Влияние типа керамической кольцевой насадки на процесс абсорбции газов (1095015), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Этовызвано уменьшением времени пребывания жидкости в контактнойзоне аппарата. Новая насадка, по сравнению с кольцами Рашига икольцами с крестообразной перегородкой, имеет большую степеньотгонки во всем испытанном диапазоне нагрузок. Так, при скорости 2м/с и плотности орошения 0,0029 м3/(м2·ч) степень отгонки новойнасадки NC50 больше, чем у колец Рашига в 1,3 раза и больше, чем уколец с крестообразной перегородкой в 1,6 раз, т.е. новая насадка постепени разделения является более эффективной (рис. 8).Рис.

8. Зависимость степениотгонки от скорости газа для всехиспытанных насадок при U = 0,0029м3/(м2·с):- кольца Рашига;- новая насадка NC50;- кольца с крестообразнойперегородкой.Вкачествемассообменнойхарактеристики насадочной колонныбыла выбрана высота единиц переноса(ВЕП).Экспериментальные данные по высоте единиц переноса,рассчитанные по формуле (5), были обработаны в виделогарифмической зависимости высоты единиц переноса от числаРейнольдса для газовой фазы (рис.

9).13Графические зависимости lg(ВЕП) = f(lg(Reг)), построенныепри различных плотностях орошения, позволяют сказать о том, чтовысота единиц переноса зависит от скорости газа и плотностиорошения, причем показатель степени при Reг составляет 0,39 (рис. 9).Рис. 9. Зависимость высоты единицпереноса от числа Рейнольдса по газу дляновойнасадкиNC50приразныхплотностях орошения:- U = 0,0018 м3/(м2·с);- U = 0,0029 м3/(м2·с);- U = 0,0056 м3/(м2·с);- U = 0,0093 м3/(м2·с).ВЕП=Hнас/ЧЕП,(5)гдеЧЕП =11−ϕ⋅ lnϕ1 − S01−S0Для определения зависимости ВЕП от нагрузки по жидкости мыпостроили график зависимости ВЕП/( Reг0,39) = f(Reж) (рис. 10).Рис.10.ЗависимостьВЕП/Reг0,39 от числа Рейнольдса пожидкости для всех испытанныхнасадок:- U = 0,0018 м3/(м2·с);- U = 0,0029 м3/(м2·с);- U = 0,0056 м3/(м2·с);- U = 0,0093 м3/(м2·с).Врезультатеобработкиграфическихзависимостейэкспериментальных данных высотыединиц переноса от критерия Рейнольдса по газу и жидкости, такжеучитывая литературные рекомендации, нами была полученаэмпирическая зависимость для расчета высоты единиц переносаиспытанных керамических кольцевых насадок (6):ВЕП = 0.29·Reг0,39·Reж-0,49(6)14Данная зависимость позволяет рассчитывать высоту единицпереноса испытанных керамических кольцевых насадок с точностью±20 %.Получив основные геометрические, гидродинамические имассообменныезависимости,необходимыедлясравнениякерамических кольцевых насадок, можно определить наиболеерациональную скорость газа, при которой суммарные затраты будутминимальными.При выборе рациональной скорости газа в аппаратах,работающих под давлением близким к атмосферному, необходимоучитывать, что при увеличении скорости газа уменьшаетсянеобходимый объем насадки, а, следовательно, уменьшаются игабариты колонны.

Однако, следует учитывать также, что повышениескорости газа приведет к росту гидравлического сопротивления и,следовательно, затрат на электроэнергию.Таким образом, необходимо найти такую скорость газа, прикоторой суммарные затраты будут минимальными.Из выше сказанного следует, что суммарные затраты Rскладываются из затрат на насадку, затрат на колонну и затрат наэлектроэнергию, т.е. получаем:R =τа/τн· Cнас·Vнас·ρнас+ Cме·Vме·ρме + τа ·Cэл·∆Pнас·Ннас ·Vг/(1000·ηгаз) ++ τа ·Cэл ·Vж·ρж·g· Ннас /(1000· ηн)(7)илиR=V4 ⋅ VгVгτа⋅ С ⋅ H нас ⋅ г + С ме ⋅ H нас ⋅  2 ⋅ s ⋅+ π ⋅ s 2  + τ а ⋅С эл ⋅∆Pнас ⋅ H нас ⋅+ (8)τ н насπ ⋅ WгWг1000 ⋅ η газ+ τ а ⋅С эл ⋅ρ ж ⋅ g ⋅ H нас ⋅Vж1000 ⋅ η нТ.к.

