Затверджую проректор з наукової роботи Сумду д ф. м н., проф. А. М. Чорноус 2010р. Звіт icon

Затверджую проректор з наукової роботи Сумду д ф. м н., проф. А. М. Чорноус 2010р. Звіт




НазваЗатверджую проректор з наукової роботи Сумду д ф. м н., проф. А. М. Чорноус 2010р. Звіт
Сторінка1/5
Дата15.07.2012
Розмір0.56 Mb.
ТипРеферат
  1   2   3   4   5


УДК 69-9.02103

КП

№ держреєстрації 0106U013008

Інв.№


МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

СУМСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

40007, м.Суми, вул. Римського-Корсакова, 2

тел. (0542) 33-00-24


ЗАТВЕРДЖУЮ

Проректор з наукової роботи СумДУ

д.ф.-м.н., проф.


____________А.М.Чорноус

«__»____________2010р.


ЗВІТ

ПРО НАУКОВО-ДОСЛІДНУ РОБОТУ


Розробка високоінтенсивного масобмінного обладнання для створення маловідходних технологій

ВИСНОВКИ І РЕКОМЕНДАЦІЇ З ПРОВЕДЕНОЇ РОБОТИ.

^ РОЗРОБКА ВИСОКОЕФЕКТИВНИХ КОНТАКТНИХ ПРИСТРОЇВ МАСООБМІННОГО ОБЛАДНАННЯ

(заключний)


Начальник НДЧ

к.т.н., доц В.А. Осіпов


Керівник НДР

завідуючий кафедрою

прикладної екології

д.т.н, проф. Л.Д.Пляцук


2010

Рукопис закінчено 1 лютого 2010 року

Результати цієї роботи розглянуті науковою радою СумДУ

Протокол від «22» квітня 2010 № ___

^ СПИСОК АВТОРІВ


Завідуючий кафедрою

прикладної екології

д.т.н, проф. Л.Д.Пляцук

(розділ 2, розділ 3, висновки)


Доцент кафедри

прикладної екології, к.т.н. Д.О.Лазненко

(вступ, розділ 1,

розділ 2, розділ 3)


Асистент кафедри

прикладної екології С.В.Сидоренко

(реферат, розділ 1,

розділ 2)

РЕФЕРАТ


Звіт про НДР: 67 с., 1 табл., 55 рис., 48 джерел.

Об’єкт дослідження: контактний пристрій відцентрового масообмінного апарату

Мета роботи: дослідження закономірностей гідродинаміки та масопереносу в відцентровому масообмінному апараті (ВМА) з запропонованою конструкцією контактного пристрою, що забезпечує організацію взаємодії фаз в режимі багатостадійного диспергування рідини

Методи дослідження: в процесі експериментальних досліджень використовувались методи візуального спостереження та швидкісного фотографування поведінки рідини в середині контактного пристрою, визначення гідродинамічних характеристик газу методами інструментальних вимірювань, методи хімічного аналізу для одержання масообмінних показників роботи апарату. Обробка результатів експериментів, порівняння з теоретичними моделями та визначення похибок проведено за допомогою методів математичної статистики.

Експериментально отримані масообмінні характеристики відцентрового масообмінного апарату в залежності від конструктивних та режимних параметрів його роботи. Визначені рекомендовані діапазони роботи апарату та рекомендації до вибору конструкції контактного пристрою.

Результати НДР можуть бути використані при створенні відцентрових масообмінних апаратів для проведення процесів масообміну в газорідинних системах.

Прогнозні припущення щодо розвитку об’єкту дослідження – розробка промислових зразків ВМА з дослідженим типом контактного пристрою.

^ ГІДРОДИНАМІКА, МАСООБМІН, ВІДЦЕНТРОВЕ ПОЛЕ, ВІДЦЕНТРОВИЙ МАСООБМІННИЙ АПАРАТ, КОНТАКТНИЙ ПРИСТРІЙ.


ЗМІСТ

ВСТУП ..................................................................................................................

5

РОЗДІЛ 1 ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ........................................................................

6

1.1. Роторні колони як перша конструктивна реалізація організації процесу масообміну в полі відцентрових сил...................................................................

6

1.2. Сучасний підхід до створення відцентрових масообмінних апаратів......

9

1.2.1. Апарати з фіксованою поверхнею контакту фаз (плівкові апарати).....

9

1.2.2. Апарати з поверхнею контакту, що утворюється в вільному об’ємі.....

