19.Отзыв_официального_оппонента_спр (1025193)
Текст из файла
кандидата технических наук Кузьменко Ивана Федоровича на диссертационную работу соискателя Куприянова Максима Юрьевича на тему «Исследование процессов низкотемпературного разделения природного гелия с целью извлечения изотопа Зне», представленную к защите на заседании диссертационного Совета Д 212.141.16 при Московском государственном техническом университете имени Н.З.
Баумана на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.04.03— Машины и аппараты, процессы холодильной и криогенной техники, систем кондиционирования и жизнеобеспечения. Актуальность выполненной диссертационной работы Актуальность диссертации связана с тем, что по решению Правительства РФ начато освоение крупных месторождений природного газа Восточной Сибири и Дальнего Востока, достаточно богатых гелием (более 0,2 %).
Потенциал указанных месторождений по гелию в современном мире считается уникальным, тогда как богатые некогда месторождения Северной Америки уже отработаны и в США, например, гелий официально отнесен к исчезающим ресурсам и приняты соответствующие государственные меры по его сохранности. Во много раз еще более напряженная обстановка по природным запасам ЗНе, концентрация которого в 4Не составляет 0,1 ррах.
Исходя из уникальных свойств изотопов гелия и соображений сохранения их природных ресурсов, при освоении указанных месторождений природного газа ставится задача извлечения гелия и выделения из него ЗНе, которая в таком объеме никогда не решалась. Научная новизна 1.Экспериментальные данные по ректификации смеси ЗНе-4Не на спиральной насадке 1,5х1,5 мм, полученные на колонне высотой 100 мм в режиме полного орошения. 2.На основе теоретического анализа и зкспериментальных исследований показано, что проблема извлечения ЗНе из природного гелия, содержащегося в природном газе или воздухе, решается освоенными методами низкотемпературной сепарации при исходных концентрациях ЗНе 0,1 и 1,4 рргп. Определена область промежуточных концентраций при использовании методов низкотемпературной сепарации.
Структура и содержание работы Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложения. Общий объем работы 190 страниц (133 страницы основного текста), содержит 63 рисунка, 35 таблиц. Список литературы включает 119 источников. Введение Во введении (стр.5-15) приводятся общие сведения о легком изотопе гелия — ЗНе, его свойствах, распространении и применении, а также сформулированы: цель работы, задачи исследования, научная новизна„практическая значимость, личный вклад автора и результаты, выносимые на защиту, краткое содержание по главам.
Обратим внимание, что поставленная цель работы и задачи исследования объединяют достаточно разнородные, но связанные единой целью, процессы низкотемпературного разделения изотопов природного гелия, такие как фильтрация сверхтекучей компоненты смеси, ректификация и сорбция с целью промышленного получения чистого ЗНе. В последующих главах диссертации производится последовательный анализ и изложение подобной концепции. В главе 1 (стр.16-65) скрупулезно рассматриваются все источники получения гелия, их физическая сущность, потенциал применения и специфические особенности. При этом, естественно, наибольшее внимание уделено именно низкотемпературным способам. Сделан весьма подробный обзор отечественных и зарубежных работ, как по целевым направлениям, так и альтернативных. В результате качественного анализа предшествующих исследований автор формулирует концепцию комплексной низкотемпературной промышленной технологии сепарации ЗНе из природного гелия и определяет цель работы, подразделяемой на 8 конкретных задач и исследований, как расчетно-аналитических, так и экспериментальных.
В главе 2 (стр.66-96) приведены результаты расчетно-аналитических исследований и разработки методик расчета процессов фильтрации, ректификации и адсорбции ЗНе из смесей с 4Не. Первая часть главы, касающаяся постановки задачи о фильтрации сверхтекучей компоненты (стр.66-76), базируется в основном на результатах классических экспериментальных работ Института физических проблем АН СССР и ряда других отечественных институтов по исследованиям свойств изотопов гелия и течениям смесей ЗНе-4Не через капиллярные фильтры в области температур сверхтекучести. Проведя достаточно представительный обзор работ отечественных и зарубежных исследователей, автор установил, что процесс фильтрации достаточно хорошо описывается моделью, в которой отражается двойственная природа сверхтекучести Не-П, как смеси сверхтекучей компоненты, не обладающей вязкостью, и нормальной вязкой жидкости.