высота и сопротивления насадочного слоя зависят отскорости, то, выразив эти составляющие через скорость и подставив ввыражение (8), получим:R=W d ρτа⋅ С нас ⋅ N ог ⋅ 29 г ' гτ нас µгε+ С ме ⋅ С нас+W d ρ ⋅ N ог ⋅ 0,29 г ' г  µгε 0 ,3850 ,385 4 ⋅ LW  Vг µ ж а  4 ⋅ LW  V µ а  г ж −0 , 49− 0 , 49Vг+WгVгWгW d ρVгρτ а C эл А 52,2 ⋅ Wг2 г N ог ⋅ 0,29 г ' г1000 ⋅ η газε µгεW d ρ+ τ а ⋅С эл ⋅ρ ж ⋅ g ⋅ 0,29· г ' г µгε0, 385 4 ⋅ LW  Vг µ ж а (9)πV г 2s+ πs 2  +W0 ,385− 0 , 49⋅ N ог ⋅ 4 ⋅ LW  Vг µ ж а Vж1000 ⋅ η н− 0 , 491, 5⋅ 104⋅ LW0, 0015Vг µ ж а+15С использованием ЭВМ, например, в системе MathCad, взявdRпроизводную по скоростии приравняв ее к нулю, найдемdWграциональное значение скорости газа, при которой затраты будутминимальными.Подставив значение рациональной скорости газа в формулу (9),получим минимальное значение затрат на насадку, колонну и энергиюна преодоление гидравлического сопротивления.Для выбора экономически рационального типа или размеранасадки необходимо подставить найденные значения оптимальныхскоростей для каждого типа насадки в формулу (9).

Оптимальнойявляется та насадка, суммарные затраты которой будут наименьшими.Основные выводы и результаты.1. Разработана новая конструкция керамической кольцевой насадки.2. Проведены сравнительные гидродинамические и массообменныеиспытания новой насадки и ранее известных (колец Рашига и колецс крестообразной перегородкой) при различных нагрузках по газу ижидкости.3. Исследованы основные гидродинамические и массообменныехарактеристики новой насадки. Получены эмпирические уравнениядля расчета гидравлического сопротивления слоя сухой иорошаемой насадки, работающей в пленочном режиме течения ирежиме подвисания, скорости перехода из пленочного режима врежим подвисания и высоты единиц переноса для хорошорастворимых газов.4.

Предложен алгоритм расчета насадочной массообменной колонны,загруженнойкерамическимикольцевыминасадкамисиспользованием полученных уравнений.5. Новая насадка обладает меньшим гидравлическим сопротивлением,по сравнению с кольцами Рашига в 1,5 раза, по сравнению скольцами с крестообразной перегородкой в 2,5 раза, приодновременно большей эффективности, по сравнению с кольцамиРашига в 1.3 раза и кольцами с крестообразной перегородкой в 1.6раз.6. Получена зависимость для расчета рациональной скорости газа иразработана методика сопоставительного анализа различных типовнасадок, учитывающая влияние затрат на электроэнергию, насадкуи материал колонны, показан экономический эффект прииспользовании новой керамической кольцевой насадки, посравнению с кольцами Рашига и кольцами с крестообразной16перегородкой.

