астраханским центральным конструкторским бюро для расчетов конструкции теплоизоляции грузовых отсеков и систем подогрева груза наливных судов для перевозки вязких быстроза-стывающих грузов;

г) математическая модель процесса тепломассообмена и расчета температурных полей в расплаве и блоке серы использована в научно-исследовательской работе «Совершенствование работы механизированного склада комовой серы и установки ручного и автоматического налива жидкой серы» Астраханским научно-исследовательским и проектным институтом газа ООО «Астраханьгазпром», предложения по совершенствованию технологических режимов работы склада комовой серы приняты к реализации;

д) результаты исследований в части разработки мероприятий по совершенствованию экологической безопасности производства, транспорта и переработки товарной серы использованы Управлением Федеральной службы по надзору в сфере природопользования по Астраханской области при расчетах техногенной нагрузки на экосистемы региона предприятиями Астраханского газоперерабатывающего завода, Астраханского транспортного узла и систем отгрузки гранулированной серы и генеральных грузов ООО «Бузанпорт»;

е) полученные данные по тепломассообмену при хранении жидкой серы использованы Приволжской железной дорогой для уточнения температурных режимов наливных цистерн;

ж) разработанные методики проектирования и модели технологических процессов используются в учебном процессе Волгоградской государственной сельскохозяйственной академии и Астраханского государственного технического университета при изучении специальных дисциплин для студентов химико-технологического профиля обучения.

Основные обозначения:

й - диаметр, м; т — время, с; г — радиус, м; х, у — координаты в ортогональной системе координат, м; а — коэффициент температуропроводности, м2/с; X - коэффициент теплопроводности, Вт/(м-К); а — коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2-К); /— температура, К или °С; Ь — длина расчетной ячейки, м; 5 - толщина пленки расплава, м; г - подвижная граница области фазового перехода, м; и, у,№- составляющие скорости движения пленки в направлениях х, у, г соответственно, м/с; Р — сила, Н; Н — уровень жидкости, м; g — ускорения свободного падения, м/с2; Р — давление, Па; X — текущая координата границы застывания, м; V — объемный расход жидкости, м3/с; у— объем расчетной ячейки, м3; Шя. — присоединенная масса, кг; О — массовый расход жидкости, кг/с; Отв — удельная плотность загрузки твердой серы, кг/(с-м2); - удельная теплота процесса, Дж, кг; ц - теплота плавления, Дж/кг; р -плотность, кг/м3; с - теплоемкость, Дж/(кг-К); ц — коэффициент динамической вязкости, Па-с;

Безразмерные величины: Е, - коэффициент линейного сопротивления; Н = а/А.;

хт «1 Т1 и1 и2 а\ V рч26. йра

X V ¿1 а а ц2-

тг аг

в = (1, — )/((:„ — - безразмерная температура; е, - поправка на температурный напор; £ф — поправка на угол наклона греющей пластины; а^ - коэффициент уравнения;

Индексы: 1— жидкая фаза; 2 — твердая фаза; э — параметры фазового перехода; 0 — параметры окружающей среды; — охлаждающая среда; Г— среднее значение параметров жидкости; н — начальные условия; Ц — индекс расчетной ячейки по координатам х и у; ш — индекс ячейки фазового перехода; V — объема; g — тяжести; р - давления; а — бесконечно малое приращение; с - центр массы; Гр. -параметры греющей поверхности; X — присоединенная масса.

Основное содержание работы опубликовано:

По теме диссертации имеется 30 опубликованных работ (включая 3 патента на изобретение).

Ведущие рецензируемые журналы и научные издания:

1. Яковлев П.В. Теплообмен в процессах получения и переработки товарной серы. Монография. - Астрахань.: Изд-во АГТУ, 2004. - 168 с.

2. Пат. 2042418 Россия, МКИЗ В 01 Л 2/02. Грануляционная колонна /П.В. Яковлев, А.З. Щербаков, Ю.М. Бирюков - № 4949740/26. - Заявл. 27.06.1991. - Опубл. 27.08.1995. - Бюл. № 24. - 1 с.

3. Пат. 2104765 Россия, МКИЗ В 01 J 2/02. Гранулятор /П.В. Яковлев, А.З. Щербаков, Ю.М. Бирюков - № 5004310/25. - Заявл. 02.07.1991. - Опубл. 20.02.1998. -Бюл. №2.-1с.

4. Пат. 2100049 Россия, МКИЗ В 01 J 2/02. Гравитационный сепаратор /П.В. Яковлев, А.З. Щербаков, Ю.М. Бирюков - № 5004676/25. - Заявл. 13.08.1991. -Опубл. 27.12.1997. - Бюл. №2.-1 с.

■5. Яковлев П.В. Теплообмен при грануляции серы // Химическое и нефтегазовое машиностроение. - 2005.-№ 4. - С. 16-18.

6. Яковлев П.В., Селиванов П.В. Особенности теплообмена при грануляции серы // Химическая промышленность. - 2005. — т. 82, № 1. - С. 1-5.

7. Яковлев П.В., Селиванов Н.В. Влияние теплообмена на процесс грануляции серы // Химическая технология. - 2005. — № 2. - С. 36-39.

8. Яковлев П.В. Исследование теплообмена при плавлении твердой фазы подвижной нагруженной плэ^^^йЦИзвестия.ВУЗОВ. Северо-Кавказский регион. Технические науки. -№ГЬ—.Q 113-117.

9. Яковлев П.В. ИсЯШДЩИ^ЯИгообыена при водной грануляции серы // Известия ВУЗОВ. Северо-Кавюпский"регион. Технические науки. - 2005. - Приложение № 1. - С. 117-119.

10. Яковлев П.В. Моделирование процесса застывания расплава серы // Вестн.Астрахан.гос.техн.ун-та. - 2005. - 1(24). - С. 109-117.

11. Яковлев П.В. Селиванов Н.В. Теплообмен при плавлении серы // Вестн.Астрахан.гос.техн.ун-та. - 2005. - 2(25). - С. 204-212.

12. Яковлев П.В. Селиванов Н.В. Теплообмен при плавлении комовой серы // Вестн.Астрахан.гос.техн.ун-та. - 2005.-2(25). - С. 213-223.

13. Яковлев П.В. Теплообмен при плавлении твердой серы // Вестник Тамбовского государственного технического университета. 2006. Т. 11. № 2. С. 133 - 150.

14. Яковлев П.В., Селиванов Н.В. Особенности процесса теплообмена при грануляции серы //Инженерно-физический журнал. - Том 77. - № 5. - 2004. - С 29-34.

15. Yakovlev P. V., Selivanov N. V. Features of Heat Transfer in the Granulation of Sulfur // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. - 2004. - Vol. 77. - № 5, September. - P. 904 - 910.

16. Yakovlev P. V. Research of heat exchange under sulfur jet granulation "Chemical and Petroleum Engineering", 2005, №4. - p. 13-14.

Материалы международных конференций

17. Яковлев П.В., Селиванов Н.В., Горбанева Е.А. Динамика слоя структурированной фазы при перевозках застывающих жидкостей //Экология- образование, наука и промышленность: Сборник докладов Международной научно-методической кон<1в*гии. - Белгс^^БелГТАСМ, 2002. - Ч. 3. - С. 201-205.

18. Яковлев П.В.,^^»ванов Н.В.^Шрбанева Е.А. Влияние различных факторов на динамику слоя структурированной фазы //Материалы научн. чтений "Стратегия выхода из глобального экологического кризиса". -СПб.: МАНЭБ, 2001. - С. 178180.

19. Яковлев П.В., Селиванов Н.В., Горбанева Е.А. Совершенствование перевозок высоковязких жидкостей автотранспортом //Материалы научн. чтений "Стратегия выхода из глобального экологического кризиса". - СПб.: МАНЭБ, 2001. - С. 180182.

20. Яковлев П.В., Маркин В.К., Лубенко В.Н., Дзержинская И.С. Повышение экологической безопасности при транспортировке серы АГПЗ //Тез. докл. Меж-дунар. конф.: Каспий. Настоящее и будущее. - Астрахань, 1995. - С. 215-217.

21. Яковлев П.В., Селиванов Н.В. Агафонова И.А. Влияние угла наклона тупикового подогревателя на режим «захлебывания» Труды V Минского международного форума по тепломассобмену. - ГНУ «ИТМО г.м,- A.B. Лыкова». - НАНБ. — Минск, 2004. - С. 460-463.

22. Яковлев П.В., Селиванов Н.В. Влияние угла наклона тупикового подогревателя на режим «захлебывания» при встречном движении пара и конденсата //Тезисы докладов 26 Новосибирского теплофизического семинара. - Новосибирск: Ин-т теплофизики СО РАН, 2002. - С. 460-463. .,

23. Яковлев П.В., Горбанева Е.А. Теплообмен при плавлении твердой фазы подвижной нагруженной пластиной // V международная тёплофизическая школа: В 2 ч. Тамбов, 20-24 сеит. 2004 г. / ТГТУ. Тамбов, 2004. 4.2. с. 239-241.

24. Яковлев П.В., Селиванов Н.В. Агафонова H.A. Влияние угла наклона тупикового подогревателя на режим «захлебываниям. ГЭлектронный ресурс] //Труды V Минского международного ф теплоумшм^ну. - Минск: ГНУ «ИТМО им. A.B. Лыкова», 2004. - 1 CD .«иск. - НАНГ^^^^^Ш^

Региональные Я^ИР^^^^

25. Яковлев П.В., Маркин В.Кг, Овчшшиког ->.. Исследование процесса грануляции серы //Тез. докл. 40 научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава. — Астрахань: АГТУ, 1996. - С. 128.

26. Яковлев П.В., Маркин В.К., Плохов A.B., Овчинников В.А. Проблемы перевозки серы водным транспортом //Тез. докл. 40 научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава. — Астрахань: АГТУ, 1996. - С. 124.

27. Яковлев П.В., Щербаков А.З. Исследование процесса теплообмена при водной грануляции серы //Вестник Астраханского технического института рыбной промышленности и хозяйства. - М.: ВНИРО, 1993. - С. 246-247.

28. Яковлев П.В., Маркин В.К., Овчинников В.А. Исследование процесса грануляции серы //Тез. докл. научно-технической конференции «Проблемы экологической безопасности Нижнего Поволжья в связи с разработкой и эксплуатацией нефтегазоносных месторождений с высоким содержанием сероводорода». - Саратов: Изд-во Сарат. Ун-та, 1996. - 171 с.

29. Яковлев П.В., Маркин В.К., Черемицкий В.В. Перевозка жидкой серы водным транспортом //Тез. докл. научно-технической конференции «Проблемы экологической безопасности Нижнего Поволжья в связи с разработкой и эксплуатацией нефтегазоносных месторождений с высоким содержанием сероводорода».- Саратов: Изд-во Сарат. Ун-та, 1996.-172 с.

30. Яковлев П.В., Щербаков А.З., Овчинников В.А. Совершенствование технологического процесса производства товарной серы с 1 ('елью,снижения потерь серы //Тез. докл. «Проблемы изучения, охрань^^ациональнсЛ^^спользования природных ресурсов Волго-Ахтубинской пойшКлдельгы'реД^юлги». - Астрахань, 1989.-С. 162-163.

Подписано к печати 5.10.2006 г. Заказ 745 Гарнитура Times New Roman. Формат 60 х 84/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Объем: 1,92 усл. печ. д.: 2,2 уч.-изд. л. Тираж 100 экз. С. 32 1

Типография АГТУ 414025, Астрахань, Татищева, 16

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И НАПРАВЛЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ И ОБОРУДОВАНИЯ

ПРОИЗВОДСТВА ТОВАРНОЙ СЕРЫ.

1.1 Анализ перспектив развития рынка товарной серы.

1.2 Существующие технологии получения, хранения и переработки товарной серы.

1.3 Возможности совершенствования производств товарной серы.

1.4 Выводы.

Глава 2 ОСОБЕННОСТИ ФИЗИЧЕСКОГО И МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ТЕПЛОМАСОООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ПОЛУЧЕНИИ, ХРАНЕНИИ И ПЕРЕРАБОТКЕ ТОВАРНОЙ СЕРЫ.

2.1 Исследование физико-химических свойств серы.

2.2 Методы расчета тепломассообмена в аппаратах грануляции серы.

2.3 Особенности математического моделирования конвекции в капле расплава и возможности использования модели для микроструктурного анализа процессов тепломассообмена при формировании гранул.

2.4 Методы расчета конвективного теплообмена с охлаждающей средой в процессах грануляции серы.

2.5 Особенности кристаллизации расплава серы в технологических процессах производства товарной серы.

2.6 Исследование диспергирования расплава серы в установках грануляции серы.

2.7 Методы и проблемы расчета процессов тепломассообмена расплава серы и ограждающих поверхностей.

Выводы.

Глава 3 ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛОМАССООБМЕНА

ПРИ ЗАТВЕРДЕВАНИИ ГРАНУЛ. 3.1 Разработка математической модели тепломассообменных процессов при затвердевании капли в потоке хладагента.

3.2 Разработка математической модели конвективного течения при движении капли в потоке хладагента.

3.3 Экспериментальное исследование теплофизических процессов грануляции серы.

3.3.1 Методика экспериментального исследования процессов грануляции

3.3.2 Погрешность результатов измерений.

3.4 Результаты экспериментальных и теоретических исследований.

Анализ полученных данных.

3.4.1 Анализ тепломассообменных процессов в установках грануляции серы и возможности повышения качества получаемых гранул.

3.4.2 Методы расчета и зависимости для гранулометрического состава.

3.4.3 Влияние особенностей тепломассообмена в аппаратах грануляции серы на влагосодержание гранул.

3.4.4 Анализ влияния особенностей тепломассообмена в аппаратах грануляции серы на прочностные показатели гранул.

3.4.5 Результаты исследования влияния процессов тепломассообмена на режимы работы установки грануляции серы, обобщающие зависимости для определения границ режимов, обеспечивающих требуемые качественные параметры гранул.

3.4.6 Сопоставление и достоверность теоретического и экспериментального исследований теплообменных процессов.