Основу модели составляет тезис, что в растворах квантовых жидкостей ЗНе-4Не перенос энтропии и тепла осуществляется только частью жидкого гелия Не-И, так называемой нормальной компонентой, в совокупности с которой движутся и примеси ЗНе. Другая часть раствора, так называемая сверхгекучая компонента, движется без трения и в переносе тепла не участвует, При температурах ниже Х-перехода наблюдается движение сверхтекучей компоненты 4Не в сторону капиллярного фильтра, а ЗНе принимает участие в движении нормальной компоненты 4Не. При этом наряду с разностью концентраций возникает разность температур и, соответственно, тепловой поток, который можно условно представить как сумму эффектов диффузии и «чистой» теплопроводности раствора. С использованием этого подхода Померанчук И.Я.
еще в 1949 году предложил уравнение, связывающее перенос тепла и массы в растворах ЗНе-4Не с учетом диффузии при произвольных температурах. Впоследствии метод получил развитие в работах Пешкова В.П. и Зиновьевой К.Н. и ряда других ученых-физиков. В частности, по предложенной методике в ИФП им. П.Л.Капицы были получены зависимости производительности фильтров от концентрации ЗНе в обогащаемой жидкости при различных температурах, сравнение которых с достаточно многочисленными экспериментальными данными подтверждает общую достоверность методики.
Хотя автор в своей работе для расчета процесса сверхтекучей сепарации использует известные подходы и экспериментальные результаты академических институтов, их выбор в качестве расчетной базы обоснования концепции построения промышленных установок для извлечения ЗНе из природного газа на данном этапе следует признать обоснованным. По мнению некоторых специалистов *) «ряд задач о переносе тепла и массы в растворах квантовых жидкостей ЗНе-4Не остался нерешенным до настоящего времени, в том числе об установлении стационарного неравновесного состояния при включении потока тепла». В соответствии с целью диссертации (стр.64) были сформулированы две задачи, касающиеся исследования предварительного обогащения смеси ЗНе-4Не методом фильтрационного разделения на капиллярном устройстве.
По структуре работы можно предполагать, что этой цели должны отвечать разделы 2.1 и 2.2. второй главы. Однако содержание этих разделов лишь отдаленно соответствует их названиям. Так в разделе 2.1. «Выбор энтропийного фильтра» просто перечислены разные типы капиллярных фильтров, практически не рассматриваются их качества и критерии выбора для условий работы в промышленных сепараторах. Раздел 2.2 «Методика расчета степени обогащения ЗНе в процессе фильтрационного разделения» (стр.б7-76) содержит, скорее, примеры расчетов параметров фильтрации для конкретных исходных данных и теплофизических свойств, принимаемых из различных источников, Отметим небрежное оформление раздела: отсутствует четкая система обозначений, трудно понять происхождение и физическое обоснование основной зависимости (2.1) для расчета производительности фильтра, нет четкого определения что такое «рациональные параметры» и «область рациональных параметров».
Нельзя не отметить, что в автореферате среди основных публикаций по теме диссертации отмечена статья с участием автора диссертации (поз.4), содержание которой включает, в том числе, описание установки и результаты экспериментальных исследований процесса фильтрационного обогащения товарного гелия (смеси ЗНе-4Не), полученного из воздуха при извлечении неоно-гелиевой смеси на воздухоразделительных установках.
Исходное содержание ЗНе в смеси составляло 1,4 ррпт. Процесс обогащения был непрерывным и длился около 20 ч. Средняя концентрация ЗНе на выходе установки составила 1275 ррпт, коэффициент обогащения 910. К сожалению, в диссертации и публикации эта часть работы изложена фрагментарно, но есть все основания полагать, что полученные экспериментальные результаты будут использованы в дальнейших работах на кафедре 34, Вторая часть главы 2 диссертации посвящена анализу процесса ректификации (стр.77-92). Автор излагает особенности организации процесса, выбора параметров, вида устройств холодообеспечения, режима работы и упрощающих предпосылок для разработки методики расчета ректификации.
Из принципиальных положений отметим здесь следующие: -автор допускает возможность использования как периодического режима работы колонны, так и непрерывного, или их сочетания; ') Немченко К.Э. Моделирование бездиссипативного переноса тепла и массы в неклассических средах/Проблемы машиностроения, 2011,т.14, И»2, с.61-68 -путем качественного сопоставления рекомендуется для практического использования вариант холодной откачки паров гелия для отвода тепла в конденсаторе; -в методику расчета процесса ректификации введен ряд предпосылок, значительно идеализирующих процесс. Необходимо отметить, что принятые исходные предпосылки относятся к традиционным для подобного направления исследований. Однако данная работа начиналась и развивается на существенно других основаниях, связанных с проблемой освоения крупных месторождений природного газа Сибири и Дальнего Востока, богатых гелием и предназначенных для поставок на экспорт с обязательным извлечением гелия, в том числе и изотопа ЗНе.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