Новая насадка может быть рекомендована взаменданных насадок при реконструкции уже существующих ипроектировании новых насадочных колонн.7. Результаты работы использовались ООО «ГИПРОХИМ» припроектировании «Установки закрепления промывной сернойкислоты с предварительной очисткой ее от ртути» для ОАО«Челябинский цинковый завод» и в проекте «Техническогоперевооружения установки утилизации сероводорода (вторая линияУМК)» для ОАО «Новокуйбышевский НПЗ».Условные обозначенияВЕП – высота единиц переноса; ЧЕП – число единиц переноса; a –удельная поверхность насадки, м2/м3; Снас – стоимость 1 т насадки,руб.; Сме – стоимость 1 т материала аппарата, руб.; Сэл – стоимость кВтэлектроэнергии, руб.; Dа – диаметр аппарата, м; dэ – эквивалентныйдиаметр насадки, м; DАВ – коэффициент молекулярной диффузии, м2/с;Eu – критерий Эйлера; g=9,81 – ускорение свободного падения, м/с2;G – массовый расход газовой фазы, кг/с; Н – высота слоя насадки, м;Hа – высота аппарата, м; L – массовый расход жидкости, кг/с; m –константа фазового равновесия; Nог – число единиц переноса (ЧЕП);∆Pсух – гидравлическое сопротивление сухой насадки, Па; ∆Pор –гидравлическое сопротивление орошаемой насадки, Па; R –суммарные затраты, руб; Reг = Wг·dэρг/(µ г·ε) – критерий Рейнольдса длягазовой фазы; Reж= 4·U·ρж/(а·µж) – критерий Рейнольдса для жидкойфазы; s – толщина стенки аппарата, м; S – площадь поперечногосечения аппарата, м2; S0 - фактор отгонки; U – плотность орошения,м3/(м2/с); Vг – объемный расход газовой фазы м3/с; Vж – объемныйрасход жидкой фазы м3/с; Vнас – объем насадки, м3; Wг – скорость газа вколонне, м/с; Wопт – оптимальная скорость газа в колонне, м/с; Wзахл –скорость захлебывания, м/с; Wпер – скорость перехода из пленочногорежима в режим подвисания, м/с; Wж – скорость жидкости в колонне,м/с; хн, хк – начальная и конечная концентрации аммиака в жидкости,кг/м3; yн, yк – начальная и конечная концентрации аммиака в газе,кг/м3; y* – равновесная концентрация аммиака в газе, кг/м3; δ –удерживающая способность насадки, м3/м3; δст – статическаясоставляющая удерживающей способности насадки, м3/м3; δд –динамическая составляющая удерживающей способности насадки,м3/м3; ε – свободный объем насадки, м3/м3; µг – динамическая вязкостьгазовой фазы, Па·с; µж – динамическая вязкость жидкой фазы, Па·с;νг – кинематическая вязкость газовой фазы, м2/с; νж – кинематическаявязкость жидкой фазы, м2/с; ξ – коэффициент гидравлическогосопротивления насадки; ρнас – насыпная плотность насадки, кг/м3; ρме –17плотность материала колонны, кг/м3; ρг – плотность газовой фазы,кг/м3; ρж – плотность жидкой фазы, кг/м3; φ = (хн - хк)/хн – степеньотгонки.По теме диссертации опубликованы следующие работы:Статьи:1.

Пушнов А.С., Беренгартен М.Г., Лагуткин М.Г., Соколов А.С.,Шустиков А.И. Влияние геометрии каналов регулярной керамическойнасадки на гидродинамику тепломассообменных процессов //Химическое и нефтегазовое машиностроение. – 2008. № 6. – С. 3-4.2. Каган А.М., Юдина Л.А., Пушнов А.С., Урубков Е.Л., Соколов А.С.Актуальные вопросы интенсификации технологических режимовработы насадочных колонных аппаратов // Химическаяпромышленность.

– 2008. № 6. – С. 284-293.3. Соколов А.С., Лагуткин М.Г., Пушнов А.С., Муравьев Е.В., СаенкоН.Д., Букетов И.Н. Эффективная нерегулярная керамическаякольцевая насадка для тепло- и массообменных процессов //Химическое и нефтегазовое машиностроение. – 2009. № 4. –С. 11 – 14.Доклады:4.Пушнов А., Баранова Е., Соколов А., Петрашова Е., Шустиков А.,Генерозов А. Влияние геометрии насадки на эффективность процессаиспарительного охлаждения в градирнях компрессорных станцийсельскохозяйственных предприятий.

Характеристики

Список файлов диссертации