11

1.2.3. Апарати з фіксованою поверхнею та поверхнею, що утворюється в вільному об’ємі.....................................................................................................

14

1.3. Перспективні напрямки розвитку роторного масообмінного обладнання.............................................................................................................

17

РОЗДІЛ 2 ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ГІДРОДИНАМІЧНИХ ТА МАСООБМІННИХ ХАРАКТЕРИСТИК РОБОТИ ВІДЦЕНТРОВОГО МАСООБМІННОГО АПАРАТУ......................

22

2.1. Вибір та обґрунтування напряму досліджень..............................................

22

2.2. Конструкція експериментального стенду....................................................

24

2.3. Диспергування рідини в контактному пристрої ВМА................................

26

2.4. Дослідження гідравлічного опору ВМА.......................................................

34

2.5. Массовіддача в газовій фазі...........................................................................

46

2.6. Масовіддача в рідині......................................................................................

51

РОЗДІЛ 3 УЗАГАЛЬНЕННЯ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ДАНИХ.................

55

3.1 Узагальнення експериментальних даних з гідравлічного опору................

55

3.2. Узагальнення експериментальних даних по масообміну...........................

60

ВИСНОВКИ...........................................................................................................

62

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ.............................................................

63

ВСТУП


Інтенсифікація та підвищення продуктивності технологічних процесів є актуальною задачею для розвитку промислового виробництва України. На фоні постійного зростання вартості енергетичних ресурсів пріоритетним напрямком сучасного розвитку нашої держави є розробка та впровадження енергоефективних процесів і технологій, пошук нових способів інтенсифікації технологічного обладнання.

Процеси тепломасообміну займають значне місце в структурі технологічних процесів різних виробництв, їх інтенсифікація та вдосконалення є важливим завданням для активізації виробництва, поліпшення якості продукції, зменшення її собівартості, раціонального використання природних ресурсів та охорони навколишнього середовища.

Значна частка процесів масообміну в газорідинних системах традиційно проводяться в колонному обладнанні, перевагою якого є висока продуктивність. На сьогоднішній день внаслідок скорочення обсягів виробництва, потужностей існуючих виробничих комплексів, утворення малих та середніх підприємств виникають задачі проведення масообмінних процесів з високою ефективністю при малій та середній продуктивності. Застосування колонних апаратів не дозволяє в повній мірі вирішувати ці задачі внаслідок недостатньої ефективності, а також потреби у відносно великих виробничих площах при високих експлуатаційних витратах.

Альтернативним рішенням для такого класу задач є застосування малогабаритного масообмінного обладнання, що працює з високою ефективністю. Сьогодні існують різні підходи до створення таких апаратів, відома значна кількість конструкції. Аналіз відомих підходів та особливостей конструкції є предметом даної реферативної роботи.


^ РОЗДІЛ 1 ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ

1.1. Роторні колони як перша конструктивна реалізація організації процесу масообміну в полів відцентрових сил.


Актуальною задачею сучасного розвитку промислового виробництва нашої держави, в тому числі і хімічної, нафтохімічної та споріднених галузей, є інтенсифікація існуючих машин та апаратів. Серед робіт спрямованих на підвищення масообмінних характеристик технологічного обладнання, що працює в системах рідина-рідина або газ-рідина, можна виділити два напрями. Перший полягає у збільшенні питомої поверхні контакту фаз, другий – у збільшенні швидкості переносу речовини з ядра до границі розділу фаз (або від границі до ядра) та зменшення опору границі розділу фаз [1-3].

Для створення розвинутої поверхні контакту фаз в робочому об’ємі апарату з метою інтенсифікації процесів масотеплообміну застосовують підведення в систему зовнішньої енергії.

Збільшення величини масових сил, в полі яких організовано взаємодію фаз, призводить до зменшення товщини плівки рідини та розширенню діапазону стійкої роботи при організації взаємодії фаз в режимі диспергування рідини.

Збільшення питомої поверхні контакту взаємодіючих фаз за рахунок потоншення плівки та зменшення розміру крапель рідини, є одним з суттєвих факторів, що спричиняють зростання масообмінних характеристик роторного обладнання даного класу.

