Введение к работе
Актуальвость темы. При ректификации термически нестойких еществ вредные последствия термического воздействия, такие как ермический распад, смолообразование, появление отложений на реющих поверхностях зависят от двух факторов - температуры и лительности ее воздействия. С понижением давления снижается емпература кипения термически нестойких веществ и приобретают ажную роль гидравлическое сопротивление ректификационных колонн и идростатическое давление столба жидкости в кипятильниках.
Общий метод разрешения указанных проблем заключается в спользовании пленочных ректификационных колонн с регулярной асадкой и пленочных кипятильников, отличительной особенностью оторых является движение в них жидкости в виде пленки.
Одной из сложных проблем при создании пленочных аппаратов вляется обеспечение равномерного распределения жидкости по рошаемым поверхностям, от успешного решения которой зависит ффективность оборудования.
Настоящая работа посвящена разработке методов расчета кхнологических параметров пленочных аппаратов, изучению акономерностей распределения и перемешивания жидкости в насадках из офрированных сеток с учетом масштабного фактора, оптимизации онструкции насадки с целью снижения удельного расхода материала, эвершенствованию пленочных испарителей с целью повышения адежностй работы распределительных устройств.
Работа выполнена в соответствии с координационным планом НИР Л СССР по проблеме 2.27 "Теоретические основы химической техно-огии" на 1986-91 год.по направлению 2.6 - "Разработка новых высокоин-гнсивных аппаратов, методов их расчета и внедрение в химическое
4 производство", а также в соответствии с Государственной научно-технической программой АН Республики Башкортостан. "Экология Башкортостана. Комплексные исследования" на 1992-97 год.
Цель работы. Теоретическое и экспериментальное исследование механизма растекания и перемешивания жидкости в слоях насадок из гофрированных сеток с учетом масштабного фактора; экспериментальное исследование механизма влияния макро- и микрогеометрии регулярных насадок из гофрированных сеток на гидродинамику потоков и массообмен в слоях насадок, оптимизация конструкции регулярной насадки из гофрированных сеток и совершенствование пленочных испарителей с целью повышения их качества, разработка методов расчета технологических параметров пленочных испарителей и колонн с насадкой из гофрированной сетки.
Методика исследований. Теоретические исследования распределения и перемешивания жидкости в слоях насадок из гофрированных сеток при неравномерном орошении проводились на разработанных диффузионных моделях, решение которых осуществлялось аналитическими и численными методами.
Закономерности распределения жидкости в пленочных испарителях с распределительными устройствами, реализующими принцип распределения жидкости с отрицательной обратной связью по парообразованию, изучались на разработанных статической и динамической моделях с использованием численных и аналитических методов.
Проверка теоретических моделей осуществлялась в экспериментах на физических моделях в лабораторных и промышленных условиях. При обработке результатов опытов использовались методы математической статистики.
Научная новизна. Установлено, что растекание жидкости в слоях регулярных насадок из гофрированных сеток зависит от макро- и микрогеометрии насадок и подчиняется анизатропной диффузионной
5 «одели. Получено численное решение аниэатропной диффузионной «одели растекания жидкости при многоточечном орошении с условием, сто растекание жидкости прекращается при достижении минимальной жорости течения жидкости, которое подтверждено результатами экспериментов с насадками из гофрированных сеток.
Разработана модель продольного перемешивания жидкости в слоях гасадки, в соответствии с решением которой увеличение коэффициентов застекания жидкости в насадке снижает влияние масштабного фактора на тродольное перемешивание жидкости.
Определена активная поверхность регулярной насадки из гофрированной сетки.
Разработана конструкция регулярной сетчатой насадки с треугольными и трапецеидальными гофрами, в которой интенсивно растекается кидкость, найдены оптимальные конструктивные ее размеры.
Разработаны более надежные конструкции распределительных устройств для прямоточных и противоточных пленочных испарителей, в соторых реализуется, неиспользуемый ранее для пленочных испарителей, іринцип регулирования распределения жидкости по трубам с отрицательной обратной связью по парообразованию в них.
Разработаны статическая и динамическая модели распределения кидкости по трубам пленочных испарителей.
На разработанные насадки и испарители получены свидетельства на ізобретения.