Выводы.

Глава 4 ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛОМАССООБМЕНА ПРИ ПЛАВЛЕНИИ СЕРЫ. 4.1 Особенности тепломассообменных процессов при плавлении серы.

4.2 Результаты исследований и методы расчета тепломассообменных процессов плавления в условиях конвективного движения расплава

4.3 Результаты исследований, способы повышения производительности аппаратов и методы расчета тепломассообмена при плавлении частиц серы смешанного фракционного состава в расплаве.

4.4 Результаты исследований, способы интенсификации процесса и методы расчета тепломасссообмена при плавлении нагруженной греющей пластиной бесконечной ширины.

4.5 Особенности тепломассообмена и расчетные зависимости при плавлении нагруженной греющей пластиной с учетом краевых эффектов и переменных углах наклона пластины.

4.6 Анализ устойчивости и особенности тепломассообменных процессов при плавлении в условиях совместного воздействия сил давления и гравитации в плавильных аппаратах серы.

Выводы.

Глава 5 ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ПРОЦЕССОВ ТЕПЛОМАССООБМЕНА ПРИ ХРАНЕНИИ И ТРАНСПОРТИРОВКЕ РАСПЛАВА СЕРЫ. 215 5.1 Исследование процесса тепломассообмена у ограждающих поверхностей.

5.1.1 Расчет тепломассообмена у вертикальной поверхности.

5.1.2 Расчет тепломассообмена у горизонтальной поверхности.

5.1.3 Особенности тепломассообмена расплава с подогревателями.

5.1.4 Особенности тепломассообмена в придонной области.

5.1.5 Учет особенностей тепломассообмена при застывании расплава у ограждающих поверхностей.

5.2 Особенности тепломассообмена при остывании расплава серы.

5.3 Результаты исследования и методы расчета тепломассообмена при остывании расплава.

5.3.1 Результаты численных решений остывания расплава.

5.3.2 Анализ результатов численных решений и расчетные зависимости затвердевания расплава серы.

5.3.3 Анализ результатов исследования и особенности расчета процесса плавления твердой фазы при разогреве емкости с расплавом

5.4 Методы расчета тепломасообмена в системах подогрева.

5.4.1 Методы расчета теплообмена у горизонтального трубчатого подогревателя.

5.4.2 Особенности и методы расчета тепломассообмена у горизонтального трубчатого подогревателя при плавлении рабочего тела.

Выводы.

Глава 6 ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ В ПРОИЗВОДСТВАХ ПОЛУЧЕНИЯ, ХРАНЕНИЯ И ПЕРЕРАБОТКИ ТОВАРНОЙ СЕРЫ.

6.1 Методика проектирования и расчета процессов аппаратов водной грануляции серы.

6.1.1 Методика расчета диспергирующего устройства.

6.1.2 Методика расчета конструктивных и технологических параметров грануляционной колонны.

6.2 Методика расчета процесса наращивания блоков комовой серы.

6.2.1 Расчет процесса тепломасообмена при наращивании блока комовой серы.

6.2.2 Расчет технологических параметров процесса получения комовой серы.

6.2.3 Численный метод решения задачи формирования блока серы

6.3 Методика проектирования и расчета аппаратов плавления комовой и гранулированной серы в расплаве.

6.4 Методика проектирования и расчета устройств плавления блочной серы.

6.5 Методика проектирования и расчета тепломассообмена в технологических емкостях и системах подогрева для хранения и транспортировки жидкой серы.

6.6 Вопросы конструктивно-технологической реализации результатов работы и общие рекомендации по моделированию и совершенствованию процессов производства товарной серы.

Выводы.

Сера наряду с углем, нефтью, известняком, поваренной солью и некоторыми другими продуктами относится к основным видам сырья химической промышленности. Помимо азота, фосфора, калия, кальция и магния сера также является необходимым питательным минеральным элементом растений. Это подчеркивает стратегическую значимость серы для экономики и для обеспечения населения продовольствием, особенно в условиях быстрого роста его численности в мире.

Расширение производства серы требует выбора оптимального ее товарного вида, удовлетворяющего комплексу требований, которые обусловлены необходимостью её дальнейшей погрузки, транспортировки и использования.

Анализ современного состояния рынка серы, форм, технологий получения, переработки и хранения позволяет выделить наиболее перспективные направления развития ее производства, технологий и аппаратов. При этом необходимо отметить, что сера как продукт переработки имеет свои особенности, требующие индивидуального подхода к решению ряда задач проектирования аппаратов и разработки специальных технологий. Необходимость решения этих задач определяет актуальность настоящего исследования технологий производства и аппаратного оформления процессов получения, переработки и хранения товарной серы, удовлетворяющих современным требованиям энергосбережения, производительности, качества и экологической безопасности.

В настоящее время на первый план выдвигаются проблемы экологической чистоты технологии получения товарной серы. Значительное количество производств России использует технологии, не соответствующие современным стандартам экологической безопасности. В транспортных схемах наибольшую опасность при погрузо-разгрузочных и транспортных работах с серой представляет унос пыли, который приводит к потерям серы, наносит вред окружающей среде, создаёт возможность воспламенения и взрыва.

Анализ литературных источников показывает, что практически не исследованы также актуальные проблемы энергосбережения в серных производствах.

Среди многообразия товарных видов серы следует выделить такие, как жидкая, гранулированная и комовая сера, на долю которых приходится значительный объем производства.

Жидкая сера присутствует практически во всех процессах переработки серы как промежуточное состояние или конечный продукт. Это обусловлено преимуществами применения жидкости в технологических процессах. Аппаратное оформление процессов с расплавом серы включает в себя емкости для хранения и транспортировки жидкой серы, в том числе железнодорожные цистерны-термосы, танки наливных судов, трубопроводы и насосные системы.

Транспортировка жидкой серы в России успешно осуществляется железнодорожным транспортом с использованием специализированных вагонов-термосов, оборудованных системой подогрева. Но эти перевозки ограничиваются дальностью перемещения без путевого подогрева на расстояние порядка 700 км. Кроме того, эти перевозки достаточно дороги, т.к. требуют приобретения специальных вагонов, а также затрат электроэнергии на разогрев серы. Снижение эксплуатационных затрат возможно на основе исследования теп-ломассообменных процессов с целью оптимизации технологических режимов перевозки и разогрева.

В отличие от железнодорожных, перевозки водным транспортом дешевле, что обусловлено большим объемом единичной транспортной операции и сокращением удельных теплопотерь. Как показывает мировой опыт, перевозка жидкой серы на значительные расстояния и в больших масштабах целесообразна при применении специализированных судов-серовозов. Строительство отечественных судов данного класса невозможно без решения задач тепломассообмена в емкостях при различных ее конструктивных исполнениях и технологических режимах работы.

Проблемой проектирования емкостей для хранения и перевозки жидкой серы является необходимость поддержания серы в расплавленном виде. Особенности физико-химических свойств серы требуют стабилизации температуры жидкости в относительно узком диапазоне, что выделяет круг задач исследования, среди которых способы поддержания и регулирования температурных полей в расплаве. С другой стороны, возникает необходимость интенсификации тепломассообменных процессов плавления и затвердевания серы в технологических процессах, связанных с осуществлением фазового перехода. Задача существенно осложняется, если в результате процесса должен быть получен продукт, удовлетворяющий критериям качества, таким как прочность, структура, геометрическая форма и т.д. [18, 50, 71, 72, 82]. Проблемой, также требующей решения, является разработка технологических режимов, учитывающих нестационарность тепломассообменных процессов в емкостях хранения и особенности процесса выгрузки.

Другим способом решения экологических и технологических проблем транспорта и хранения серы является производство гранулированной серы. Гранулированные продукты обладают высокой текучестью, не слёживаются, мало пылят при погрузо-разгрузочных работах. Применение гранулированных продуктов позволяет улучшить санитарно-гигиенические условия труда, автоматизировать дозировку продукта, использовать пневмо- и вибротранспорт. Относительно низкая стоимость получения товарной серы в гранулированном виде делает данную технологию привлекательной для многих производителей и потребителей серы. Вместе с тем, широкое использование технологии производства гранулированной серы сдерживается недостатками и высокой стоимостью существующих зарубежных аппаратов и отсутствием аппаратов отечественного производства.

Из существующих видов грануляторов наибольшее распространение получили аппараты водной и воздушной грануляции серы. Установки воздушной грануляции серы требуют значительных капитальных затрат. Из этих аппаратов вместе с охлаждающим воздухом уносится серная пыль, рассеиваемая на значительном расстоянии. В районе работы установки ухудшается экологическая обстановка, возникает опасность подкисления почвы и водоёмов. Одним из серьёзных недостатков установок воздушной грануляции серы является их взрывоопасность. К их достоинствам необходимо отнести относительно низкие эксплуатационные затраты при крупном производстве и высокое качество получаемых гранул.

Распространение производства водной грануляции серы сдерживается высокой обводнённостью готового продукта. Поверхностная влага может быть отделена любым из используемых в промышленности способов, таких, как грохочение, центрифугирование и т.д. Влага, попавшая в усадочную раковину в ходе затвердевания, удаляется только в процессе сушки, что усложняет процесс производства и требует дополнительных затрат.

В настоящее время ведётся поиск путей уменьшения себестоимости гранулированной серы. Так, например, рядом фирм разработаны способы снижения влагосодержания путём внесения в охлаждающую воду различных добавок [261]. Необходимо отметить, что это приводит к загрязнению продукта и требует дополнительных затрат.

Анализ совокупности преимуществ и недостатков существующих технологий производства гранулированной серы показывает, что наиболее перспективным является водный способ. С целью устранения существующих недостатков водной грануляции необходимо всесторонне изучить тепломассооб-менные процессы, их влияние на качество продукции, определить аппаратное оформление установки для реализации оптимальных технологических параметров процесса.

Конъюнктура рынка серы требует гибкого реагирования на изменение мировых цен и регулирования объемов продаж. Вместе с тем возникает проблема непрерывности технологических процессов получения серы и связанной с ней необходимостью хранения запасов серы. Наращивание блока технологически решается достаточно просто и методика расчета этого процесса хорошо известна [7, 9, 42, 46, 51, 57, 58, 72, 100, 117, 159, 165]. При разработке блока механическими способами возникает проблема пыления, которая решается плавлением блока мобильными плавильными устройствами. Такие устройства разработаны и используется за рубежом [82, 72, 119]. Вместе с тем, процесс теплообмена с учетом специфики работы плавильных агрегатов изучен недостаточно, и для создания высокоэффективных устройств необходимы дополнительные исследования.

Сера как продукт переработки имеет существенные индивидуальные особенности (малые значения величин коэффициента теплопроводности, теплоты плавления, ограниченный допустимый диапазон изменения температур в аппаратах и т.д.), требующие их учета и отдельного подхода к решению задач проектирования аппаратов и разработки специальной технологии. Необходимость дальнейшего расширения производства и ассортимента видов товарной серы требуют создания новых высокопроизводительных устройств, удовлетворяющих требованиям энергосбережения, экологической безопасности, соответствующих отечественным и международным стандартам качества продукции.

Необходимость создания и совершенствования аппаратов, обеспечивающих реализацию технологий получения товарной серы, которая соответствует отечественным и международным стандартам качества продукции, экологической безопасности, надежности и эффективного использования энергоресурсов, недостаточная изученность процессов тепломассообмена, являющихся определяющими в технологии получения, переработки, хранения и транспортировки серы определяет актуальность данной работы.

Работа выполнена: в соответствии с координационными планами НИР и ОКР в рамках Всесоюзной программы и Программы Минрыбхоза СССР на 1975-1990 гг. «Экономия топливно-энергетических ресурсов»; в соответствии с Приоритетными направлениями фундаментальных исследований РАН (одобрено постановлением Президиума РАН от 13.01.98 г. №7 - поз. 2.1.4 «Исследования в области энергосбережения и эффективных технологий»); Региональной программой «Научно-технические и экологические проблемы освоения и эксплуатации Астраханского газоконденсатного месторождения» (1990 г.), Межотраслевой комплексной программой «Экология», утвержденной приказом Мингазпрома СССР от 23.09.90 № 220, а также в соответствии с новыми особенностями, возникшими в современных условиях, в том числе по результатам экспертиз экологической безопасности производства, транспорта и переработки товарной серы предприятиями Астраханского газоперерабатывающего завода, проводимых Управлением Федеральной службы по надзору в сфере природопользования по Астраханской области в 2003-2006 г.г.

Анализ данных проблем позволяет выделить следующий единый и взаимосвязанный комплекс направлений исследований;

- Разработка аппаратурного оформления процесса грануляции серы, удовлетворяющего требованиям стандартов качества и экологической безопасности производства на основе исследования процессов тепломассобмена в аппаратах грануляции серы;

- Исследование процессов и разработка методик расчета конструктивных и технологических параметров аппаратов плавления твердой серы в расплаве, допустимых границ технологических режимов работы, обеспечивающих проектную производительность, надежность работы плавильных устройств и снижение энергозатрат на основе результатов исследования процессов тепломассообмена при взаимодействии фаз в плавильном аппарате;

- Исследование процессов и разработка методик расчета конструктивных параметров, производительности и технологических режимов аппаратов на основе результатов исследований тепломассообмена при плавлении твердой серы греющей поверхностью;

- Исследование процессов и разработка методик для конструктивного расчета теплоизоляции и систем подогрева емкостей для хранения расплава серы, определения технологических режимов их работы с целью снижения энергозатрат, полученных на основе результатов исследования особенностей процессов тепломассообмена при хранении и разогреве расплава серы при нестационарных режимах, осложненных фазовыми превращениями;

- Изучение и решение вопросов практической реализации предлагаемых методик, технологий и аппаратов, а также перспектив их совершенствования в современных условиях.

В связи с этим потребовалось комплексное решение таких вопросов, как производство, хранение и переработка товарной серы. Это позволило нам сформулировать проблему исследования, сущность которой заключается в разработке аппаратного оформления процессов производства, хранения и переработки товарной серы, исследовании процессов и в разработке методик расчета конструктивных и технологических параметров в процессах и аппаратах современного производства, хранения и переработки товарной серы.

