Введение к работе
Актуальность работы. Современные технологии в пищевой, химической промышленности, в машиностроении и других отраслях широко используют на различных этапах производства сжиженные газы высокой степени очистки, в том числе и диоксид углерода
Как правило, очистка сжиженных газов производится от высоко-кипящих примесей, например, в жидком водороде - это кислород и азот, в диоксиде углерода - вода и органические соединения Присутствие таких примесей в сжиженных газах снижает уровень безопасности и приводит к выходу оборудования из строя, а также ухудшает качество готовой продукции Несмотря на широкий спектр способов очистки (кристаллизация, осаждение, фильтрация, адсорбция), проблема прогнозирования степени очистки при модернизации существующего и вновь конструируемого оборудования остается пока не решенной из-за сложности проведения экспериментов и несовершенства методов измерения и контроля Ввиду этого, основным инструментом прогнозирования становится математическое моделирование явлений переноса в гетерогенных системах, в частности, при очистке сжиженного диоксида углерода, как стратегического продукта
В этой связи актуальным является разработка математических моделей способов очистки сжиженного диоксида углерода от высоко-кипящих примесей и на их основе методов инженерного расчета
Работа выполнена в соответствии с планом госбюджетных научно-исследовательских работ ВГТА по темам «Исследование тепло- и массообмена, повышение эффективности технологического оборудования и энергоиспользования» (№ гр 01960 007320) и «Дифференциальные и интегральные уравнения математических моделей естественных и прикладных наук» (№ г р 01 200 604099)
Цель работы: математическое моделирование очистки сжиженного диоксида углерода от высококипящих примесей, разработка методик расчета, способа и устройств для рационального проведения процесса
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
провести анализ современного состояния исследований в области математического моделирования очистки сжиженного диоксида углерода от высококипящих примесей, способов, устройств и технологических схем реализации,
разработка математических моделей фильтрационного дросселирования сжиженных газов при парообразовании и его кристаллизационной очистки на основе идентификации структуры и гидродинамики зернистых систем,
- синтез математических моделей тепломассообмена при очистке
диоксида углерода в пористых слоях и разработка на их основе методик
выбора рациональных режимов фильтрационного дросселирования основных конструкционных характеристик, расчета кристаллизационной очистки в фильтр-дросселе и прогнозирование фильтр-адсорбционной очистки диоксида углерода с учетом растворения мелкодисперсной примеси,
- разработка рекомендаций по способу и аппаратурному оформлению процессов очистки диоксида углерода от примесей.
Научная новизна.
-
На основе аналитического соотношения, отражающего линейную связь между координационным числом и объемной долей монодисперсных шаров в зернистом слое, описана неупорядоченная структура путем введения функции, определяющей вероятности локальных значений координационного числа от его заданного среднего, что позволяет синтезировать с единых позиций не только математические модели фильтрации, но и седиментации, псевдоожижения, пульсационного движения и перемешивания в изотропных системах,
-
Модель тепломассообмена при фильтрационном дросселировании паро-жидкостной смеси, позволяющая определять профили давления, температуры и паросодержания и прогнозировать кинетику кристаллизации и осаждения примесей в пористом материале
3 Модель фильтр-адсорбционного процесса очистки сжиженных
газов, учитывающая растворение мелкодисперсной твердой примеси
-
Методики расчета рациональных режимов фильтрационного дросселирования и кристаллизационной очистки сжиженного диоксида углерода
-
Способ очистки диоксида углерода от примесей, заключающийся в последовательном дросселировании и пористом фильтровании, устройство, реализующего его, путем использования параллельных фильтров, снабженных системой автоматического регулирования суммарного перепада давления на дросселе и фильтрах, и аппарат для термостатирования суспензии
Практическая значимость. Разработанные математические модели и методики расчета очистки сжиженного диоксида углерода от высококипящих примесей в виде компьютерных программ предметно-ориентированного назначения позволяют идентифицировать рациональные термодинамические режимы процесса Данные модели и методики могут быть использованы для других гетерогенных систем сжиженный газ -высококипящая примесь (например, при фильтрационной очистке жидкого водорода от кристаллических азота и кислорода)
Предложенный способ очистки, устройство и аппарат для термостатирования могут быть применены при модификации существующих и вновь проектируемых технологических систем очистки сжиженных газов от высококипящих примесей
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на XLIII отчетной научной конференции ВГТА научных семинарах ВГТУ и ВГТА
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 6 печатных работ (из которых 2 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ), получены 2 патента РФ и одно положительное решение
Структура и объем работы. Материал диссертации изложен на 162 страницах машинопечатного текста, состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы и приложений, содержит 35 рисунков и 17 таблиц Библиография включает 105 наименований
