Введение к работе
Актуальность темы. Проблема рационального использования топливно-энергетических ресурсов страны и охраны воздушного бассейна от вредных выбросов обуславливает необходимость дальнейшего повышения эффективности работы теплообменных аппаратов в системах утилизации теплоты и из* влечения вредных примесей.
Большой интерес представляют контактно-поверхностные аппараты (КПА) - теплообменные устройства, позволяющие одновременно улавливать вредные вещества и утилизировать теплоту абсорбции. Область применения КПА велика: химическая промышленность, нефтехирлическая, горная, металлургическая, энергетика.
В качестве абсорбента широко используются органические поглотители. Так, например, при поглощении бензольных углеводородов применяется каменноугольное и соляровое масло, при извлечении бутадиена, спирта, эфира -керосин и скипидар, а при получении ацетилена - диметилформамид и метанол. Углекислый газ СОг улавливается метанолом и водными растворами эта-ноламинов, сероводород H2S поглощается щелочными солями органических кислот (фенола, аминокислот) и растворами слабых оснований (аминоспирты), а двуокись серы SO2 - органическими основаниями (ксилидин, толуидин).
В связи с'широким использованием в качестве поглотителей органических соединений в различных отраслях промышленности представляет интерес исследование процессов теплообмена и гидродинамики в КПА с внутренним отводом теплоты.
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является получение аналитических зависимостей для описания теплообмена и гидродинамики в КПА с неподвижным зернистым слоем насадки и погруженными в него теплообменныш поверхностями при вязкости орошающей жидкости, превышающей вязкость воды.
Для реализации этой цели необходимо решить следующие задачи:
-
Теоретически обосновать общий вид уравнения теплообмена в КПА с погруженными в слой неподвижной зернистой насадки теппообменными поверхностями и вязкой орошающей жидкостью.
-
Получить критериальное уравнение, описывающее закономерности теплоотдачи от вязкой орошающей газожидкостной смеси (ГЖС) к стенке погруженного теплообменного элемента.
-
Теоретически и экспериментально определить гидравлические потери давления в КПА при вязком орошении.
-
Предложить расчетные зависимости для определения сопротивления слоя насадки, орошаемой вязкой жидкостью.
-
Разработать методику инженерного расчета КПА с вязкой.орошающей жидкостью. ,
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
По результатам проведенного теоретического анализа процесса теплоотдачи от вязкой газожидкостной смеси к стенке теплообменного элемента аналитически получено критериальное уравнение теплоотдачи, постоянные коэффициенты которого определены при проведении экспериментальных исследований.
-
Предложено уравнение для определения сопротивления неподвижной зернистой насадки с погруженными теппообменными элементами, учитывающее вязкость орошающей жидкости.
-
По результатам экспериментальных исследований предложены зависимости для определения коэффициента вязкого орошения и коэффициента гидравлического сопротивления зернистого слоя насадки с погруженными в него теппообменными поверхностями.
-
На основании теоретических и экспериментальных исследований разработана методика инженерного расчета КПА при вязком орошении.
Автором выносится на защиту:
1. Критериальное уравнение теплоотдачи от вязкой газожидкостной смеси к поверхности теплообменного элемента, погруженного в слой неподвижной зернистой насадки.
-
Зависимость, позволяющая определить гидравлическое сопротивление слоя при фильтрации вязкой газожидкостной смеси через неподвижную зернистую насадку.
-
Зависимости, определяющие коэффициент вязкого орошения в КПА с неподвижным слоем насадки и погруженными в него теплообменными поверхностями.
-
Выражения для определения коэффициента гидравлического сопротивления при орошении вязкой жидкостью насадки с погруженными элементами.
-
Методика инженерного расчета КПА с неподвижным зернистым слоем насадки и погруженными в нее теплообменными элементами при вязком орошении.
Практическая ценность работы заключается в том, что в результате теоретических и экспериментальных исследований предложена методика инженерного расчета КПА при вязком орошении и внедрена в учебный процесс. Ее можно широко применять при расчете, конструировании и эксплуатации подобных аппаратов.
Результаты диссертационной работы внедрены в производство: в АОЗТ «Тяжмехпресс» КПА как абсорбер эксплуатировался в вентиляционной системе гальванического цеха; в АООТ «Техоснастка» КПА использовался в качестве утилизатора теплоты за котлами «Универсал - 5».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на региональной научно-технической конференции «Проблемы экологии и экологической безопасности Центрального Черноземья» (г. Липецк, 1997 г.), научно-технических конференциях ВГАСА (1997 и 1998 г.г.), заседании регионального семинара «Моделирование процессов тепло - и массообмена» (г. Воронеж, 1998 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ [1-6].
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, основных выводов, списка литературы и приложений.
Работа изложена на 153 страницах основного машинописного текста, содержит 41 рисунок, 3 таблицы, 5 приложений (в том числе 2 таблицы) и списо* литературы из 124 наименований.