На защиту выносится:
математические модели растекания и перемешивания жидкости в лоях насадок из гофрированной сетки при неравномерном орошении с четом масштабного фактора;
конструкция насадки из гофрированной сетки с треугольными и рапецеидальными гофрами;
- конструкции распределительных устройств распределения жид
кости в прямоточных и противоточных пленочных испарителях;
- статическая и динамическая математические модели распределения
жидкости в прямоточном и противоточном пленочных испарителях;
Практическая ценность.
1. Разработана эффективная конструкция насадки из гофрированной
сетки с треугольными и трапецеидальными гофрами.
2. Разработаны конструкции распределительных устройств
распределения жидкости в прямоточных и противоточных пленочных
испарителях повышающие качество аппаратов.
3. Разработанная насадка и пленочные испарители внедрены в ряде
процессов вакуумной ректификации термически нестойких веществ:
"Регулярная насадка" по а. с. № 1149479 и "Выпарной пленочный аппарат" по а. с. № 993967 использованы в апреле - мае 1997 года при реконструкции колонны и кипятильника блока ректификации диэтаноламина в ОАО "Сапаватнефтеоргсинтез". В сравнении с базовым объектом - колонной с насадкой Панченкова в комплекте с термосифонным кипятильником - отбор целевого продукта повысился с 40% до более чем 80%, содержание диэтаноламина в кубовом остатке снизилось с 30% до 12-20%.
Ректификационная колонна с регулярной насадкой в соответствии с а. с. № 697161 внедрена в мае 1990 года в цехе ректификации ДМАА производства фенилона Кустанайского ПО "Химволокно". Низкое гидравлическое сопротивление ректификационной системы и высокая разделяющая способность насадки обеспечивают снижение количества вредных отходов.
Пилотная вакуумная ректификационная установка, включающая прямоточный пленочный испаритель (по а. с. № 993967), колонну с регулярной сетчатой насадкой (по а. с. № 1139479) внедрены 10. 07. 89 на опытном заводе ВНИТИГ в производстве нитроортоксилолов в
7 соответствии с Госзаказом № 011-С-88-90 этап "Разделение смеси изомеров нитроортоксилолов". Низкое гидравлическое сопротивление ректификационной системы и малое время пребывания продуктов в зоне цействия высоких температур снижают термическую деградацию обрабатываемых продуктов, их осмоление, что повышает эффективность использования сырья и снижает количество вредных отходов.
Насадка по а. с. Ко 1139479 внедрена в декабре 1987 года в колонне К-2 производства полиизобутилена ПО "Салаватнефтеоргсинтез". Эффект от внедрения заключается в углублении переработки путем снижения отходов производства, снижении расходов сырья - изобутилена.
Пленочный испаритель по а. с. № 965439 внедрен в единичное производство цеха 22 установки полиизобутилена ПО "Садаватнеф-георгсинтез" в 4 квартале 1986 года. Эффект от внедрения заключается в повышении качества продукции и производительности колонны, увеличении срока межремонтного пробега.
Достоверность н обоснованность полученных результатов обеспечивается апробированной методикой экспериментальных исследований, сравнением экспериментальных и расчетных данных, полученных при моделировании процессов, использованием методов математической статистики при их обработке, промышленным испытанием разработанных образцов оборудования. Основные положения работы, выводы и рекомендации подтверждены опытом промышленной эксплуатации колонн с разработанной насадкой и пленочных испарителей.
Апробация работы. Основные научные результаты докладывались и обсуждались на конференциях, семинарах и совещаниях: V Всесоюзная конференция по теории и практике ректификации. (Северодонецк, 1984); Всесоюзное совещание. "Тепломассообменное оборудование - 88". (Москва, 1988); Межвузовская научно - практическая конференция. "Экономический рост: проблемы развития науки, техники и совершенствование производства". (Стерлитамак, 1996); Всероссийская
8 научная конференция. "Актуальные вопросы механики, электроники,
физики земли и нейтронных методов исследований". (Стерпитамак, 1997); Десятая Всероссийская конференция по химическим реактивам. (Москва -Уфа: Реактив, 1997). Пленочные испарители демонстрировались на ВДНХ СССР, автор награжден бронзовой медалью ВДНХ СССР и знаком "Изобретатель СССР".
Публикации. Основные материалы диссертации опубликованы в 48 научных трудах, в том числе 29 работ в центральных изданиях, из них 11 изобретений.
Структура в объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и основных результатов и выводов, изложенных на 150 страницах машинописного текста (включая иллюстрации, таблицы и список использованных источников из 129 наименований), а также 75 страницах приложений.