Объект исследования: процессы и аппараты производства, хранения и переработки товарной серы.

Предмет исследования: тепломассообмен как важнейшая составляющая процессов в аппаратах производства, хранения и переработки товарной серах и аппаратное оформление процессов.

Цель исследования заключается в разработке конструктивного исполнения комплекса аппаратов производства, хранения и переработки товарной серы, создании надежных методов расчета технологических параметров процессов тепломассообмена серных производств.

Идея работы заключается в разработке технологий производства и переработки товарной серы, их аппаратного обеспечения и методик расчета с позиций управления процессами тепломассообмена для обеспечения повышения эффективности, улучшения качества получаемой продукции и рационального использования энергоресурсов.

Задачи, решаемые в работе. Для достижения поставленных целей необходимо решить комплекс следующих научных задач:

1. Выделить существенные особенности аппаратного оформления серных производств, определяющие надежность их работы, производительность, качество продукции, расход энергоресурсов.

2. Выявить особенности тепломассообменных процессов при производстве, хранении и переработке товарной серы.

3. Выполнить исследования и разработать модели процессов тепломассообмена при производстве, хранении и переработке товарной серы.

4. Получить теоретические и экспериментальные зависимости для расчета процессов тепломассообмена в аппаратах серных производств.

5. На основе полученных зависимостей разработать методики конструктивного расчета аппаратов производства, хранения и переработки товарной серы.

6. Разработать аппаратное оформление производства товарной серы.

7. Предложить технологические режимы работы оборудования, обеспечивающие надежную и безопасную его работу в условиях эффективного использования энергоресурсов.

8. Осуществить опытно-экспериментальную проверку и оценку обоснованности расчетных зависимостей и моделей теплообменных процессов производства, хранения и переработки товарной серы.

9. Обосновать целесообразность и наметить перспективы реализации предлагаемых новых технологий по получению товарной серы и решить вопросы энергосбережения при перевозках жидкой серы, повысить надежность, производительность и снизить энергозатраты работы аппаратов для плавления комовой и гранулированной серы.

Основные научные положения выносимые на защиту:

1. Аппаратное оформление процесса получения гранулированной серы.

2. Результаты экспериментальных исследований тепломассобмена при охлаждении капель расплава серы в потоке хладагента в аппарате грануляции серы как комплекс тепло-гидравлических явлений. Математическая модель процесса формирования гранул серы, учитывающая локальные изменения коэффициентов теплоотдачи.

3. Полученный критериальный комплекс, учитывающий условия тепломассообмена при грануляции серы и определяющий режим работы устройства. Методика расчета технологического режима, обеспечивающего получение продукции, удовлетворяющей требованиям качества.

4. Результаты экспериментального исследования режимов работы диспергирующего устройства для расплава серы и критериальные уравнения его расчета. Методика конструкционного расчета.

5. Оформление и методики конструкционного расчета плавильного аппарата, параметров технологических режимов загрузочного устройства и ванны, предельных режимов работы аппарата исходя из условия его устойчивой работы. Результаты численных и экспериментальных исследований теплообмена при плавлении комовой серы в расплаве. Полученные численные решения процесса тепломассообмена в поверхностном слое и в объеме расплава, учитывающие особенности теплового взаимодействия твердой и жидкой фаз и динамики движения расплава в объеме. Критериальные комплексы, определяющие допустимые границы режимов работы плавильного устройства из условия предотвращения слипания частиц в поверхностном слое при движении частиц серы в объеме расплава, а также в придонной области плавильной ванны.

6. Аппаратурное оформление и методики конструкционного расчета контактного плавильного аппарата, технологических режимов работы, обеспечивающих проектную производительность при заданных граничных условиях. Результаты численного исследования процесса теплообмена при плавлении блочной серы нагруженной греющей плитой, критериальные уравнения для расчета тепломассообмена между греющей плитой и твердой серой, критериальные уравнения для расчета поправочных коэффициентов, определяемые влиянием краевых эффектов и угла наклона греющей плиты.

7. Методика расчета динамики роста слоя застывшей серы на ограждении и потерь тепла в режиме остывания без подогрева, осложненного фазовыми превращениями, учитывающая особенности исполнения ограждающей конструкции. Результаты численного и экспериментального исследований теплообмена при хранении расплава серы в изолированных и неизолированных емкостях в режимах остывания и разогрева. Полученные критериальные зависимости для расчета тепломассообмена, учитывающие динамику изменения интенсивности тепломассообмена при остывании расплава серы, критериальное уравнение, обобщающее результаты расчета динамики роста слоя застывшей серы.

8. Методика расчета процесса плавления застывшей серы трубчатым подогревателем. Результаты численного исследования теплообмена у горизонтального трубчатого подогревателя при плавлении застывшей серы и процесса плавления серы трубчатым подогревателем, находящимся в объеме застывшей серы.

9. Конструктивное исполнение, методики расчета рабочих режимов и технологические регламенты промышленных установок получения, переработки, создания запасов, хранения и транспортировки товарной серы, позволяющие реализовать новые технологии, расширяющие товарный ассортимент и управлять производственными мощностями в зависимости от потребностей рынка, а также решать вопросы энергосбережения и экологической безопасности производств.

Научная новизна работы.

1. Выявлены особенности теплообменных процессов при водной грануляции серы, объясняющие физическую сущность процессов и приводящие к изменениям структуры формирующихся гранул и качественным изменениям свойств готовой продукции. На основании результатов численных исследований разработанной математической модели и экспериментальных исследований предложен критериальный комплекс, позволяющий количественно описать допустимые границы изменения технологических параметров. Получены критериальные уравнения для расчета процесса диспергирования в грануляторе и для гранулометрического состава.

2. На основе экспериментальных исследований процесса плавления твердой серы в расплаве разработана математическая модель, учитывающая влияние особенностей динамики движения расплава при его взаимодействии с частицами твердой серы в поверхностном слое и объеме расплава на процессы тепломасообмена. Предложены модифицированные критерии подобия Рейнольдса и Фруда, учитывающие плотность и способ загрузки твердых частиц. В результате исследований определены зоны возможного слипания частиц, критериальные комплексы, устанавливающие допустимые изменения режимов работы аппарата и критериальное уравнение для расчета теплоотдачи, которые учитывают исследованные особенности взаимодействия расплава и частиц.

3. Разработана математическая модель процесса плавления серы греющей пластиной, отражающая особенности теплофизических характеристик серы, формирования слоя расплавленной серы в зависимости от граничных условий, формирующегося поля давлений в зазоре и локальных значений плотности теплового потока. В результате исследований получены критериальные уравнения для расчета тепломассообмена, которые учитывают особенности процесса, а также критериальные зависимости для расчета поправочных коэффициентов на температурный напор и угол наклона греющей поверхности.

4. Разработана математическая модель процессов тепломассообмена при остывании и разогреве серы, учитывающая его особенности при нестационарном процессе тепломассообмена, осложненном фазовыми превращениями в аппарате. В результате исследований получено критериальное уравнение, описывающее процесс тепломасообмена при остывании серы, сопровождающийся формированием твердой фазы серы на ограждающих поверхностях. Исследованы особенности работы трубчатого подогревателя при плавлении серы, разработана методика расчета темпа плавления, учитывающая выявленные особенности.

5. На основе анализа особенностей тепломассообмена в процессах производства, хранения и переработки серы предложены научные основы расчетов и конструктивных особенностей аппаратного оформления.

Теоретическая значимость исследования состоит в том, что:

1. На основе теоретического и экспериментального исследований предложена математическая модель процесса тепломассообмена при грануляции серы, на основании чего выделены существенные факторы, определяющие структуру формирующейся поверхности гранул, которая определяет качественные параметры продукции. Исследована динамика изменения температурных полей при остывании гранул в потоке хладагента и границы фазового перехода. Экспериментально исследовано влияние технологических параметров установки на качественные показатели гранул серы. Предложен критериальный комплекс, позволяющий количественно описать допустимые границы изменения технологических параметров. Получены критериальные уравнения для расчета процесса диспергирования в грануляторе и для гранулометрического состава.

2. На основе экспериментальных исследований разработана математическая модель процесса тепломассообмена при плавлении серы в расплаве, учитывающая взаимное влияние движения частиц серы и расплава в объеме аппарата. Исследованы процессы тепломассообмена при взаимодействии твердых частиц с поверхностью расплава. В результате расчетов получены поля скоростей расплава и частиц в аппарате, поле температур и динамика изменений температуры поверхности частиц серы. Предложены модифицированные критерии подобия Рейнольдса и Фруда, учитывающие плотность и способ загрузки твердых частиц. Получены критериальные комплексы, устанавливающие допустимые изменения режимов работы загрузочного устройства, требуемые параметры работы аппарата исходя из условия устойчивости его работы, критериальное уравнение для расчета теплоотдачи.

3. Разработана математическая модель процесса плавления серы греющей пластиной. В результате исследований получены законы изменения локальных значений поля давлений, скоростей движения расплава в зазоре, темп плавления. На основании обобщения полученных данных предложены критериальные уравнения для расчета тепломассообмена, учитывающие особенности процесса, а также критериальные зависимости для расчета поправочных коэффициентов, учитывающих температурный напор и угол наклона греющей поверхности.

4. Разработана математическая модель процессов тепломассообмена при остывании и разогреве серы, учитывающая особенности нестационарного процесса, осложненного фазовыми переходами при застывании и плавлении серы в аппарате, получено критериальное уравнение, описывающее процесс тепломасообмена при остывании серы, разработана методика расчета темпа плавления серы на ограждающих поверхностях и трубчатым подогревателем, учитывающая выявленные особенности.

5. На основе анализа особенностей тепломассообмена в процессах производства, хранения и переработки серы предложены научные основы расчетов и конструктивных особенностей аппаратного оформления.

Методологическую основу исследования составляет единство теоретического и экспериментального подходов к исследованию тепломассообмен-ных процессов при производстве, хранении и переработке товарной серы, современные концепции в области теплофизики, использование теории физического подобия для обобщения полученных результатов исследования, применение современного программно-аппаратного комплекса для изучения теоретических моделей, системный подход, ведущие положения теории тепломассообмена.

Методы исследования. На различных этапах опытно - экспериментальной работы для решения поставленных задач и подтверждения гипотезы использовался комплекс методов, среди которых:

- изучение и обобщение исследований по проблеме производства, у< /У^Лл«-""' хранения и переработки товарной серы; ' , ,,, г ,

- теоретический анализ теплообмена в процессах и аппаратах производства, хранения и переработки товарной серы; |

- экспериментальные исследования тепломассообмена в процессах и аппаратах производства, хранения и переработки товарной серы;

- статистико-математические методы обработки данных;

- математическое моделирование процессов тепломасообмена, численный эксперимент на компьютерных моделях;

- анализ, изучение и обобщение полученных данных.>

Достоверность результатов исследования обеспечивалась использованием фундаментальных законов тепломассообмена, методов решения дифференциальных уравнений и численных методов анализа, целостным подходом к решению проблемы, методологической обоснованностью и непротиворечивостью исходных теоретических положений исследования, разработкой адекватной предмету исследования методики опытно-экспериментальной работы, экспериментальным подтверждением основных результатов исследования и научной обработкой полученных в ходе эксперимента данных, оценкой экспериментальных данных различными методами.

Практическая значимость работы:

1. Предложена технология, оригинальное аппаратное оформление, защищенное патентами на изобретения, а также методика расчета процесса грануляции серы, основанные на оптимизации тепломассобме-на при остывании расплава в среде хладагента и позволяющие создавать установки, удовлетворяющие требованиям экологической безопасности, энергосбережения при получении продукции, соответствующей действующим стандартам качества;

2. Разработаны методики расчета процессов теплообмена и режимов работы устройств для плавления комовой серы в расплаве, выделены границы режимов устойчивой работы, определяемые условиями требуемой производительности и энергосбережения. Полученные результаты позволяют создавать высокопроизводительные устройства, устойчивость работы которых в пределах проектных параметров обеспечивается технологическими режимами загрузки, рассчитываемыми по полученным зависимостям;

3. Разработана методика расчета конструктивных и технологических параметров устройств плавления блочной серы греющей плитой. Полученные результаты позволяют проектировать плавильные устройства для блочной серы, отвечающие современным требованиям экологической безопасности;

4. Разработаны методики расчета процессов теплообмена при хранении и перевозке жидкой серы, позволяющие проектировать ограждающие конструкции, системы подогрева и технологические режимы транспортных и технологических емкостей на основе энергосберегающих технологий.

Опытно-экспериментальной базой исследования явилась лабораторная и опытно-экспериментальная база Астраханского государственного технического университета. В ходе исследования разработаны, изготовлены и использованы пять оригинальных лабораторных установок, конструктивные особенности которых защищены тремя патентами РФ. Численный эксперимент на компьютерных моделях реализован с использованием существующего лицензионного программного обеспечения. Алгоритмы и программы расчета разработаны автором. В работе также использованы опубликованные в печати результаты исследований в области производства и переработки товарной серы. Результаты проведенного исследования были использованы для разработки технологического регламента производства гранулированной серы.

Апробация и внедрение результатов исследования

Основные положения и результаты исследования докладывались и обсуждались на конференции «Стратегия выхода из глобального экологического кризиса: Материалы научных чтений, МАНЭБ, 2001 г.», Международной научно-методической конференции «Экология. Образование, наука и промышленность. Белгород, 2002 г.», II Международной научно-практической конференции «Экология: образование, наука, промышленность и здоровье», 2004 г., 26 Новосибирском теплофизическом семинаре 17-19 июня 2002 г. Новосибирск: Ин-т теплофизики СО РАН, V Минском международном форуме по тепломассообмену (24-28 мая 2004 г.) ИТМО им. А.В.Лыкова НАНБ, на итоговых научно-практических конференциях АГТУ в 1992-2004 г., Международной конференции «Каспий. Настоящее и будущее. Астрахань 17-20 ноября

1995 г.», научно-технической конференции «Проблемы экологической безопасности Нижнего Поволжья в связи с разработкой и эксплуатацией нефтегазоносных месторождений с высоким содержанием сероводорода. Саратов,

1996 г.», V Международной теплофизической школе 20-24 сентября 2004 г., г. Тамбов. Элементы устройств, разработанные в результате выполнения настоящей научно-исследовательской работы, защищены 3 патентами РФ.