Спроби інтенсифікації масопереносу при використанні відцентрових сил здійснювалися багатократно. Перші апарати для проведення масообмінних процесів з застосуванням відцентрового поля відомі з початку ХХ ст.. Конструктивно вони є колонами з встановленим в середині обертовим валом, на якому закріплювалися контактні елементи. Одними з першими конструкцій контактних елементів були обертові диски. Роторна колона такого типу з двома ступенями контакту, запатентовані Фаулером та Медлеєм [4, 5] в 1909 році та потім вдосконалена в 1913 році, п’ятиступенева, наведена на рис.1. Колони працюють в газорідинній системі, взаємодія фаз відбувається в протитечійному режимі.



2

2

1

1

4

3

4

3

5

5

6

6


а б

Рисунок 1.1. Роторні колони Фаулера та Медлея: а – конструкція зразка 1909 року, б – конструкція зразка 1913 року. 1 – корпус, 2 – вхід газу, 3 – вихід газу, 4 – вхід рідини, 5 – вихід рідини, 6 – вал.


В подальшому відбувається розвиток конструкцій роторних колон. В 1929 році Едвард Дармет [6] винаходить конструкцію колони з обертовим валом та обертовими дисками в середині, в якій реалізований проміжний відбір продукту по висоті (рис.2). Дане рішення, на відміну від абсорбційних колон Фаулера та Медлея, призначене для ректифікації.

В подальшому були створені ще декілька десятків подібних конструкцій, частина з яких знайшли застосування в промислових умовах.



1

2

7

4

3

5

8

6


Рисунок 1.3. Ректифікаційна роторна колона конструкції Е.Дармета [6] з проміжним відбором на обертових тарілках: 1 – корпус, 2 – вхід газу, 3 – вихід газу, 4 – вхід рідини, 5 – вихід рідини, 6 – вал, 7 – конденсатор (дефлегматор), 8 – відбірні крани.

^ 1.2. Сучасний підхід до створення відцентрових масообмінних апаратів.


На сьогоднішній день відома достатньо велика кількість масообмінного обладнання, в якому інтенсифікація досягається організацією процесу в полі відцентрових сил. Неодноразово пропонувалися різні підходи до класифікації такого типу апаратів. Серед них відомою є фундаментальна класифікація масообмінного обладнання, запропонована акад. В.В.Кафаровим [7]. Відцентрові (роторні) масообмінні апарати в цій системі відносяться до класу обладнання з зовнішнім підведенням енергії. В межах цього класу, в свою чергу, по способу утворення поверхні контакту виділяють:

  1. апарати з фіксованою поверхнею контакту фаз (плівкові апарати);

  2. апарати з поверхнею контакту, що утворюється в вільному об’ємі;

  3. апарати з фіксованою поверхнею та поверхнею, що утворюється в вільному об’ємі.

Далі розглянемо детальніше конструктивні особливості апаратів в межах кожного підкласу.


^ 1.2.1. Апарати з фіксованою поверхнею контакту фаз (плівкові апарати)


В плівкових апаратах інтенсифікація масообміну досягається за рахунок безперервного оновлення під дією відцентрового поля поверхні контакту фаз у вигляді тонкої плівки. Найбільш відомою конструкцією такого обладнання є серія апаратів Подбельняка [8-14]. Це апарати протитечійного типу в яких організація руху фаз здійснюється в спиралевидному каналі (рис.4). Канал утворений металевою стрічкою, згорнутою по спіралі Архімеда та зафіксованою між двома торцовими дисками. Апарати Подбельняка вперше були запропоновані в 30-х роках ХХ ст. та успішно використовувались в різних виробництвах.

Відомим недоліком плівкових апаратів Подбельняка є недостатня змочуваність поверхні насадки, за рахунок чого фактична площа контакту фаз менше геометричної поверхні насадки. Для його усунення в Державному інституті азотної промисловості СРСР (ДІАП) була створена та досліджена інша конструкція плівкового тепломасообмінного апарату. Апарат являє собою набір відбортованих концентричних циліндрів, які мають перетоки для рідини та пари (рис.5). Такий спосіб організації процесу дає повне змочування обертових поверхонь, більш інтенсивне внутрифазове перемішування та відповідне збільшення масообмінних характеристик в порівнянні з апаратами Подбельняка [15].








Рисунок 1.4. Відцентровий екстрактор Подбельянка: 1 – корпус; 2 – ротор; 3 – вал; 4, 5 – вхід легкої та важкої фракції відповідно; 6,7 – вихід легкої та важкої фракції відповідно.

