Интенсификация процесса тепломассообмена в контактных аппаратах с регулярной насадкой (1095023)
Текст из файла
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждениевысшего образования„Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ)“На правах рукописиГородилов Александр АндреевичИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССАТЕПЛОМАССООБМЕНА В КОНТАКТНЫХАППАРАТАХ С РЕГУЛЯРНОЙ НАСАДКОЙ05.17.08 – Процессы и аппараты химической технологииДиссертация на соискание ученой степеникандидата технических наукНаучный руководителькандидат химических наук, профессорБеренгартен М.Г.Москва 20161СОДЕРЖАНИЕВВЕДЕНИЕГЛАВА1.7ГАЗОЖИДКОСТНЫЕПРОВЕДЕНИЯПРОЦЕССОВАППАРАТЫДЛЯ11ТЕПЛОМАССООБМЕНА(ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР)1.1.Типы газожидкостных контактных аппаратов с насадкой111.2.Виды насадок и их основные характеристики121.3.Конструктивныеспособыинтенсификациипроцессов20регулярных271.4.1.
Течение плёнки жидкости по гладким вертикальным и28контактного теплообмена на регулярных насадках1.4.Особенностигидродинамикиплёночныхнасадокнаклонным поверхностям1.4.2. Течение плёнки жидкости по насадкам и поверхностям с32комплексной геометрией1.5.Особенности контактного теплообмена между газом и41жидкостью на насадках1.5.1. Массообмен в процессе контактного теплообмена421.5.2. Коэффициенты теплоотдачи и массоотдачи431.6.Выводы из обзора литературы471.7.Постановка задач исследования50ГЛАВА2.ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕУСТАНОВКИИ51МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЙ ГОФРИРОВАННОПРОСЕЧНОЙ НАСАДКИ2.1.Конструкцияихарактеристикиновойрегулярной51Экспериментальный стенд №1 для исследования течения53гофрированно-просечной насадки2.2.плёнки жидкости по единичному элементу гофрированно-2просечной насадки2.3.Экспериментальнаяустановка№2дляисследования55тепломассообмена в блоке гофрировано-просечной насадкиГЛАВА3.РЕЗУЛЬТАТЫИССЛЕДОВАНИЯ62ГИДРОДИНАМИКИ ПЛЁНОЧНОГО ТЕЧЕНИЯ ЖИДКОСТИПО ПОВЕРХНОСТИ ГОФРИРОВАНО-ПРОСЕЧНОЙ НАСАДКИГЛАВА4.ИСПЫТАНИЙРЕЗУЛЬТАТЫБЛОКАТЕПЛОМАССООБМЕННЫХРЕГУЛЯРНОЙ75ГОФРИРОВАНО-ПРОСЕЧНОЙ НАСАДКИ4.1.
Методика обработки результатов эксперимента754.2. Результаты экспериментальных исследований784.3. Результаты сравнительных испытаний ГПН-насадки с89другими конструкциями насадокГЛАВА 5. МЕТОДИКА РАСЧЕТА КОНТАКТНОГО АППАРАТА100С ГОФРИРОВАННО-ПРОСЕЧНОЙ НАСАДКОЙ5.1. Исходные данные1005.2. Выбор скорости газа и линейной плотности орошения1005.3. Определение объема насадочной части аппарата1025.4.
Проверка сходимости теплового баланса1085.5. Определение объемной плотности орошения1095.6. Определение мощности вентилятора110ЗАКЛЮЧЕНИЕ112ЛИТЕРАТУРА113ПРИЛОЖЕНИЯ127Приложение 1. Экспериментальные данные по массообмену127Приложение 2. Акт о внедрении результатов работы на ООО137«Каскад»Приложение 3. Акт о внедрении результатов работы в ФГБОУ ВО138СПбГУПТДПриложение 4.
Патент РФ «Регулярная насадка для тепло- и1403массообменных аппаратов»Приложение5.ПатентРФтепломассообменный аппарат».«Горизонтальныйнасадочный1414УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯA – постоянный множитель в уравнении; амплитуда волн, м;a – удельная поверхность насадки, м2/м3;b – ширина элемента насадки, м;C – теплоемкость, Дж/(кг∙град);c – толщина элемента насадки, м; теплоёмкость, Дж/(кг∙оС);D – коэффициент диффузии водяного пара в воздухе, м2/с;d – диаметр, м;E – относительная погрешность;F – F-фактор, Па0,5; площадь сечения аппарата в плане, м2;f – площадь поверхности, м2;G – массовый расход газа, кг/с;g – ускорение свободного падения, м/с2;H – число перетока;h – высота, м;I – энтальпия газа, Дж/кг;L – объемный расход жидкости, м3/с;Lисп – количество жидкости, испаряющееся на насадке в единицу времени,м3/с;l – длина, м;m – показатель степени в уравнении;n – количество элементов насадки по ширине аппарата;Q – тепловая нагрузка аппарата, Вт;q – удельное количество передаваемой теплоты, Вт/м3; объемная плотностьорошения, м3/(м2∙ч);r – скрытая теплота парообразования, Дж/кг,s – расстояние между соседними выступами шероховатости, м;S – расстояние между соседними отверстиями в оросительном устройстве, м;5T – температура теплоносителя, оС;V – объем насадки, м3;w – фиктивная скорость газа, м/с;Х – влагосодержание газа, кг/м3;Г – линейная плотность орошения, м3/(м∙с);Гз – количество жидкости, перетекающее через щели на заднюю сторонуэлемента насадки в единицу времени, отнесенное к ширине плёнкижидкости, м3/(м∙с);П – смоченный периметр, м;α – поверхностный коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2∙оС);βf – поверхностный коэффициент массоотдачи, м/с;βV – объемный коэффициент массоотдачи, кг/(м3∙с∙кг/кг сух.
газа);Δ – зазор между соседними элементами насадки, м;ΔP – гидравлическое сопротивление насадки, Па;ΔТ – среднелогарифмическая разность температур газа и жидкости, оС;ΔХ – среднелогарифмическая разность влагосодержаний газа в ядре потока инад поверхностью плёнки жидкости, кг/м3;δ – толщина плёнки жидкости, м;ψ – поправочный коэффициент в уравнении движущей силы массообмена;Ω – поправочный коэффициент в уравнении движущей силы теплообмена;ε – удельный свободный объем насадки, м3/м3;μ – коэффициент динамической вязкости, Па∙с;ν – коэффициент кинематической вязкости, м2/с;ξ – коэффициент гидравлического сопротивления насадки;ρ – плотность, кг/м3;λ – относительный объемный расход; длина волны, м;Φ – коэффициент смачивания;Fi – Плёночное число (Число Капицы);Ki – критерий Кирпичева;Ku – критерий Кутателадзе (критерий фазового перехода);6Le – критерий Льюиса;Me – критерий Меркеля;ReG – критерий Рейнольдса газового потока в слое насадки;ReL – критерий Рейнольдса жидкости;Reпл – плёночное число Рейнольдса;Reкр – критическое значение плёночного числа Рейнольдса, соответствующеепереходу от ламинарного режима течения к турбулентному;Sc – критерий Шмидта (диффузионное число Прандтля);Sh – критерий Шервуда (диффузионное число Нуссельта) рассчитанный поэквивалентному диаметру канала блока насадки;ShΔ – критерий Шервуда (диффузионное число Нуссельта) рассчитанный позазору между соседними элементами насадки;St – диффузионное число Стантона (Критерий Маргулиса);We – критерий Вебера.Индексы:…e – эквивалентный; …max – максимальная; …min – минимальная; …p –выступов гофр; …v – впадин гофр; …G – газ; …гф – гофр; …L – жидкость;…дейст – действительное значение; …кр– критическое значение; …н –насыщенного газа; …нас – насадки; …о – отверстий; …пар – пар; …п – паза наоросительном устройстве; …ш – выступов регулярной шероховатости; …Т –за счет теплообмена; …М – за счет массообмена; …‘ – значение величины навходе в аппарат; …“ – значение величины на выходе из аппарата.Сокращения:ГПН – гофрировано-просечная насадка;ППН – плоскопараллельная насадка;ТМО – тепломассообмен;7ВВЕДЕНИЕПроцессы тепломассообмена между газом и жидкостью находятширокоераспространениевхимической,нефтеперерабатывающейпромышленности, энергетике и т.д.
Значительный интерес представляетпроцесспередачинепосредственномтеплообменатеплотымеждугазомсоприкосновении.междунепосредственномгазовойииНаиболеежидкойсоприкосновениижидкостьюинтенсивнофазамиприпроцессыпротекаюттеплоносителейихпри(контактномтеплообмене) в насадочных контактных аппаратах. В аппаратах данного типаболее высокие значения коэффициентов теплопередачи могут быть полученыпри меньших удельных энергозатратах, что предопределяет их высокуюэнергоэффективность.
В то же время процесс контактного теплообмена нанасадках изучен недостаточно, а в литературе редко встречаются методикирасчетаконтактныхтеплообменныхсовершенствованиеоборудованиянепосредственномсоприкосновениидляаппаратов.контактногогазаиТакимобразом,теплообменажидкостивпринасадочныхаппаратах, а также более глубокое исследование этого процесса, являетсяактуальной задачей химической технологии.Цель работыПовышение эффективности процесса контактного теплообмена присоприкосновении газового потока и жидкости за счет использования насадкис гофрировано-просечной поверхностью.Научная новизна диссертацииУстановлено, что на поверхности плёнки жидкости, стекающей поповерхности исследуемой насадки, образуются стоячие волны, амплитудакоторых уменьшается до нуля с увеличением плёночного числа Рейнольдсадо Reпл ≈ 2200.8Установлено, что при подаче орошающей жидкости на одну сторонуэлемента ГПН-насадки, имеет место перетекание плёнки жидкости на другуюсторону через щели в поверхности насадки.
Установлена зависимостьколичества жидкости, перетекающей через щели с одной стороны элементаГПН-насадки на другую от плотности орошения.Выявлены стадии и установлены особенности механизма перетеканияплёнки жидкости с одной стороны элемента ГПН-насадки на другую, котороенаступает при значениях Reпл > 1320.Для оценки чувствительности регулярных насадок с перфорацией кравномерностиорошения,предложенбезразмерныйсимплекс,представляющий собой отношение количества жидкости, перетекающей содной стороны элемента насадки на другую, к общему расходу жидкости.Изучен процесс охлаждения воды атмосферным воздухом в аппарате сГПН-насадкой. Установлено, что расход орошающей жидкости не влияет накоэффициент массоотдачи при плотности орошения, соответствующейплёночному числу Рейнольдса: 320 < Reпл < 4400.Установлено,чтопредлагаемаянасадка,посравнениюсплоскопараллельной насадкой аналогичных размеров и конфигурации блока,обладает более высокой эффективностью, и позволяет осуществлять процессприскоростях газа,достигающих2,5м/с,приэтомобеспечиваяинтенсификацию процесса тепломассообмена в 1,5 – 2,5 раза при тех жерасходах теплоносителей.Практическая значимостьРезультаты работы могут быть использованы на предприятияххимической, нефтехимической и др.
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}