Разработанная методика проектирования аппаратов грануляции серы внедрена при составлении технологического регламента аппарата водной грануляции серы на Астраханском газоперерабатывающем заводе. Результаты исследований приняты к использованию Астраханским центральным конструкторским бюро для расчетов конструкции теплоизоляции грузовых отсеков и систем подогрева груза наливных судов для перевозки вязких быстрозасты-вающих грузов. Математическая модель процесса тепломассообмена и температурных полей в расплаве и блоке серы применялась в научноисследовательской работе «Совершенствование работы механизированного склада комовой серы и установки ручного и автоматического налива жидкой серы» Астраханским научно-исследовательским и проектным институтом газа ООО «Астраханьгазпром». Результаты исследований в части разработки мероприятий по совершенствованию экологической безопасности производства, транспорта и переработки товарной серы использовались Управлением Федеральной службы по надзору в сфере природопользования по Астраханской области при расчетах техногенной нагрузки на экосистемы региона предприятиями Астраханского газоперерабатывающего завода, Астраханского транспортного узла и систем отгрузки гранулированной серы и генеральных грузов ООО «Бузанпорт».

Результаты исследований внедрены в учебном процессе при чтении специальных дисциплин в Волгоградской государственной сельскохозяйственной академии. Монография «Моделирование тепломассообмена в процессах получения и переработки товарной серы», обобщающая результаты исследований, используется в учебном процессе для студентов химико-технологического факультета Астраханского государственного технического университета.

Приняты к реализации предложения по совершенствованию технологических режимов работы склада комовой серы и методики проектирования систем подогрева транспортных емкостей для перевозки высоковязких жидкостей.

В результате выполненных комплексных научных исследований разработаны теоретические положения, совокупность которых представляет комплекс научно обоснованных технических и технологических решений, позволяющих качественно изменить структуру производства товарной серы, адаптируя производственные возможности предприятий, производящих серу, к требованиям рынка, повысить экономическую эффективность производства, реализовать энергосберегающие технологии, успешно решать проблемы экологической безопасности производства серы.

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 31 работе, в том числе в 12 изданиях, рекомендуемых ВАК, и в монографии.

Организация исследования.

Теоретико-экспериментальная работа проводилась в несколько этапов: Первый этап (1991 - 1997 гг.) - изучение и анализ отечественного и зарубежного опыта производства гранулированной серы, проведение теоретических и экспериментальных исследований в области получения и переработки товарной серы, обработка и обобщение полученного материала.

Второй этап (1998 - 2002 гг.) - разработка модели процессов теплообмена при плавлении комовой и блочной серы, разработка алгоритмов решения и программы расчета, проведение численного эксперимента, проверка и корректировка моделей.

Третий этап (2002-2004) - разработка модели процессов теплообмена при хранении жидкой серы, разработка алгоритмов решения и программы расчета, % проведение численного эксперимента, проверка достоверности полученных результатов сопоставлением с экспериментальными данными, обобщение полученных результатов.

Работа по реализации результатов проводилась на всех этапах и продолжается в настоящее время.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 6-и глав, заключения, выводов, списка литературы и приложений. Общий объем - 423 с. В работе использовано 283 отечественных и 49 зарубежных источника. Работа иллюстрирована 97 рисунками содержит 282 формулы, 18 таблиц.

выводы

В результате проведенных исследований получены уравнения для расчета тепломассообменных процессов производственных операций получения, хранения и переработки товарной серы, на основании которых разработаны методики расчета соответствующих аппаратов и технологических режимов этих производств. В результате проведенного исследования предложены следующие методики расчета аппаратов и технологических процессов:

1. Аппаратное оформление процесса и методика расчета получения гранулированной серы.

2. Технология и методика расчета процесса формирования блока комовой серы с возможностью интенсификации процесса.

3. Процесс теплообмена при плавлении комовой и гранулированной серы в ванне с расплавом серы.

4. Процесс тепломассобменна при плавлении блока серы греющей плитой.

5. Процессы теплообмена при хранении расплава серы в транспортных и технологических емкостях в режимах остывания и разогрева, учитывающих особенности, обусловленные возможностью фазового перехода на ограничивающих поверхностях емкости. Учтены особенности работы трубчатых нагревателей при плавлении твердой фазы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований тепломассообменных процессов получения, переработки и хранения товарной серы исследованы современное состояние и направления совершенствования процессов и оборудования производства товарной серы, выявлены их существенные особенности, а также решены актуальные задачи разработки конструкции и технологических режимов процессов грануляции серы, плавления блочной серы греющей плитой, плавления комовой серы в ванне с расплавом, исследованы особенности формирования температурных полей и процессов тепломассообмена при нестационарных режимах хранения жидкой серы, особенности работы трубчатых подогревателей в режимах разогрева расплава, что позволяет получить продукцию, удовлетворяющую международным стандартам качества, успешно решать проблемы экологической безопасности й производств и реализовать энергосберегающие технологии. Предложено аппаратное оформление процессов получения и переработки товарной серы, учитывающее особенности тепломассообменных процессов, получены расчетные зависимости, разработаны методики для конструктивно-технологической реализации процессов получения, переработки и хранения серы, которые могут быть использованы в проектно-конструкторских работах.

В результате выполненных исследований:

1. Исследованы процессы тепломассообмена при остывании капли расплава в потоке хладагента. Предложена математическая модель процесса формирования гранул серы, учитывающая локальные изменения коэффициентов теплоотдачи. Модель позволила объяснить причины изменения размеров и расположения усадочной раковины, формы гранул, существенно влияющих на качественные показатели. Установлено, что: а). Качественные показатели (форма гранул, влагосодержание, прочность) определяются режимом теплообмена. б). Существуют три зоны в режимах работы аппарата, соответствующие различным качественным показателям. Впервые предложен безразмерный комплекс, позволяющий прогнозировать качественные показатели гранул в зависимости от тепловых режимов работы аппарата на стадии проектирования.

Выделены существенные особенности процесса, позволившие предложить аппаратное оформление грануляционной колонны, разработана методика проектирования конструктивных и технологических параметров аппарата. 2. Экспериментально определена минимальная высота слоя охлаждающей воды исходя из условия наименьшей прочности частично затвердевших гранул. При этом уменьшается обводнённость гранул и сокращаются энергетические затраты системы охлаждения грануляционной установки, опреде-I» ляемые особенностями теплообмена. Доказана возможность использования струйного истечения жидкой серы из дозатора, позволяющая значительно увеличить производительность установки при стабилизации теплообмена в грануляционной колонне. Экспериментально доказана высокая эффективность термостабилизирующей головки дозатора. Для процесса диспергирования расплава серы получены: а). Зависимость, описывающая гранулометрический состав получаемого продукта, определяющего темп охлаждения капель расплава. б). Зависимость, позволяющая рассчитать конструктивные размеры грану-лятора расплава серы. в). Разработано оригинальное конструктивное исполнение диспергирующего устройства, предложена методика конструктивного расчета устройства, учитывающего особенности дробления расплава и тепломассообменных процессов в грануляторе.

3. Определены технологические и конструктивные параметры грануляционной установки, соответствующие оптимальной организации тепломассообмена, учитывающие решение вопросов качества продукции, энергосбережения и экологической безопасности. Предложенные режимы реализованы в оригинальных конструкциях грануляционной колонны и гранулятора расплава. Разработана методика расчёта технологических параметров грануляционной установки. Разработаны, изготовлены и испытаны грануляционные установки производительностью 8 и 25 тонн в сутки. Полученная продукция удовлетворяет требованиям качества и энергосбережения.

4. Предложена физико-математическая модель процесса плавления серы в ванне с расплавом, описывающая механизм слипания твердых частиц. Получены расчетные зависимости для плавления частиц серы смешанного фракционного состава. Исследован процесс плавления твердой серы в расплаве серы и получены критериальные зависимости для расчета параметров

I процесса. Выделены существенные особенности процесса, позволившие предложить аппаратное оформление плавильного устройства, разработана методика проектирования конструктивных и технологических параметров аппарата.

5. Предложена физико-математическая модель процесса плавления серы нагруженной греющей плитой. Выделены и обобщены влияния краевых эффектов и угла наклона греющей пластины. Впервые получены критериальные уравнения для расчета поправочных коэффициентов, необходимых для проектирования устройства. Выделены условия устойчивого режима работы плавильного устройства. Предложено аппаратное оформление устройства плавления блочной серы, выделены его существенные особенности, разработана методика проектирования конструктивных и технологических параметров аппарата.

6. Исследован процесс тепломассообмена при хранении расплава серы, в результате чего: а). Обобщены существующие способы решения задач теплообмена для хранения вязких жидкостей в емкостях. б). Разработана модель процесса тепломассообмена в изолированных и неизолированных емкостях, учитывающая особенности теплофизических свойств серы. в). Разработан алгоритм и программа расчета теплообмена при хранении серы в изолированных и неизолированных емкостях при нестационарных режимах тепломассообмена. г). Исследована численная модель расчета процесса тепломассообмена при остывании расплава серы, осложненного фазовыми превращениями. д). Впервые предложено критериальное уравнение, учитывающее динамику изменения интенсивности теплообмена при остывании расплава серы. е). Получено критериальное уравнение, обобщающее результаты расчета динамики роста слоя застывшей серы в режиме хранения без подогрева при

И различных граничных условиях. ж). Предложена модель расчета процесса плавления застывшей серы на ограждающих поверхностях, использующая в качестве начальных условий температурные поля, формирующиеся при остывании расплава. з). Исследована численная модель плавления застывшей серы на ограждающих поверхностях, обобщены особенности процесса и предложена методика расчета технологических параметров разогрева застывшей серы. и). Обобщены существующие способы расчета теплообмена у горизонтального трубчатого подогревателя при плавлении застывшей серы. Исследованы особенности теплообмена трубчатого подогревателя и серы. Предложена методика расчета процесса плавления серы трубчатым подогревателем, находящимся в объеме застывшей серы. к). Выделены существенные особенности конструктивно-технологической реализации полученных результатов исследований для проектирования устройств хранения расплава серы, разработаны рекомендации по моделированию и совершенствованию процесса.

7. Результаты проведенных исследований положены в основу разработанной установки водной грануляции серы оригинального конструктивного исполнения, методики расчета конструктивных и технологических параметров аппаратов водной грануляции серы, в том числе опьггно-промышленной установки, позволяющей получать продукцию, соответствующую отечественным и международным стандартам качества. Разработаны методики расчета конструктивных параметров и технологических режимов плавильных ванн, обеспечивающих устойчивую работу аппаратов при максимально допустимых параметрах производительности и сохранении проектных режимов. Предложена методика конструктивного расчета контактных плавильных устройств для разработки блочных запасов серы, обеспечивающая решение проблемы экологической безопасности производства. Разработана методика конструктивного расчета ограждающих поверхностей, технологических режимов работы систем подогрева емкостей для хранения и транспортировки жидкой серы, позволяющая сократить энергозатраты при хранении расплава серы за счет использования нестационарного режима работы подогревателей. Разработаны технология интенсивного наращивания блоков серы и методика расчета работы наливного устройства.

336 к^ии^у^ П\ ?

1. Аксенова А.Е., Вабищевич П.Н., Чуданов В.В. Естественно-конвективный теплообмен тепловыделяющей жидкости при различных режимах охлаждения. М., 1995. - 22 с.

2. Аксенова А.Е., Вабищева П.Н., Чуданов В.В. Численное исследование некоторых особенностей поведения тепловыделяющей жидкости с учетом затвердевания. М., 1995. -21 с.

3. Арончик Г.И. Математическое моделирование и параметрическая оптимизация процессов сложного теплообмена в теплотехнических установках: Автореф. дис. д-ра техн. наук. Казань, 1991. - 32 с.

4. И. Аэров М.Э., Тодес О.М. Гидравлические и тепловые основы работы аппаратов со стационарным и кипящим зернистым слоем. Л.: Химия, 1968.-320 с.

5. Барило В.Н., Емельянов А.Л., Рязанов О.П. Проблемы интенсификации теплообмена при конденсации рабочих тел в двухфазных термосифонах. //Труды ХН-ой НТК ЛТИХП. Л., 1982. - С.2-10.

6. Белоцерковский О.М. Численное моделирование в механике сплошных сред. М.: Наука, 1984. - 520 с.

7. Беляев Н.М., Рядно A.A. Методы теории теплопроводности: Ч. 1.- М.: Высшая школа, 1982. 327 с.

8. Беляев Н.М., Рядно A.A. Методы теории теплопроводности: Ч. 2.- М.: Высшая школа, 1982. -304 с.

9. Бердибаев М.С. Аэродинамика и теплообмен конической пристенной струи: Автореф. дис. . канд. физ.-техн. наук. Алма-Ата, 1993. - 21 с.

10. Берковский Б.М., Ноготов Е.Ф. Разностные методы исследования задач теплообмена. Минск: Наука и техника, 1976. - 144 с.

11. Бондарь Л.П., Бороховский В.А., Дацко Р.П., Бролинский Г.И. Физико-химические свойства серы //Обзор, информ. Сера и серная промышленность. М.: НИИТЭХИМ, 1985. - 104 с.

12. Борисов В.М. Природная сера.- М.: Химия, 1972. -.11 с.

13. Борисов В.М., Зарецкий Л.П. Основные физико-химические свойства серы //Самородная сера.- М.: Гос. науч.-техн. изд. лит-ры по горному делу, 1960.-С. 436-483.

14. Братухин Ю.К., Макаров С.О. Межфазная конвекция. Пермь: Изд-во Перм. ун-та, 1994. - 327 с.

15. Брацун Д.А. Динамические свойства тепловой конвекции в двухфазной среде: Автореф. дис. канд.физ.-мат. наук. Пермь, 1997. - 16 с.