Рисунок 1.5. Апарат конструкції ДІАП: 1 – корпус, 2 – вал, 3 – коаксіальні циліндри, 4 – перфорація, 5 – розподільчий пристрій, 6 – переливна тарілка.


В роботах [16, 17] розглянута конструкція ректифікатору з обертовою касетою (рис.1.6). Касета зібрана з коаксіальних циліндрів. З торців, по черзі з протилежних сторін, розташовані отвори для перетікання рідини та пари. Рідина подається до центру та рухається до периферії по внутрішні поверхні циліндрів, переходячи з одного циліндру на інший. В зворотному напрямку по таким же траєкторіям, рухається газ.



Рисунок 1.6. Ректификатор с коаксіальними циліндрами


^ 1.2.2. Апарати з поверхнею контакту, що утворюється в вільному об’ємі


Апарати з поверхнею контакту, що утворюється в вільному об’ємі, відомі достатньою кількістю масообмінного обладнання. Класичними представниками цього напрямку є розробки П.Л.Капіци [18] та М.І. Гельперіна [19]. В цих роторних колонах рідина з нерухомої перегородки стікає на обертові елементи, на яких відбувається її диспергування. Рідина контактує з парою в вільному об’ємі апарату і по внутрішні частині корпусу стікає на наступний обертовий елемент. Пара взаємодіє з рідиною, проходячи через кільцеві зазори, утворені рухомими та нерухомими частинами апарату (рис.1.7, 1.8).

Відомим прикладом такого типу апаратів є роторні ректифікаційні колони Кіршбаума-Штора. Вони були широко розповсюджені в ряді країн світу, серійно випускалися в СРСР (рис.1.9) В колоні на кожній ступені рідина диспергується конусами, що обертаються, контакт с паровою фазою на кожній ступені перехрестнотечійний, в цілому по апарату схема протитечійна. Істотними недоліками колони такого типу є значний винос крапель, що зростає при зниженні остаточного тиску. Також практична експлуатація показала різке падіння ефективності із зростанням діаметру колони [20].





Рисунок 1.7. Відцентровий тепломасообмінний апарат П.Л. Капіци.

Рисунок 1.8. Відцентровий ректифікатор М.І. Гельперіна.

Відома конструкція роторного апарату В.С. Ніколаєва, який був досліджений в роботі [21]. В апараті диспергування рідини забезпечувалося в об’ємі, що обмежується обертовою та необертовою тарілкою (рис.1.10). На одній ступені встановлено декілька таких пар тарілок, що забезпечує багатократне оновлення поверхні контакту фаз. Апарат має високу ефективність, але його недоліком є відносно невелика пропускна здатність.

Аношиним [22, 23] була зроблена спроба удосконалення апарату Ніколаєва шляхом заміни нерухомих циліндричних перегородок на радіальні лопатки (рис.1.11). Це забезпечило додаткову турбулізацію поверхні контакту фаз при тангенціальному ударі крапель рідини по лопаткам в порівнянні з перпендикулярним ударом в апараті Ніколаєва. Апарат працює при швидкості обертання 1250 об/хв.

В роботі [24] запропонований та досліджений роторний масообміний апарат, за принципом дії схожий на апарат Аношина. В цій конструкції також забезпечується багатократне диспергування рідини на коаксіальних жолобах та багатократний удар краплин по дотичній, що інтенсифікує процес масообміну (рис.1.12).

В колонах конструкції Киршбаума-Штора та їм подібних відомим недоліком є висока залежність продуктивності розпилювача від точності його виготовлення. При виготовленні таких апаратів на практиці не виключена можливість відхилення розмірів на кожному ступеню колони, що призводить до коливань продуктивності по рідині і негативно впливає на масообмінні показники апарату. Тому автори [25] розробили конструкцію багатоступеневого роторного апарату, масообмінна ступінь якого показана на рис. 1.13. В цьому апараті продуктивність практично не залежить від глибини занурення в рідину на тарілці за рахунок особливої конструкції живлячого пристрою.









рідина газ (пара)




рідина газ (пара)


Рисунок 1.9. Колона Кіршбаума-Штора: 1 – корпус; 2 – вал; 3 – конуси, 4 – тарілка, 5 – паровий патрубок, 6 – відбивне кільце.

Рисунок 1.10. Ступінь апарату конструкції В.С.Ніколаєва: 1 – корпус, 2 – нерухома тарілка, 3 – обертова тарілка, 4 – вал, 5,6 –перегородки.










