Влияние типа керамической кольцевой насадки на процесс абсорбции газов

1На правах рукописиСоколов Андрей СергеевичВЛИЯНИЕ ТИПА КЕРАМИЧЕСКОЙ КОЛЬЦЕВОЙ НАСАДКИ НАПРОЦЕСС АБСОРБЦИИ ГАЗОВСпециальность 05.17.08 – Процессы и аппараты химических технологийАвторефератдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква - 20092Работа выполнена в ГОУ ВПО Московский государственный университетинженерной экологииНаучный руководитель:доктор технических наук, профессорЛагуткин Михаил ГеоргиевичОфициальные оппоненты:доктор технических наук, профессорМайков Виктор Павловичкандидат технических наукПолевой Александр СергеевичВедущая организация:ОАО «НИУИФ»Защита состоится «21» мая 2009 г.

в 14 часов на заседаниидиссертационного совета Д. 212.145.01 в Московском государственномуниверситете инженерной экологии по адресу: 105066, г. Москва, ул.Старая Басманная, 21/4, аудитория имени Л.А. Костандова (Л-207).С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГУИЭАвтореферат разослан «18» апреля 2009 года.Ученый секретарьдиссертационного совета, к.т.н.Трифонов С.А.3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность проблемы. В настоящее время насадочныеколонны являются одним из наиболее распространенных типовхимическойаппаратуры.Суммарноеколичествогазов,обрабатываемых в насадочных колонных аппаратах в химической,металлургической, нефтяной, газовой и других отраслях современнойпромышленности, исчисляются тысячами миллиардов кубическихметров в год.Насадки являются основным элементом насадочных колонн,оказывающим влияние на их сопротивление, т.е.

на затраты энергии натранспортировку газа через колонну и на эффективность работы.Как показывает анализ наиболее интересных конструкцийнерегулярных насадок, созданных в последние годы, каждое новоеконструктивное решение дает незначительный выигрыш в пропускнойспособности и гидравлическом сопротивлении, и еще в меньшейстепени – в эффективности. Конструкции же в основном становятсявсе сложнее.Это говорит о том, что поиск таких новых конструктивныхрешений, которые позволят при сохранении или некотором улучшенииосновных показателей насадок, обеспечить простоту в изготовлении иприменении, а также снизить затраты при их массовом изготовлении,является актуальной задачей.Анализработыпромышленныхколонныхаппаратовпоказывает, что многие из них работают недостаточно эффективно иимеют высокое гидравлическое сопротивление.

Это связано сиспользованием морально устаревших, недостаточно эффективныхконтактных устройств.В производстве коррозионноактивных сред, в частности сернойкислоты, широкое распространение получили насадки из керамики, изкоторых наиболее часто используются кольца Рашига размером50х50х5.Внедрение новых контактных керамических устройствсдерживается не только сложностью их изготовления, но и тем, чтоподавляющее большинство новых конструкций насадок или неисследовалось вообще, или опубликованные данные по иххарактеристикам носят ограниченный или рекламный характер, чтозначительно усложняет процесс подбора наиболее эффективнойнасадки для каждого конкретного процесса.Следует отметить, что при выборе той или иной насадки, онимогут различаться как перепадом давления, так и эффективностью,либо обоими показателями сразу.

Может получиться так, что насадка,4имеющая большое сопротивление, одновременно имеет настольковысокую эффективность, что в конечном итоге будет достигнутзначительный экономический эффект от ее использования.Таким образом, отсутствие достаточно полной методики оценкиэкономического эффекта от использования той или иной насадки,включающей в себя основные показатели работы насадочных колонн,является актуальной проблемой.Цель работы. Разработка, на основе проведенного анализасовременных требований, предъявляемых к контактным устройствам,эффективной керамической кольцевой насадки, обладающей низкимгидравлическим сопротивлением, сравнение ее основных показателейработы с показателями известных насадок.

Получение на основеполученных экспериментальных данных расчетных зависимостей дляопределения основных характеристик керамических кольцевыхнасадок, а также разработка методики сравнения различных типовнасадок, одновременно учитывающей основные показатели работынасадок и суммарные эксплуатационные и капитальные затраты.Научная новизна работы:1. На основании экспериментальных данных по исследованиюкольцевых керамических насадок получены эмпирическиезависимости для определения гидравлического сопротивления слоясухих и орошаемых насадок, работающих в пленочном режиметечения и режиме подвисания, скорости газа, соответствующейпереходу из пленочного режима течения в режим подвисания,высоты единиц переноса для хорошо растворимых газов ирациональнойскоростигаза,позволяющейобеспечитьнеобходимую эффективность и минимальные капитальные иэксплуатационные затраты.2.

Разработана методика сопоставительного анализа различныхтипов насадок, позволяющая на стадии проектирования илимодернизации массообменного оборудования на основанииосновных геометрических, гидродинамических и массообменныххарактеристик насадки выбрать тип и размер насадки, прииспользовании которой будут обеспечены минимальные затраты нанасадку, материал колонны и электроэнергию.Практическая значимость и реализация результатов.1. Разработана новая конструкция керамической кольцевойнасадки.2.

Проведенысравнительныегидродинамическиеимассообменные испытания керамических кольцевых насадок ипоказано, что новая насадка обладает меньшим гидравлическим5сопротивлением и большей эффективностью, по сравнению с ранееизвестными керамическими кольцами Рашига и кольцами скрестообразной перегородкой.3. Получены основные гидродинамические и массообменныехарактеристики новой кольцевой керамической насадки икерамической кольцевой насадки с крестообразной перегородкой,необходимые для технологического расчета насадочных колонн.4. Предложен алгоритм расчета насадочной массообменнойколонны, загруженной керамическими кольцевыми насадками,учитывающийгидродинамическиеимассообменныехарактеристики насадок и позволяющий рассчитать рациональнуюскорость газа и выбрать тип и размер насадки, обеспечивающиеминимальные затраты.5.

Результаты работы использовались ООО «ГИПРОХИМ» припроектировании «Установки закрепления промывной сернойкислоты с предварительной очисткой ее от ртути» на ОАО«Челябинский цинковый завод» и в проекте «Техническогоперевооружения установки утилизации сероводорода (вторая линияУМК)» для ОАО «Новокуйбышевский НПЗ».Апробация работы и научные публикации. Основныеположения диссертационной работы докладывались и обсуждались нанаучной конференция студентов и молодых ученых МГУИЭ – 2008;Konferencijus «Silumos energetika ir technologijos» Литва, Каунас – 2008;13th International Conference «Biosystems engineering and processes inagriculture» Литва, Каунас – 2008; международной научнойконференции, посвященной 70-летию факультета прикладной химии иэкологии в Санкт-Петербурге – 2008; на курсах повышенияквалификации«Оборотноеводоснабжение:оборудование,водопоподготовка, очистка сточных вод.

Энергосбережение»,межрегиональной общественнойорганизации«Московскоехимическое общество им. Д.И. Менделеева». Москва – 2008;Konferencijus «Silumos energetika ir technologijos» Литва, Каунас – 2009:По теме диссертации опубликовано 3 статьи, 2 доклада и 5 тезисовдокладов, список которых приведен в конце автореферата.Объем работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глави двенадцати приложений. Работа изложена на 159 страницах,включающих 55 рисунков, 12 таблиц и список литературы из 111наименований.6ОБЩЕЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность работы, изложены цель,основные задачи исследований, научная новизна, практическаязначимость и основные положения, выносимые на защиту.В первой главе представлен обзор основных типов насадочныхмассообменных устройств, их классификация, направления развития исовершенствования, основные геометрические характеристики наиболеераспространенных насадок.

Показано преимущество насадочныхконтактных устройств перед тарельчатыми. Приведены основныетребования, предъявляемые к современным массообменным насадкам.Показаны достоинства насадок, выполненных из керамики.Рассмотрены основные методы расчета гидродинамических имассообменных характеристик контактных устройств и сравнительнойоценки массообменных насадок. На основе проведенного анализаопределены основные задачи исследования.Во второй главе представлено описание новой конструкциикерамической кольцевой насадки, представляющей собой пустотелыйцилиндр с расположенными на его внутренней и внешнейповерхностях турбулизирующимиэлементами в виде открытыхканалов,расположенныхповинтовымлиниям(рис.