16. Брдлик П.М Некоторые вопросы тепло- и массообмена при гравитационной естественной конвекции в неограниченном объеме: Автореф. дис. . докт. техн. наук. М., 1968. - 42 с.

17. Брдлик П.М. К вопросу о турбулентной естественной конвекции у вертикальной непроницаемой плоской поверхности //ИФЖ. 1967. - Т. 1. -№2.-С. 162-167.

18. Брдлик П.М. Теплообмен горизонтального цилиндра при естественной конвекции //ТВТ. 1983. - Т. 21. - № 4. - С. 701-706.

19. Брдлик П.М., Турчин И.А. Теплообмен при естественной конвекции от горизонтальных поверхностей, обращенных теплоотдающей поверхностью вниз //ИФЖ. 1968. - Т. 14. - № 3. - С. 470-477.

20. Бронштейн В.И., Перельман Г. Л., Юдаев Б.Н. Смешанная конвекция в

21. S пограничном слое //Тепло- и массоперенос. Минск. - 1972. - Т. 1. - Ч. 1.- С. 47-52.

22. Бурцева Ю.В. Численное моделирование процессов теплопроводности в сложных объектах с тепловыми источниками на примере никель-кадмиевого аккумулятора: Автореф. дис. . канд. техн. наук. СПб, 1997.- 14 с.

23. В.А.Бородин и др. Распыливание жидкостей.- М.: Машиностроение, 1967.-212с.

24. Вагин A.A., Волошин П.С., Лемберский В.Б., Ненашев E.H. Гранулято-ры //Серия ХМ-1.- М.: Изд. ЦИНТИХимНефтеМаш.- М, 1970. 76 с.

25. Васильева Г.В. Исследование процессов тепло- и массообмена при испарении жидкостей в ламинарный пограничный слой из капиллярнопористого тела при наличии зоны заглубления: Автореф. дис. . канд. техн. наук. Минск, 1969 (ИТМО). - 32 с.

26. Веремеев A.A. Численный метод расчета полей скорости течения и температуры в неоднородных областях с произвольными криволинейными границами. Обнинск, 1997. - 21 с.

27. Верхивер Г. П., Смирнов Г.Ф., Тетельбаум С.Д. Аналитическое определение коэффициента теплоотдачи при конденсации пара внутри при больших тепловых нагрузках //Теплоэнергетика. 1967. - № 11. - С. 7479.

28. Влит, Лайю. Экспериментальное исследование турбулентных пограничных слоев в условиях свободной конвекции //Теплопередача. 1969. - Т. 91.-№4.-С. 73-96.

29. Водная грануляция серы: Отчёт о НИР /Роздольская научно-исследовательская лаборатория института ГОРХИМПРОЕКТ: Руководитель Р.П. Дацко. О 17566Т5. - № ГР 51357921. - Инв. № 0089.00009284. - Львов, 1971.-208 с.

30. Волков В.В. Моделирование конвективного теплообмена в замкнутом объеме при совместном действии свободной и вынужденной конвекции: Автореф. дис. . канд. физ.-мат. наук. М., 1995. - 21 с.

31. Володин Н.И. Механическая прочность гранул //КазНИИНТИ. Казань.-1985.-№410.-178 с.

32. Вукалович М.П., Ривкин С.Л., Александров A.A. Таблицы теплофизиче-ских свойств воды и водяного пара. М.: Изд-во стандартов, 1969. - 408 с.

33. Гребер Г., Эрги С., Григуль У. Основы учения о теплообмене. М.: Иностранная литература, 1969. - 417 с.

34. Гавриков М.Б., Пестрякова Н.В. Численное моделирование конвективного теплопереноса в ограниченной области. М., 1997. - 23 с.

35. Гаврилин И.В. Плавление и кристаллизация металлов и сплавов. Владимир: Владимир, гос. ун-т, 2000. - 257 с.

36. Галиев И.М. Исследование течений и теплообмена в каналах при наличии естественной конвекции: Автореф. дис. . канд. физ.-мат. наук. -Тюмень, 1999.-23 с.

37. Геллер З.И. Мазут как топливо. М.: Недра, 1965. - 496 с.

38. Гельперин Н.И. Основные процессы и аппараты химической технологии.- М.: Химия, 1981. 421 с.

39. Гельперин Н.И., Носов Г.А. Основы техники кристаллизации расплавов. -М.: Химия, 1975.- 351 с.

40. Гершуни Г.З., Жуховицкий Е.М. Вибрационная и тепловая конвекция в невесомости //Гидромеханика и процессы переноса в невесомости. -Уральский научн. Центр: АН СССР, 1983. С. 86-105.

41. Гершуни З.И., Жуховицкий Е.М., Юрков Ю.С. Численное исследование свободной конвекции в замкнутой полости, совершающей вертикальные колебания //Численные методы динамики вязкой жидкости. Новосибирск: Ин-т теор. и прикл. мех. СО АН СССР, 1979. - С.85-96.

42. Гершуни З.И., Келлер И.О., Смородин Б.Л. О вибрационно-конвективной неустойчивости плоского горизонтального слоя жидкости при конечных частотах вибрации //Изв. РАН Сер. Механика жидкости и газа. 1996. -№5.-С. 44-51.

43. ГОСТ 127-76. Сера техническая. Технические условия.- М.: Изд-во стандартов, 1977. 42 с.

44. Гринберг Г. А. О решении обобщенной задачи Стефана о промерзании жидкости, а также родственных задач теории теплопроводности, диффузии и других //ЖТФ. 1967. - № 9. - С. 1598-1606.

45. Губин В.Е., Хозиев Н.Н. Теплообмен в горизонтальной цилиндрической полости конечной длины //Труды ВНИИСПТнефть. Вып. 8. - Уфа, 1071.-С. 117-119.

46. Губин В.Е., Юсупов Ю. Т. и др. Свободная конвекция в горизонтальном цилиндре //Труды ВНИИСПТнефть. Вып. 8. - Уфа, 1971. - С. 96-101.

47. Гусейнов А.Н. Контактное плавление в д в о й ныхсисте мах, образующихг--—----" ""интерметаллиды: Автореф. дис. . канд. физ.-мат. наук. Нальчик: Кабардино-Балкарский ун-т., 1990 - 23 с.

48. Двинянинов М.М. Влияние теплофизических эффектов на кристаллизацию и плавление высокочистых веществ в неравновесных и квазиравновесных условиях: Автореф. дис. . канд. физ.-мат. наук. Л.: Ленингр. гос. пед. ин-т им. А. И. Герцена, 1989 - 22 с.

49. Дейнеко В.В. Математические модели динамики вязкой жидкости и теплообмена. Новосибирск, 1996. - 360 с.

50. Дилигенский Н.В., Ефимов А.П., Лившиц М.Ю. Применение метода возмущений для решения задачи Стефана в процессах промышленной теплофизики //IV Минский международный форум по тепломассообмену (22-26 мая 2000 г.). Минск, 2000. - Т. 3. - С. 14-20.

51. Дождиков В.И. Теплофизические закономерности формирования непрерывного слитка и совершенствование систем его охлаждения: Автореф. дис. . д-ра техн. наук. Липецк, 1995. - 46 с.

52. Едигаров С.Г., Михайлов В.М., Прохоров А.Д., Юфин В.А. Проектирование и эксплуатация нефтебаз. М.: Недра, 1982. - 280 с.

53. Едигаров С.Г., Свиридов В.П., Болдов Н.Г. Подогрев высоковязких жидкостей в железнодорожных цистернах и зачистка цистерн //Труды ВНИИТНефть. Сер. Транспорт и хранение нефтепродуктов. М.: Гос-топтехиздат. - Вып. 11.- 1963. - С. 168-204.

54. Елшин К. В. Приближенное решение свободной конвекции у вертикальной неизотермической стенки //Труды НИИ по транспорту и хранению нефти и нефтепродуктов. 1961. Вып. 1. - С. 230-239.

55. Еникеев Т.И. Исследование процессов тепло- и массообмена с учетом фазовых переходов в гидронесущих системах: Автореф. дис. . канд. физ.-мат. наук. -Уфа, 1999. 14 с.

56. Ефимов А.А. Разработка приближенных методов расчета температурных полей применительно к анализу тепловых процессов в сложных динамических системах: Автореф. дис. . канд. техн. наук. Куйбышев, 1991.-20 с.

57. Жюгжда И.И., Жукаускас А. А. Экспериментальное исследование локальной теплоотдачи~неизотермической пластины при ламинарном пограничном слое //Труды АН Литовской ССР. Сер. Б. - 1962. - С. 117126.

58. Захарова К.М. Нестационарный теплообмен, осложнённый фазовыми превращениями в процессе башенного гранулирования минеральных удобрений: Автореф. дис. . техн. наук.- М, 1976. 42 с.

59. Заявка 0105567 (ЕПВ), МКИ3 С 01 J 2/02.Способ получения гранулированной серы; Stamicarbon B.V. NL. № 8203872. - Заявлено 4.10.83. -Опубл. 18.04.84. - Приоритет 6.10.82, № 244057 (ПНР). - 2 с.

60. Заявка 126715 (ПНР), МКИ3 С 01 J 2/16. Способ гранулирования серы и башенное устройство для его осуществления. Institut Chemicznej Przerobki Wegla (ПНР). - № 966459. - Заявлено 21.11.80. - Опубл. 13. 12. 80. - Приоритет 3.06.80. - № 938602. - 3 с.

61. Заявка 1536693 (Великобритания), МКИ3 С 01 В 17/02. Способотвер-ждения расплавленной серы. Elliott со. - № 10473/76. - Заявлено 6.03.75. - Опубл. 20.12.78. - Приоритет 6.03.75. - № 731476 (США). -3 с.

62. Заявка 2268556 (Франция), МКИ3 С 01 J 2/04.Способ гранулирования и аппарат для осуществления способа. Fisons ltd.- № 323154. - Заявлено2904.74. Опубл. 26.12.75. - Приоритет 29.04.74. - № 18729/74 (Великобритания). - 2 с.

63. Зимин В.Д. Естественная конвекция внутри горизонтального круговогоцилиндра //Изв. АН СССР. Сер. Механика жидкости и газа. 1971. - № 2.-С. 172-174.

64. Зозуля И.И., Салюк А.П., Дацко З.Н. Грануляция серы //Обзор, информ.

65. Сера и серная промышленность. М.: Изд.НИИТЭХИМ, 1986. - 86 с.

66. Зозуля М.И., Салюк А.П., Дацко Р.П. Товарные виды серы. Проблемы хранения и обработки блочных запасов //Обзор.инф. Сер. Сера и серная промышленность. М.: Изд. НИИТЭХИМ, 1988. - 98 с.

67. Зубков П.Т. Тепломассоперенос в системах с конвекцией и фазовыми переходами: Автореф. дис. д-ра физ.-мат. наук. Тюмень, 1995. - 25 с.

68. Иванов М.Е. Математическое моделирование процессов теплообмена //Теоретические основы химической технологии. 1974. - Т. 8. - N 6. - С.

69. Иванов М.Е. Теплообмен в неоднородных средах //Труды ГИАП. Вып. 14.-М., 1972.-С. 181-191.

70. Ид А.Д. Свободная конвекция //Успехи теплопередачи: Пер. с англ. М.: Мир, 1970.-С. 9-80.

71. Казакова Е.А. Гранулирование и охлаждение азотсодержащих удобрений. М.: Химия, 1980. - 288 с.

72. Казакова Е.А., Таран A.JI., Таран A.B. Оценка минимально необходимой высоты грануляционных башен //Химическая промышленность. 1980.-№ 10.-С. 617-619.

73. Казачков C.B. Разработка математических моделей и расчет сложного теплообмена в элементах теплоэнергетического оборудования: Автореф. дис. . канд. техн. наук. Куйбышев, 1991. - 27 с.880.888.

74. Као Т., Домою Ж., Элрод Ш. Свободная конвекция вдоль неизотермической вертикальной плоской пластины //Телопередача. 1977. - № 1. -С. 76-83.

75. Капинос В.М., Слитенко А.Ф., Воловельский И.Л. Влияние температурного градиента на теплообмен при ламинарной свободной конвекции у вертикальной стенки //ИФЖ. 1974. - Т. 26. - № 3. - С. 411-419.

76. Капиталистический рынок серы: Статистический справочник. М.: ВНИКИ, 1984.-365 с.

77. Карагодов В.П. О локальной разрешимости трехмерных задач тепловой конвекции вязкой несжимаемой жидкости. Киев, 1991. -16 с.

78. Карслоу Г., Егер Д. Теплопроводность твердых тел. М.: Наука, 1964. -488 с.

79. Карташов Э. М. Аналитические методы в теории теплопроводности твердых тел. М.: Высшая школа, 1985. - 480 с.

80. Карташов Э.М. Аналитические методы решения краевых задач нестационарной теплопроводности в областях с движущимися границами //Изв. РАН Сер. Энергетика. 1999. - № 5. - С. 3-34.

81. Като И. Теплопередача на танкерах //Кикай но кэнкю. 1969. - Т. 21. -№ 1.-С. 271-277.

82. Катюхин В.А. Исследование процесса и разработка оборудования для получения замороженных гранул из жидких пищевых продуктов: Авто-реф. дис. канд. техн. наук. М.: ВНИКТИ, 1973. - 218 с.

83. Кириллов В.В. Математическое моделирование конвективного теплообмена: Учеб. пособие. Челябинск, 1991. - 27 с.

84. Ковнер С.С. О промерзании сферы //Труды первой геологоразведочной конференции Главсевморпути. Л.: Наука, 1963. - С. 65-66.

85. Коровкин В.Н. Гидродинамика и теплообмен неавтомодельных плавучих струйных течений: Автореф. дис. . д-ра физ.-мат. наук. Минск:

86. АН Респ. Беларусь. Акад. науч. комплекс. Ин-т тепло- и массообмена им. А.В.Лыкова, 1993. 39 с.

87. Корочкин Ю.Д. Математическое моделирование управления процессами теплообмена: Автореф. дис. канд. физ.-мат. наук. Саранск, 1998. - 16 с.

88. Котенко Э.В. Разработка математической модели и методики расчета аккумуляторов теплоты на фазовом переходе: Автореф. дис. . канд. техн. наук. Воронеж, 1996. - 15 с.

89. Крайнова И.Ф. Методика расчета охлаждения нефтепродуктов в емкостях //РНТС. Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов. М.: ВНИИОЭНГ. - 1978. - №4. - С.17-19.

90. Крамаренко В.Н. Расчетный анализ процессов тепломассопереноса при непрерывном литье слитков: Автореф. дис. . канд. техн. наук. Минск: Белорус, политехи, ин-т., 1991. - 16 с.

91. Крылов Б.С., Захаров В.М. Тепло- и массообмен при испарении воды из пористой стенки //Изв. вузов. Энергетика. 1971. - №8. - С. - 92-97.

92. Кумзеров Ю. А., Набережное А. А., Савенко Б. Н., Вахрушев С. Б. Отвердевание и плавление ртути в пористом стекле. Дубна: ОИЯИ, 1994 -6 с.

93. КутателадзеСС. Теплопередача и гидродинамическое сопротивление: Справочное пособие. М.: Энергоатомиздат, 1990. - 367 с.

94. Куценко К.В. Нестационарный теплообмен криогенных жидкостей в условиях большого объема и в узких каналах различной конфигурации: Автореф. дис. канд. техн. наук. М., 1994. - 19 с.

95. ЮО.Лейбензон Л.С. К вопросу об отвердевании земного шара из первона-~~чального расплавленного состояния .- М.: Изд. АН CCC^J-955^- 433 с.

96. Лисин Л.Д. Локальное плавление льда под нагрузкой в "высокотемпературных" мерзлых песках и супесях: Автореф. дис. . канд. техн. наук. -М, 1997 25 с.

97. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа.- М.: Наука, 1987. 840 с.

98. ЮЗ.Луговский В.В. Гидромеханика. Л.: Судостроение, 1990. - 192 с.

99. Ю4.Лыков A.B. Теория теплопроводности. М.: Высшая школа, 1967. - 325 с.

100. Ю5.Лыков A.B. Тепломассообмен: Справочник. М.: Энергия, 1978. - 480 с.

101. Лыков A.B., Васильева Г.В. Исследование тепло- и массообмена при испарении жидкости из капиллярнопористого тела //ИФЖ. 1968. - Т. 14.-№3.-С. 395-406.

102. Ю7.Макаров A.M. Осесимметричная задача.Ст&фана с граничным условием второго рода //Теплофизика высоких температур. 1982. - Т. 9. - N 6. -С. 122-124.

103. Ю8.Макаров М.В., Мика В.И., Яньков Г.Г.Основы применения вычислительной техники для численного решения теплофизических задач: Учеб. пособие по курсу «Применение вычислит, техники и математическое моделирование». М.: Изд-во МЭИ, 1993. - 73 с.

104. Ю9.Малевич Ю.А. Теплофизические основы ресурсосберегающих технологий затвердевания, охлаждения и нагрева непрерывнолитых сортовых стальных заготовок: Автореф. дис. . д-ра техн. наук. -Минск, 1992. 33 с.

105. Ю.Маркин В.К., Лубенко В.Н., Дзержинская И.С., Яковлев П.В. Повышение экологической безопасности при транспортировке серы АГПЗ //Тез. докл. Междунар. конф.: Каспий. Настоящее и будущее. Астрахань, 1995.-С. 215-217.

106. Ш.Маркин В.К., Овчинников В.А., Яковлев П.В. Исследование процесса грануляции серы //Тез. докл. 40 научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава. Астрахань: АГТУ, 1996. - С. 128.

107. И2.Маркин В.К., Плохов A.B., Овчинников В.А, Яковлев П.В. Проблемы перевозки серы водным транспортом //Тез. докл. 40 научно-техническойконференции профессорско-преподавательского состава. Астрахань: АГТУ, 1996.-С. 124.

108. И.Мартыненко О.Г., Соковишин Ю.А. Свободно-конвективный теплообмен на вертикальной поверхности (Граничные условия 2 рода) /Под ред. В.Б. Нестеренко. Минск: Наука и техника, 1977. - 216 с.

109. Марчук Г.И. Методы вычислительной математики. М.: Наука, 1989.608 с.

110. Меламед В.Г. О решении задачи Стефана сведением к системе обыкновенных дифференциальных уравнений //ДАН СССР. Сер. Математическая физика. 1957. - Т. 116. - № 4. - С. 577-580.

111. Пб.Меламед В.Г. Решение задачи^Стефана в случае второй краевой задачи //Сер. Математика. М.: МГУ, 1959.- № 1. - С.

112. Меламед В.Г. Сведение^ задачи Стефана к системе обыкновенных дифференциальных уравнений //Изв. АН СССР. Сер. Географическая. -1958.-№7.-С. 848-869.

113. И8.Меламед В.Г. Сведение задачи Стефана к системе обыкновенных дифференциальных уравнений //Сер. геофиз. М.: Изв. АН СССР, 1958. - № 7.-С 12-22.

114. И9.Менковский М.А., Яворский В.Г. Технология серы. М.: Химия, 1985. -328 с.

115. Михеев М.А. Основы теплопередачи. М., «Энергия», 1977. - 376 с.

116. Моделирование и методы расчета процессов тепломассопереноса //Сб. науч. тр. Днепропетр. гос. ун-т им. 300-летия воссоединения Украины с Россией. Днепропетровск, 1990. - 170 с.

117. Моделирование теплогидравлических процессов энергетических установок //Сб. науч. тр. каф. теплофизики /Под общ. ред. А.И. Грошева. -Обнинск, 1993.- 124 с.

118. Моисеева Л.А. Естественная конвекция в цилиндрическом баке при сложных тепловых граничных условиях: Автореф. дис. . канд. физ,-мат. наук. М., 1999. - 24 с.

119. Мухетдинов Н.А. Численно-аналитический алгоритм решения задачи . Стефана7/ИФЖ. 1990.- № 1,- С. 145-150. !

120. Недопекин Ф.В. Математическое моделирование гидродинамики и теп-ломассопереноса в слитках. Ижевск: Изд-во удмурт, ун-та, 1995. - 236 с.

121. Никандров В.Я. Опыты с переохлаждёнными каплями //Труды гл. гео-физ. обсерватории им. Войкова. М.: 1971. - Т. 31. - С. 118-122.

122. Парфенов. М.В. Тенденции мирового рынка серы и возможность усиления позиций России // http://www.fertilizers.ru/publications/npkwolrd/2000/62000/tendencii2.sh 1ш1

123. Ш.Пасконов В.М., Полежав Л.А. Численное моделирование- / процессов тепло- и массообмена. М.: Наука, 1984. - 288 с. ~ ~

124. Пат. 2042418 Россия, МКИЗ В 01 I 2/02. Грануляционная колонна /П.В. Яковлев, А.З. Щербаков, Ю.М. Бирюков № 4949740/26. - Заявл. 27.06.1991. - Опубл. 27.08.1995. - Бюл. № 24. - 1 с.

125. ВЗ.Пат. 2104765 Россия, МКИЗ В 01 J 2/02. Гранулятор /П.В. Яковлев, А.З. Щербаков, Ю.М. Бирюков № 5004310/25. - Заявл. 02.07.1991. - Опубл. ♦ 20.02.1998. - Бюл.№ 2,- 1 с.

126. Пат. 2100049 Россия, МКИЗ В 01 J 2/02. Гравитационный сепаратор /П.В. Яковлев, А.З. Щербаков, Ю.М. Бирюков № 5004676/25. - Заявл. 13.08.1991. - Опубл. 27.12.1997. - Бюл. №2.-1 с.

127. ПатанкарС. Численные методы решения задач теплообмена и меха-ники жидкости /Пер. с англ. под ред. Е.Д. Виленского. М.: Энергоатомиздат, 1984.- 152 с.

128. Патент № 2100049 Российской Федерации, МКИЗ В 01 J 2/02. Гравита-1 ционный сепаратор /А.З. Щербаков, Ю.М. Бирюков, П.В. Яковлев. №06954. Заявлено 13.08.91. - Опубл. 16.02.93. - Приоритет 13.08.91. -№4042511 В 07 В 1/04 (США). - 2 с.

129. Патент № 2104765 Российской Федерации, МКИЗ В 01 J 2/02. Гранулятор /А.З. Щербаков, Ю.М. Бирюков, П.В. Яковлев. № 058778. - Заявлено 02.07.91. - Опубл. 03.02.94. - Приоритет 02.07.91, № 874149 (СССР). -2 с.

130. Патент Великобритания 1136901, МКИ3 С 01 J 17/02.Способ отверждения расплавленной серы; Ellott со.- № 821509. Заявлено 6.03.75. -Опубл. 20.12.78. -Приоритет 6.03.75, МКИ 17-133. - 5с.

131. Патент Голландия 7728, МКИ3 С 01 В 17/02. Способ и устройство для изготовления гранул. Unie Van Kunafmeat. - №1572649. - Заявлено1502.79. Опубл. 30.07.80. - Приоритет 15.08.78, МКИ 45-166. - Зс.

132. Патент Канада 1148726, МКИ3 С 01 J 17/02. Способ и устройство для гранулирования серы. Granted to Procor ltd. - № 821509. - Заявлено1503.82. 0публ.28.06.83. - Приоритет 15.03.82, МКИ 43-178. - 5 с.

133. Патент ПНР 117977, МКИ3 С 01 В 17/02. Гранулирование серы и устройство для его получения. Institut Chemicznej Przerobki Wegla (ПНР). -№ 128532. - Заявлено 02.12.81. - Опубл. 5.05.83. - Приоритет 1.12.78, МКИ 52-025.-5 с.

134. Патент ПНР 48911,МКИ3 С 01 В 17/02. Получение гранулированной серы. Institut Chemicznej Przerobki Wegla (ПНР). - №646442. - Заявлено 22.08.62. - Опубл. 27.02.64. - Приоритет 22.08.62, МКИ 17-133.-3 с.

135. Патент США 1, МКИ3 С 01 J 2/06. Способ гранулирования серы для транспортировки её по трубопроводам. Continental oil со. - №121128. -Заявлено 2.2.71. - Опубл. 20.10.71. - Приоритет 23.10.70, МКИ 16-055. - 2 с.

136. Патент США 2714224, МКИ3 С 01 В 17/00. Обработка серы. Chemical and Bye corporation. - № 351881. - Заявлено 29.04.83. - Опубл. 16.10.86. -Приоритет 19.12.82, МКИ 25-133.- 2 с.

137. Патент США 2931067, МКИ3 С 01 В 17/02. Способ уменьшения вязкости расплавленной серы. Артур Д. Литтл. - №590274. - Заявлено 31.12.86. -Опубл. 20.09.87. - Приоритет 4.08.86, МКИ 46-166. - 6 с.

138. Патент США 3334159, МКИ3 С 01 J 2/02. Способ получения гранул из плавкого состава. Dav chemical со. - № 357756. - Заявлено 27.03.78. -Опубл. 4.05.81. - Приоритет 14.08.77, МКИ 33-129. - 3 с.

139. Патент США 334695, МКИ3 С 01 В 17/00. Способ получения гранул. -Phillips Petroleum со. № 3514510. - Заявлено 22.11.77. - Опубл. 26.05.80. - Приоритет 3.05.77, МКИ 45-200. - 3 с.

140. Патент США 3769378, МКИ3 С 01 В 17/00. Обработка серы. Continental oil со. - №301887. - Заявлено 13.08.73. - Опубл. 11.10.76. - Приоритет 22.01.73, МКИ 35-207.-3 с.

141. Патент США 3830631, МКИ3 С 01 В 17/00. Гранулирование мочевины. -Marrovik zoo. № 11. - Заявлено 22.05.72. - Опубл. 17.09.74. - Приоритет

142. Ф 22.05.72, МКИ 33-107.-7 с.

143. Патент США 3988398, МКИ3 С 01 J 2/02. Способ распыления расплавленного материала. Unie van Kunstmest-fabrikien. - №201490. - Заявлено 11.11.74. - Опубл. 26.10.76. - Приоритет 11.11.74, № 11.11.749386/75 (Великобритания). - 2 с.

144. Патент США 39976, МКИ3 С 01 J 2/16. Способ гранулирования расплавленных веществ в башнях-охладителях. Fisons ltd. - №46359. - Заявлено 15.02.74. - Опубл. 14.12.76. - Приоритет 3.01.74, МКИ 57-229. -4 с.

145. Патент США 4031174, МКИ3 С 01 J 2/02. Способ отверждения разбрызгиванием расплавленных материалов. Fisons ltd.- № 79311. - Заявлено 9.02.73. - Опубл.21.06.73. - Приоритет 3.01.73, МКИ 17-203. - 5 с.

146. Патент США 4087498, МКИ3 С 01 J 2/04. Способ грванулирования расплава. Agway inc.- № 3514510. - Заявлено 11.03.76. - Опубл. 7.06.76. -Приоритет 1.05.76, МКИ 17-228. - 3 с.

147. Патент США 4218411, МКИ3 С 01 J 2/02. Способ и оборудование для производства таблетированной серы. Price Harold А.- № 24009. - Заявлено 26.03.79. - Опубл. 19.08.80. - Приоритет, 26.03.79, МКИ 66-273. - 3 с.

148. Патент США 4254067, МКИ3 С 01 J 2/02. Способ таблетирования серы. -Herbert J. Elliott. № 966459. - Заявлено 4.12.78. - Опубл.З.ОЗ.81. - Приоритет 3.06.75, МКИ 35-109. - 3 с.

149. Патент США 4364774, МКИ3 С 01 В 17/027. Гранулирование серы; Herbert J. Elliott. №175225. - Заявлено 4.08.80. - Опубл. 21.12.82. - Приоритет 4.08.80, МКИ 56-229. - 3 с.

150. Патент США 4389356, МКИ3 С 01 J 2/04. Отверждение расплавленной серы разбрызгиванием. Comineo ltd. - № 388394. - Заявлено 14.06.82. -Опубл. 21.06.83. - Приоритет 29.04.82, МКИ 57-263. - 3 с.

151. Патент США 47, МКИ3 С 01 J 2/04. Способ гранулирования расплава. -Agway inc.- № 80424. Заявлено 1.04.76. - Опубл. 7.06.77. - Приоритет 13.12.75, МКИ 60-261.-3 с.

152. Перепечко J1.H. Моделирование процессов тепломассопереноса в пограничном слое с фазовыми и химическими превращениями: Автореф. дис. . канд. физ.-мат. наук. Новосибирск, 1998. - 17 с.

153. Перепечко JI.H. Моделирование процессов тепломассопереноса в пограничном слое с фазовыми и химическими превращениями: Автореф. дис. . канд. физ.-мат. наук. Новосибирск, 1998. - 14 с.

154. Петухов Б.С., Поляков А.Ф. Теплообмен при смешанной турбулентной конвекции. М.: Наука, 1986. - 192 с.

155. Пирумов У.Г., Росляков Г.С. Численные методы газовой динамики. М.: Высшая школа, 1987. - 232 с.

156. Писковский В.О. Использование прямого метода решения разностных уравнений Стокса при решении задач тепловой конвенции. М., 1991. -52 с.

157. Плаксин И.М. Система подогрева вязких грузов в речных танкерах //РНТС. Сер. Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов. М.: ВНИИОЭНГ. -1971. - № 9. - С. 15-18.

158. Плановский А.Н., Николаев П.И. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии. М.: Химия, 1987. - 496 с.

159. Плановский А.Н., Николаев П.И. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии. М.: Химия, 1987. - 496 с.

160. Плешивцева Ю.Э. Разработка и исследование пространственно-временных алгоритмов оптимального управления технологическими процессами тепломассопереноса: Автореф. дис. . канд. техн. наук. -Самара, 1996. 20 с.

161. Плохов А.В. Совершенствование метода расчета и проектирования систем подогрева груза на речных нефтеналивных судах на основе исследования теплообмена при подогреве вязких нефтепродуктов //Автореф. дис. . канд. техн. наук. Горький, 1974. - 22 с.

162. Полежаев В.И. Математическое моделирование тепломассообмена на основе уравнений Навье-Стокса. М.: Наука, 1987. - 272 с.

163. Попов В.Н. Численное решение нестационарных теплофизических задач с фазовым переходом в интервале температур: Автореф. дис. . д-ра физ.-мат. наук. Новосибирск, 1998. - 28 с.

164. Протодьяконов И.О., Чесноков Ю.Г. Гидромеханические основы процессов химической технологии. Л.: Химия, 1987. - 360 с.

165. Пчелкин И.М. Теплоотдача вертикальных труб при естественной конвекции //ДАН СССР. Сер. Конвективный и лучистый теплообмен. М.: АН СССР, 1960.-С. 56-64.

166. Репин В.В. Комплексные системы подогрева вязких нефтепродуктов низкозамерзающим промежуточным теплоносителем в резервуарах нефтебаз: Автореф. дис. . канд. техн. наук. Уфа, 1993. - 22 с.

167. Роже Пейре, Томас Д.Тейлор. Вычислительные методы в задачах механики жидкости /Пер. с англ. Н.Е. Вольцингер Л.: Гидрометеоиздат, 1986.-352 с.

168. Роуч П. Вычислительная гидродинамика /Пер. с англ. В.А. Гущина и В .Я. Мтницкого.- М.: Мир, 1980.- 616 с. (

169. Рубинштейн Л.И, пробам? гт^фа^ Ригя • ^ппипнр, 1P67i—153 с:

170. Рудобашта С.П. Массоперенос в системах с твердой фазой. М.: Химия, 1980.-248 с. ^181 .Рудый A.C. Релаксационные и автоколебательные процессы в теплофи-зических системах с внешней связью: Автореф. дис. . д-ра физ.-мат. наук.-М., 1997.-32 с.

171. Русакова О.Л. Численное исследование естественной конвекции с учетом теплового излучения границ: Автореф. дис. . канд. физ.-мат. наук. Пермь, 1999. П1б"с7~

172. Самарский A.A., Вабищевич П.Н. Численные методы решения задач конвекции-диффузии. -М.: Эдиториал УРСС, 1999. 247 с.

173. Самойлович Ю.А. О приближённых способах расчёта затвердевания отливок //Инж.-физ. журн.- 1966. Т. 11. - N 5. - С. 17.

174. Свободноконвективные течения, тепло- и массообмен /Пер. с англ. С.Л. Вишневецкого, С.С. Ченцова; Под ред. О,Г. Мартыненко. М.: Энерго-атомиздат, 1991. - 678 с.

175. Селиванов Н. В. Исследование теплообмена в придонной области танка нефтеналивного судна при качке //Тез. докл. междун. конф. «Проблемы транспорта Дальнего Востока». Владивосток: ДВАВТ, 1999. - Т.1. - С. 121-122.

176. Селиванов Н.В. Влияние переменной вязкости на теплообмен при ламинарной свободной конвекции //Материалы докладов Российского национального симпозиума по энергетике. Казань: КГЭУ, 2001. - Т. 1. -С. 397-400.

177. Селиванов Н.В. Исследование влияния зависимости вязкости жидкости от температуры на теплообмен при свободной конвекции //Матер, меж-дунар. научн. конф., посвященной 70-летию АГТУ. Астрахань: АГТУ, 2001. - Т. 3.-С. 235-238.

178. Селиванов Н.В. Исследование работы тупикового подогревателя //ЕНТЖ. Энергосбережение в Поволжье. Ульяновск, 2000. - Вып. 3. -С. 99-101.

179. Селиванов Н.В. Новый метод расчета теплопотерь от жидкого груза через ограждающие поверхности морских наливных судов при качке //Саратов: ОПЭ СНЦ РАН, 2001. 51 с.

180. Селиванов Н.В. Теплообмен высоковязких жидкостей в емкостях: Мо-нография^А^ 232 с. '

181. Селиванов Н.В. Теплообмен при качке у ограждающих поверхностей наливных судов //Тез. докл. XLII науч. конферен АГТУ. Астрахань: Изд-во АГТУ, 1998.-С. 216.

182. Селиванов Н.В. Теплообмен при колебаниях у вертикальной поверхности емкости. Основы теории //Саратов: ОЭП СНЦ РАН, 2000. 27 с.

183. Селиванов H.B. Теплообмен при смешанной конвекции //Совершенствование энергетических систем и комплексов: Сб. науч. трудов. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2000. С. 32-38.

184. Селиванов Н.В. Яковлев П.В., Агафонова И.А. Влияние угла наклона тупикового подогревателя на режим «захлебывания» Труды V Минского1.международного форума по тепломассобмену. ГНУ «ИТМО им. A.B.

185. Лыкова». НАНБ. - Минск, 2004. - С. 460-463.

186. Селиванов Н.В., Ильин А.К. Влияние колебаний емкости на теплообмен жидкости в придонной области //Материалы докладов Российского национального симпозиума по энергетике. Казань: КГЭУ, 2001. - Т. 1. -С. 413-416.

187. Селиванов Н.В., Яковлев П.В. Особенности процесса теплообмена пригрануляции серы //Инженерно-физический журнал. Том 77. - № 5. -2004. - С 29-34.

188. Селиванов Н.В., Яковлев П.В., Горбанева Е.А. Влияние различных факторов на динамику слоя структурированной фазы //Материалы научн.чтений "Стратегия выхода из глобального экологического кризиса".

189. СПб.: МАНЭБ, 2001. С. 178-180.

190. Селиванов Н.В., Яковлев П.В., Горбанева Е.А. Совершенствование перевозок высоковязких жидкостей автотранспортом //Материалы научн. чтений "Стратегия выхода из глобального экологического кризиса". СПб.: МАНЭБ, 2001. - С. 180-182.

191. Скибин А.П. Вариант конечно-элементного метода контрольного объема для решения задач тепломассообмена: Автореф. дис. . канд. техн. наук.-М., 1993.- 16 с.

192. Студенок А.Г. Закономерности и интенсификация процесса грануляции расплавов в жидких инертных средах: Автореф. дис. . канд. техн. наук. Свердловск, 1983. - 17 с.

193. Сырчиков И.Л. Движение и плавление полимера в канале экструдера при производстве кабелей с пластмассовой изоляцией: Автореф. дис. . канд. техн. наук. М., 1993 - 19 с.

194. Татьянченко Б .Я. Разработка и исследование грануляторов серы: Автореф. дис. . канд. техн. наук. 24.

195. Темам Р. Уравнения Навье-Стокса. Теория и численный анализ. М.: Мир, 1981.-408 с.21 б.Теоретические основы хладотехники. Тепломасоообмен /Под ред. Э.И.

196. Гуйго. М.: Агропромиздат, 1986. - 217 С. 217.Тепло- и массообмен. Теплотехнический эксперимент: Справочник /Е.В. Аметистов, В.А. Григорьев, В.Т. Емцев - М.: Энергоатомиздат, 1982.

197. Тепломассообмен: Тепломассообмен в двухфазных системах. М., 1992. -Т. 4.-4.2. - 141с.

198. Тепломассообмен: Вычислительный эксперимент в задачах тепломассообмена и теплопередачи. М., 1992. - Т. 9. - Ч. 1. - 216 с.

199. Технология аммиачной селитры /Под ред. В.М. Олевского.- М.: Химия, 1972.-312 с.

200. Тирский Г.А. Два точных решения нелинейной задачи Стефана

201. Ткачев А.Г. Конвективный теплообмен в процессах плавления и затвердевания гомогенной среды //Конвекция, теплопередача в двухфазных и однофазных потоках. М.: Энергия, 1964. - С. 308-325.

202. ТУ 113-23-01-5-88. Сера молотая в гранулированном виде. Введ. 17.06.89. - М.: Изд-во стандартов. - 33 с.

203. ТУ 113-23-23-88. Сера техническая в дроблёном виде. Введ. 01.01.89.

204. М.: Изд-во стандартов. 19 с. 225.Тюльпа В.В. Влияние организации течения на теплоотдачу газовых струй: Автореф. дис. . канд. техн. наук. - Екатеринбург, 1998. - 24 с.512с.

205. Докл. АН СССР. 1959. - Т. 125. - N 2. - С.

206. Угрюмова С.Д., Латышева Н.Д. Экспериментальное исследование теплообмена с использованием ЭВМ: Учеб. пособие. Владивосток: Изд-во

207. Дальневост. ун-та, 1993. 190 с.

208. Физическое и математическое моделирование тепловых и гидродинамических процессов //Межвуз. науч.-техн. сб. Томского политехи, ин-та им. С. М. Кирова/Под ред. М.И. Шиляева. Томск, 1990. - 179 с.

209. Филаткин В. Н. Тепломассоперенос и моделирование процессов в аппаратах систем кондиционирования воздуха: Учеб. пособие. Л.: Ленингр. технол. ин-т, 1991. - 268 с.

210. Филиппов A.B. Структура, кристаллизация и плавление смесей кристаллизующегося полиэтиленоксида с некристаллизующимся полипропиле-ноксидом. Изучение методом импульсного ЯМР: Автореф. дис. . канд. физ.-мат. наук. Казань, 1989. - 13 с.

211. Фрязинов И.В. О задаче Стефана для неоднородных сред //ЖВМ и МФ. -' 1981.-Т. 1.-№5^С.927-932Г~

212. Фукусако С., Секи Н., Сагавара М. Критерий возникновения свободной конвекции в слое расплавленного льда со свободной поверхностью //Теплопередача. 1977. - № 1. - С. 98-105.

213. Хасан М. М., Эйчхорн Р. Локально неавтомодельное решение задачи о характеристиках конвективного течения и теплоотдачи от наклонной изотермической пластины //Теплопередача. 1979. - Т. 101. - № 4. - С. 86-94.

214. Хессами М.А., Поллард А., Роу Р.Д. Исследование свободно-конвективной теплоотдачи в горизонтальных кольцевых каналах с большим отношением радиусов //Теплопередача. 1985. - Т. 107. - № 3. -С. 92-99.

215. Хессами М.А., Поллард А., Роу Р.Д. Численный расчет свободноконвек-тивного теплообмена между горизонтальными концентрическими изотермическими цилиндрами //Теплопередача. 1984. - № 3. - С. 145-149.

216. Ци^еровский Я. Основы процессов химической технологии. Л.: Химия, 1967.-337 с. \/~

217. Цирельман Н.М. Вариационные принципы и метод перемещения изотерм в решении проблемы осложненного теплопереноса: Автореф. дис. . д-ра техн. наук. Казань, 1995. - 48 с.

218. Чизрайт Р. Естественная турбулентная конвекция от вертикальной плоской поверхности теплообмена //Теплопередача. 1968. - Т. 90. - № 1. -С. 1-9.

219. Чиковани В.В., Долгоруков Н.В.Вариационные принципы и методы решения задач тепломассообмена. СПб.: Гидрометеоиздат, 1992. - 152 с.

220. Алексеев А.К. Численное моделирование нестационарного тепломассообмена в закрытых объемах /Алексеев А.К., Бондарев А.Е., Бонда-# рев E.H., Молотилин Ю.А. М., 1994. - 20 с.

221. Численное моделирование нестационарного тепло-массообмена в закрытых объемах /Алексеев А.К., Бондарев А.Е., Бондарев E.H., Молотилин Ю.А. М., 1994. - 20 с.

222. Численное моделирование процессов затвердевания в задачах диффузии/конвекции: Обзор /Аксенова А.Е., Вабищевич П.Н., Чуданов В.В. и др.-М., 1995.-30 с.

223. Шаталина И.Н. Теплообмен в процессах намораживания и таяния льда. -Л.: Энергоатомиздат, 1990. 120 с.

224. Шемякина Г.Н. Исследование свободной конвекции при хранении нефти и нефтепродуктов: Автореф. дис. . канд. техн. наук. Уфа, 1978. - С.

225. Шеянов A.A. Моделирование тепломассообменных процессов при по-f догреве и перемещении высоковязких нефтепродуктов в речных нефтеналивных судах: Автореф. дис. . канд. техн. наук. Нижний Новгород, 1994.-22 с.

226. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. М.: Наука, 1969. - 742 с. ^г*

227. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя /Пер. с нем. М.: Наука, 1974. - \1. С. J251 .Шульман З.П. Конвективный тепломассоперенос реологически сложных жидкостей. М.: Энергия, 1975. - 352 с.

228. Шурина Э.П. Математическое моделирование методом конечных элементов нелинейных физических процессов в трехмерных задачах магнитостатики и теплообмена: Автореф. дис. . д-ра техн. наук.1. Новосибирск, 1997. 48 с.

229. Щербаков А.З. Транспорт и хранение высоковязких нефтей и нефтепродуктов с подогревом. М.: Недра, 1981. - 220 с.

230. Щербаков А.З., Маркин В.К., Плохов A.B. Исследование теплообмена через днище нефтеналивных судов //Изв. ВУЗов. Сер. Нефть и газ. -1974.-№ И.-С. 75-78.

231. Щербаков А.З., Маркин В.К., Селиванов Н.В. Расчет процессов подогрева нефтепродуктов в морских танкерах //Рыбное хозяйство. 1980.- № 10. - С. 46-48.

232. Щербаков А.З., Овчинников В.А. Теплообмен между нефтепродуктом и охлаждаемой поверхностью в условиях образования структурированной фазы //Изв. ВУЗов. Сер. Нефть и газ. 1978. - № 2. - С. 59-62.

233. Щербаков А.З., Овчинников В.А., Селиванов Н.В. Определение расхода пара на подогрев нефтепродуктов в резервуарах //НТИС. Сер. Нефтехимия и нефтепереработка. М.: ВНИИОЭНГ. - 1990. - № 4. с. 13-15.

234. Щербаков А.З., Плохов A.B., Маркин В.К., Овчинников В.А., Селиванов Н.В. Экспериментальное исследование теплопотерь в нефтеналивном судне //РНТС. Сер. Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов. М.: ВНИИОЭНГ. - 1974. - № 2. - С. 18- 20.

235. Щербаков А.З., Селиванов Н.В. Исследование теплообмена между нефтепродуктом и вертикальными поверхностями танков нефтеналивных судов при транспортировке в условиях качки //Изв. ВУЗов. Сер. Нефть и газ. 1978.-№ 5.-С. 41-45.

236. Щербаков А.З., Селиванов Н.В. Расчет теплопотерь через борт нефтеналивных судов в условиях качки //РНТС. Сер. Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов. М.: ВНИИОЭНГ. - 1979. - № 8. - С. 21-24.

237. Щербаков А.З., Селиванов Н.В., Белоногов В.А. Исследование влияния I качки нефтеналивного судна на теплоотдачу от трубчатого подогревателя //НТС. Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов. 1983. -№ 9. -С. 10-11.

238. Щербаков А.З., Селиванов Н.В., Плохов A.B. Экспериментальное исследование теплообмена между нефтепродуктом и двойным днищем нефтеналивных судов в условиях качки //Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов. 1978. - № 2. - С. 26-28.

239. Щербаков А.З., Фадеева Н.Г., Плохов A.B. Определение расхода пара на подогрев нефтепродуктов в изолированных и неизолированных резервуарах нефтебаз //РНТС. Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов. -1981.-№ 2. С. 20-22.

240. Щербаков А.З., Яковлев П.В. Исследование процесса теплообмена при водной грануляции серы //Вестник Астраханского технического института рыбной промышленности и хозяйства. М.: ВНИРО, 1993. - С. 246247.

241. Щербакова Р.П., Шалашова Н.В., Головина О.М. Международный морской транспорт нефти //РНТС. Сер. Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов. М.: ВНИИОЭНГ. - 1979. - № 8. - С. 29-32.

242. Якимов А.С. Математическое моделирование и численное решение некоторых задач тепломассообмена и тепловой защиты: Автореф. дис. . д-ра техн. наук. -Томск, 1999. 34 с.

243. Яковлев П.В., Щербаков А.З., Бирюков Ю.М. Гравитационный сепаратор. Патент № 2100049 Российской Федерации, МКИЗ В 0112/02.

244. Яковлев П.В., Щербаков А.З., Бирюков Ю.М. Гранулятор. Патент № 2104765 Российской Федерации, МКИЗ В 01 12/02.

245. Яковлев П.В., Щербаков А.З., Бирюков Ю.М. Грануляционная колонна. Патент № 2042418 Российской Федерации, МКИЗ В 01 12/02.

246. Яковлев П.В., Селиванов Н.В. Особенности теплообмена при грануляции серы // Химическая промышленность. 2005. - т. 82, № 1. - С. 1-5.

247. Яковлев П.В., Селиванов Н.В. Влияние теплообмена на процесс грануляции серы // Химическая технология. 2005. - № 2. - С. 36-39.

248. Яковлев П.В. Исследование теплообмена при плавлении твердой фазы подвижной нагруженной пластиной // Известия ВУЗОВ. СевероКавказский регион. Технические науки. 2005. - Приложение № 1. - С. 113-117.

249. Яковлев П.В. Исследование теплообмена при водной грануляции серы // Известия ВУЗОВ. Северо-Кавказский регион. Технические науки. -2005. Приложение № 1. - С. 117-119.

250. Яковлев П.В. Теплообмен в процессах получения и переработки товарной серы. Монография. Астрахань.: Изд-во АГТУ, 2004. - 168 с.

251. Яковлев П.В. Теплообмен при грануляции серы // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2005. - № 4. - С. 16-18.

252. Acagi S. Free convection heat transfer in viscous oil //Trans. Jap. Soc. Mech. Eng. J964. - Vol. 30. - № 213. - P. 624-632.

253. Acagi S. Heat transfers in oil tanks of ship //Japan shipbuilding and mar. -Engineering. 1969. - Vol. 4. - № 2. - P. 26-32.

254. Acagi S. Investigation on the Heat Transfer of oil tank //J. of Kansai Zosen Kyokuyo. 1967. - № 124. - P. 26-36.

255. Acagi S., Yoshitomi K. A study on heat transfer during natural convection heating of coal-oil mixture (COM) //Trans. Jap. Soc. Mech. Eng. 1982. -Vol. 48.-№434.-P. 2013-2023.

256. Black W. Z., Norris J. K. The thermal structure of free convection turbulence from inclined isothermal surfaces and its influence on heat transfer //Inter. J. Heat and Mass Transfer. 1975. - Vol. 18. - № 1. - P. 43-50.

257. Carrey V. P., Mollendorf J. C. Variable viscosity effects in several natural convection flows //Inter. J. Heat and Mass Transfer. 1980. - Vol. 23. - P. 95« 109.

258. Fujii T. Experiments of free- convection heat transfer from vertical cylinder submerged in liquids //Inter. J. Heat Mass Transfer. 1959. - Vol. 25. - № 152.-P. 280-286.

259. Fujii T., Takeuchi M., Fujii M., Susaki K., Uchara H. Experiments on natural-convection heat transfer from the outer surface of vertical cylinder to liquids //Inter. J. Heat and Mass Transfer. 1970. - Vol. 13. - № 5. - P. 753-787.

260. Fujii T., Uehara H. Laminar natural-convective heat transfer from the outer surface of a vertical cylinder //Inter. J. Heat and Mass Transfer. 1970. - Vol. 13.-№3.-P. 607-615.

261. George W. K., Capp S. P. A theory for natural convection turbulent boundary layers next to heated vertical surfaces //Inter. J. Heat and Mass Transfer.

262. S 1979, Vol. 22. - № 6. - P. 813-826.

263. Hamada S., Nadasava I., Shirai T. Bull. //Chem. Soc. Japan. 1970. - Vol. 43. - P. 3096.

264. Huber A. Hauptaufsatze u ber das Fortshzeiten der Shmelzgein einem linearen Leiter //ZAMM.- 1969.-№ 1,- S. 1-21.

265. Huber A., Klingst A. Theorie Einige Probleme //ZAMM. 1965. - № 5. - P. 360.

266. Jang K. T. Possible solutions for laminar free convection on vertical plates and cylinders //J. Appl. Mech. 1960. - Vol. 27. - № 2. - P. 230-236.

267. Jang K. T., Novotny J. S., Cheng Y. S. Laminar free convection from a non isothermal plate immersed in a temperature stratified medium //Inter. J. Heatand Mass Transfer. 1972. - Vol. 15. - № 5. - P. 1097-1109.-—

268. Kurihara T ., Magata A., Maekawa C. Experimental Studies on Heat- transfer coefficients and effective length of tank heating coils in vessels //J. Seibu Zo-senkai. 1970. - № 40. - P. 245-253.

269. Kurihara T. Some consideration on heat- transfer coefficients of cargotanks //J. Seibu Zosenkai. 1970. - № 40. - P. 219-244.

270. Lea J.F., Stegall R.D. A two-dimentional theory of temperature and pressure effect on ice melting rates with a heated plate //Trans. ASME. Ser. C (USA). J. Heat Transfer. -J973. Vol. 95. - № 4. - P. 571-573.

271. Lloyd J. R., Sparrow E. M. On the instability of natural convection flow on inclined Plates //J. Fluid Mech. 1970. - Vol. 42. - № 3. - P. 465-470.

272. Lock G.S.H., Gunderson J.R., Quon D., Donelly J.K. A study of onedimen-sional ice formation with particular referense to periodic growth and decay //Int.J.Heat Mass Tr. 1969. - Vol. 12. - N 11. - P. 85-91.

273. Lock S. H., Gunn J. C. Laminar free convection from a downward-projecting fin //Trans. ASME. J. Heat Transfer. 1968. - Vol. 90. - № 1. - P. 63-70.

274. Lun C., Tao A.S. Ch. E. Journal. 1977. - Vol.13. - № 1. - P. 165.306.0strach S. An analysis of laminar free-convection flow and heat transferabout a flat plate parallel to the direction of the generating body force //NACARep. 1111. 1953.-P45.

275. Pera L., Gebhart B. Natural convection boundary layer flow over horizontal and slightly inclined surfaces //Inter. J. Heat and Mass Transfer. 1973. - Vol. 16.-№6.-P. 1131-1146.

276. Pera L., Gebhart B. On the stability of natural convection boundary layer flow over horizontal and slightly inclined surfaces //Inter. J. Heat and Mass Transfer. 1973. - Vol. 16.-№6.- P. 1147-1163.

277. Przemyst Chemiczny. 1974. - Ch. 58. - N 8. - P. 44911.

278. Ram M., Rutty T., Gueden de Carvalnjl. //J. Chem. thermodynam. 1973. -Vol. 5.-P. 833.

279. Saunders R. J. Heat losses from oil- tanker cargoes //Transactions of the Institute of Marine Engineers. 1967. - Vol. 79. - № 12. - P. 405-414.

280. Singh E.P., Upadhyany V.K. Melting of ice cubic under controlled condition //Proc. Indian Acad. Sci. 1979. - Vol. 38. - № 4. - P. 285-289.

281. Spalding D.B., Patankar S.V. Heat and mass transfer in boundary layers. London: Edward Arnolds. 1967. -P 109.

282. Sparrow E .M., Gregg J. L. Similar Solutions for Free Convection From a Non-Isothermal vertical Plate //Trans. ASME. 1958. - Vol. 80. - P. 379-388.

283. Sparrow E. M., Gregg J. I. Buoyancy effects in forced-convection flow and heat transfer//ASME J. Of Applied Mech. 1959. - Vol. 81. - P. 133-134.

284. Stefan J.Uber. Einige Probleme der Theorie Warmeleitung.-Sitz-ber //Wien. Akad. Mat. naturw. 1989.- Bd. 98. -1 la. - P. 473-484.

285. Stein W.A. Chem. Ing. - Techn. - 1971.- Vol. 13.-№21.-P. 1153.

286. Stein W.A. Verfahrens technic. 1971. - Vol. 5. - № 11. - P. 453.

287. Sucker D. Free Strömung und Wärmeubergang an lotrechten ebenen Platten //VDI Forschungsheft. - 1£78. - № 585. - S. 1-40.

288. Sugavara S., Michiyoshi I. Studies of surface heat transmission by natural convection on flat plate //Trans. JSME. 1951. - Vol. 17. - № 62. - P. 109114.

289. Suhara J. Studies of heat transfer of tank heating of tankers //Japan Shipbuilding and Marine Engineering. 1970. - Vol. 5. - № 1. - P. 5-16.

290. Suhara J., Kato H., Kurihara T. Experimental studies on the rolling effect on heat losses from oil tanker cargoes //Report of Research Institute for applied Mechanism. 1976. - Vol. 24. - № 76. - P. 1 -30.A

291. Sulphur, 2000, N 260 M. Kitto (British Sulphur Consultants Division of CRU / /1.ternational Ltd.) ^

292. Sulphur. 1979, N 142, p.30-39. ^

293. Sulphur. 2000, N 269 M.Kitto (British Sulphur Consultants Division of V CRU International Ltd.)

294. Sulphur. -1969, № 80, p.30-32,35.

295. Tran N. N. Sur la convection natural laminaire autour d'une plaque plane en incompressible //C. R. Acad. Sei. 1972. - Vol. 275. - № 21. - P. 1123-1126.

296. Transports, Resultats stables, perspectives incertaines //Petrole informations. -1988. -№ 1646.-P. 27-31.

297. Tribus M. Discussion on similar solutions for free convection from a noniso-termal vertical plate //Trans. ASME. Ser. C. 1958. - Vol. 80. - № 4. - P. 1180-1181.

298. Van Der Heeden D. Y. Experimental evaluation of heat transfer in dru -cargo ships tank, using thermal oil as a heat transfer medium //Inter. Shipbuilding Progress. 1969. - Vol. 16. - P. 27-37,173.

299. Van Der Heeden D. Y., Mulder J.L. Heat transfers in cargotanks of a 50000dwt tankers //Inter. Shipbuilding Progress. 1965. - Vol. 12. - № 132. -P. 309-328.

300. Selivanov N. V., Yakovlev P. V. Features of Heat Transfer in the Granulation of Sulfur // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. 2004. -Vol. 77. - № 5, September. - P. 904 - 910.