Рисунок 1.11. Апарат конструкції І.М.Аношина: 1 – корпус, 2 – обертова тарілка, 3 – вал, 4 – лопатка, 5 – нерухома тарілка.

Рисунок 1.12. Апарат, запропонований Є.М.Карих: 1 – вал; 2 – живлячий диск; 3 – кільцеві жолоби; 4 – з’єднувальні планки; 5 – корпус; 6 – кільцевий карман статору; 7 – радіальні переточні жолоби; 8 – зливний стакан статору.


В апараті авторів [26] забірний пристрій розпилюючого ротору виконаний у вигляді ступеневої гвинтової втулки, в середині якої закріплена стрічкова спіраль. Спіраль обмежена обертовим тонкостінним порожнім циліндром з направляючим заплечіком, що загнутий під кутом. Така конструкція циліндру забезпечує напрямок руху рідини в нижню зону диспергуючого циліндру, за рахунок чого досягається практично постійна продуктивність розпилювання не залежно від глибини занурення цилиндру.

  1   2   3   4   5

Схожі:

Затверджую проректор з наукової роботи Сумду д ф. м н., проф. А. М. Чорноус 2010р. Звіт iconЗатверджую проректор з наукової роботи Сумду а. М. Чорноус (Times New Roman, 13пт) анотований звіт
Науковий результат (короткий опис одержаного результату, його новизни і наукового рівня відповідно до Технічного завдання) (до 10...
Затверджую проректор з наукової роботи Сумду д ф. м н., проф. А. М. Чорноус 2010р. Звіт iconЗатверджую проректор з наукової роботи Сумду а. М. Чорноус (Times New Roman, 13пт) проміжний звіт
Науковий результат (короткий опис одержаного результату, його новизни і наукового рівня відповідно до Технічного завдання) (до 10...
Затверджую проректор з наукової роботи Сумду д ф. м н., проф. А. М. Чорноус 2010р. Звіт iconЗатверджую проректор з наукової роботи, д т. н., проф. Харченко В. Ф
«Безпека життєдіяльності» з метою підвищення якості підготовки бакалаврів, спеціалістів та магістрів в рамках забезпечення єдності...
Затверджую проректор з наукової роботи Сумду д ф. м н., проф. А. М. Чорноус 2010р. Звіт iconЗатверджую проректор з наукової роботи іфнтунг
Науково-дослідна лабораторія підвищення газонафтоконденсатовилучення та інтенсифікації роботи свердловин в ускладнених умовах (наук...
Затверджую проректор з наукової роботи Сумду д ф. м н., проф. А. М. Чорноус 2010р. Звіт iconЗатверджую” Проректор з навчальної роботи внму проф. Гумінський Ю. Й
Проректор з навчальної роботи практичних занять з дисципліни проф. Ю. Й. Гумінський „Медична І біологічна фізика”
Затверджую проректор з наукової роботи Сумду д ф. м н., проф. А. М. Чорноус 2010р. Звіт iconЗатверджую” Проректор з навчальної роботи внму проф. Гумінський Ю. Й
Проректор з навчальної роботи практичних занять з дисципліни проф. Ю. Й. Гумінський Медична І біологічна фізика”
Затверджую проректор з наукової роботи Сумду д ф. м н., проф. А. М. Чорноус 2010р. Звіт iconЗатверджую Проректор з наукової роботи Національного університету "Львівська політехніка" проф. З. Г. Піх " " 201 р. (Печатка установи) витя г
Форма витягу розроблена для здобувачів наукового ступеня кандидата та доктора наук
Затверджую проректор з наукової роботи Сумду д ф. м н., проф. А. М. Чорноус 2010р. Звіт iconЗатверджую Проректор з наукової роботи Національного університету "Львівська політехніка" проф. З. Г. Піх " " 201 р. (Печатка установи) витя г
Форма витягу розроблена для здобувачів наукового ступеня кандидата та доктора наук
Затверджую проректор з наукової роботи Сумду д ф. м н., проф. А. М. Чорноус 2010р. Звіт icon«затверджую» «затверджую» Проректор з наукової роботи Національного університету «Львівська політехніка»

Затверджую проректор з наукової роботи Сумду д ф. м н., проф. А. М. Чорноус 2010р. Звіт icon«затверджую» «затверджую» Проректор з наукової роботи Національного університету «Львівська політехніка»

Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи