Введение к работе
Актуальность работы. Развитие химической промышленности и связанных с ней других отраслей народного хозяйства невозможно представить без создания новых технологических линий и увеличения производственных мощностей единичных агрегатов.
Одними из основных процессов химической технологии являются массообменные процессы, среди которых значительная часть проводится в газожидкостных системах. К таким процессам относятся абсорбция, десорбция, ректификация, дистилляция и др. В основном они применяются для разделения жидких смесей или выделения отдельных компонентов из газовых или парообразных выбросов. Оборудование, предназначенное для проведения таких процессов, в большинстве случаев остается металлоемким и малопроизводительным. Причем постоянно увеличиваются требования, предъявляемые к качеству конечных продуктов, обусловленные как жесткой конкуренцией различных производителей, так и все более возрастающей ролью экологического контроля. Поэтому, задачей аппаратурного оформления современных массообменных процессов является поиск наиболее эффективных аппаратов, позволяющих улучшить качественные и количественные показатели. В особенности это относится к процессам, в которых перерабатывают и получают химические продукты с ограниченной термостойкостью.
По этой причине, в последнее время, возрос интерес к массооб-менной технике, работающей в интенсивных режимах развитой турбулентности с высокими относительными скоростями потоков газа и жидкости и малым временем пребывания обрабатываемых фаз в рабочей зоне аппарата.
Этим требованиям в полной мере отвечают роторные аппараты, в которых межфазная турбулентность обеспечивается за счет действия центробежных сил. Кроме того, они имеют малое гидравлическое сопротивление и высокую удельную производительность. Однако помимо достоинств роторные аппараты имеют и ряд недостатков, что оставляет возможность для их дальнейшего совершенствования как конструктивного, так непринципиального. Поэтому проблема создания и исследования таких аппаратов весьма актуальна.
Цель работы. Целью данной работы является теоретическое и
экспериментальное обоснование возможности создания высокоэффективных малогабаритных роторных массообменных аппаратов, за счет организации в них развитой и быстро обновляющейся межфазной поверхности.
Научная новизна. На основании существующих моделей массо-обмена в двухфазной системе газ-жидкость предложена методика определения объемного коэффициента массоотдачи, учитывающая нестационарный характер массопереноса, для случая, когда сопротивление процессу сосредоточено в жидкой фазе.
Разработана двухпоточная гидродинамическая модель движения газа в аппарате, устанавливающая взаимосвязь между коэффициентом гидравлического сопротивления насадки и коэффициентами гидравлического сопротивления образованных в ней каналов. Исходя из этой модели, получены зависимости для определения гидравлического сопротивления по газу сухой и орошаемой насадки.
На основании теории локальной изотропной турбулентности и понятия о неоднородности поля диссипации энергии получена формула, связывающая коэффициент скорости диссипации энергии с параметрами движения обрабатываемой среды в аппарате, и предложена методика расчета мощности, затрачиваемой на создание и перемешивание газожидкостного слоя.
Практическая ценность. В результате проведенных экспериментов по гидродинамике и массообмену показана высокая эффективность предлагаемого аппарата. При высоте ступени контакта 10 - 30 мм ее гидравлическое сопротивление составляло 20-50 Па, а скорость газа в поперечном сечении аппарата достигала 2,5 м/с; объемный коэффициент массопередачи изменялся от 0,1 до 0,4 с "'(при скорости диссипации энергии 10-50 кВт/м3), что в 1,5-2 раза выше, чем у аналогичных аппаратов; коэффициент полезного действия ступени контакта находился в пределах от 0,5 до 0,8.
Установлены границы области устойчивой работы аппарата для различных гидродинамических режимов. Получена зависимость, определяющая скорость газа при захлебывании.
Разработана методика комплексного расчета двухроторного аппарата для проведения массообменных процессов в двухфазных системах, в которых основное сопротивление массопереносу сосредоточено в жидкой фазе.
Предложенная конструкция аппарата может быть применена в ряде современных технологий. Вследствие малого гидравлического сопротивления аппарат особенно эффективен в случаях, когда по технологическим причинам процесс должен проводиться при атмосферном давлении или под вакуумом.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на научных семинарах кафедры «Машины и аппараты химических производств» Санкт-Петербургского государственного технологического института, на научно-технической конференции аспирантов СПбГТИ(ТУ) (Санкт-Петербург, 1997 г.), на Всероссийской научно-практической конференции по прикладным аспектам совершенствования химических технологий и материалов (Бийск, май 1998 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 работы.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, основных результатов, приложений и списка литературы, содержащего 103 источника. Работа изложена на 174 страницах печатного текста (из них 28 - приложения) и содержит 55 рисунков.