Введение к работе
Актуальность работы. Одной из задач по решению научно-технической проблемы 0.10.133 (задание 0І.02.0ІИ), утвержденной постановлением ГКНТ В 555, являлась разработка энергоэкономных систры выпаривания и выпарных аппаратов интенсивного действия.
Данная задача приобретает особую остроту в связи с экологическими проблемами утилизации сточных вод металлупгпческо", химической, угольной, медицинской, пищевой и других отрасле" промышленности, где необходимо применение выпарной техники.
Как известно, основным комплоктущим элементом выпарной установки является выпарной аппарат. Для выпаривания солесодержащих кристаллизующихся растворов в настоящее время используются, как правило, выпарные аппараты с принудительной (АІЩ) и естественной (АЕЦ) циркуляцией. АЕЦ обладают рядом преимуществ: они более экономичны, надежны и просты в эксплуатации. Однако присущие им недостатки в сравнении с АПЦ (сравнительно небольшая ппоияводитель-ность, малая скорость циркуляции, невозможность работы при малой полезной разности температур) сдерживают их широкое применение.
Низкий технический уровень АЕЦ обменяется недостаточной изученностью процесса в трубе вскипания, ряда методов интенсификации теплоотдачи, влияния твердой Фазы на теплообмен, отсутствием научно разработанные и проверенные на практике конструкции, позволяющих совмещать получение конечного продукта высокого качества с процессом интенсивного выпаривания, а также методик расчета оптимальных конструкций АЕЦ с вынесенной зоной кипения, основанных на теоретических законах и достоверно установленных связях между взаимозависимыми параметрами при одновременном сведении к минимуму количества используемых эмпирических зависимостей.
Решение поставленных вопросов дает возможность в значительной мере устранить недостатки АЕЦ и получить эффективный выпарной аппарат с естественно1" циркуляцией, обладающий преимуществами АЕЦ и приближающийся по своим возможностям к АПЦ.
Цель работы. Целью работы является создание АЕЦ интенсивного действия на базе теоретических и экспериментальных исследований процессов кипения в трубе вскипания, теплоотдачи с учетом нестабильности скорости циркуляции и наличия твердой фазы, инициирования кипения в трубе вскипания, а также методики его расчета.
Научная новизна
-
Исследован метод инициирования гашения в трубе вскипания АЕЦ.
-
Подтверждено предположение о равновесности кипения в трубе вскипания при инициировании кипения.
-
Экспериментально исследовано влияние на теплообмен в АЕЦ с вынесенной зоной кипения нестабильности скорости циркуляции и наличия твердой фазы в циркуляционном контуре. Определено оптимальное содержание количества твердой фазы.
-
Исследована физическая модель процесса и разработана математическая модель с учетом равновесности кипения в трубе вскипания при инициировании кипения.
-
Разработана методика расчета АЕЦ интенсивного действия.
-
Разработана конструкция АЕЦ интенсивного действия, в которой реализованы методы интенсификации путем инициирования кипения, накопления и поддержания оптимального количества твердой фазы в контуре аппарата; предотвращено забивание греющих трубок конгломератами кристаллов, достигнуто получение конечного продукта высокого качества.
Практическая ценность и реализация результатов работы. На базе выполненных теоретических и экспериментальных исследований разработан руководящий документ РД 26-01-166-88 "Аппараты выпарные с естественной циркуляцией для растворов, содержащих твердую фазу. Метод теплового, гидродинамического и конструктивного расчетов". Руководящий документ введен в действие с 01.01.89 г. на предприятиях отрасли.
Разработана конструкция АЕЦ интенсивного действия, способного конкутшровать с АПЦ. Новизна разработки подтверждена четырьмя авторскими свидетельствами. Аппараты данной разработки успешно эксплуатируются на Саянском ПО "Химпром", Стерлитамакском ПО "Хим-пром", Братском хлорном заводе ПО "БШЖ", а также на строящемся в Эфиопии предприятии по производству соды; внедрены в ряд технических проектов.
Экономический эффект результатов разработки составил 923,6 тыс.руб. в ценах I989-1990 гг.
Автор защищает;
-
результаты экспериментальных исследований процесса теплоотдачи в АЕЦ с вынесенной зоной кипения;
-
результаты экспериментальных исследований влияния твердой фазы на процесс выпаривания в АЕЦ;
-
результаты исследования метода инициирования в ЛЕД;
-
математическую модель процесса вшзрпваппя в Л^Ц при инициировании кипения;
-
методику расчета АЕЦ с учетом иницнироЕэния кипения, наличия твердой фазы, нестабильности скорости циркуляции;
-
конструкцию АЕЦ интенсивного действия.
Апробация работы,. Основные положения диссертационном роботы докладывались и обсузкдзлись на 7 Всесоюзно", конференции "Роль молодых конструкторов и исследователей химического машиностроения в реализации целевых комплексных программ, направленных на ускорение научно-технического прогресса в отрасли" (Северодонецк,1986г.); Всесоюзной научно-технической конференции "Состояние и перспективы развития электротехнологии" (Ш Бонардосовские чтения, Иваново, 1987 г.); ЛІ республиканской конференции "Повышение эффективности, совершенствование процессов и аппаратов химических производств" (Львов, 1988 г.); Всесоюзное научно-технической конференции "Современное состояние, проблемы и перспективы энергетики и технологии в энергостроенки" (ІУ Бенардосовские чтения, Иваново, 1989 г.); УШ Всесоюзной конференции "Двухфазннл поток в энергетических машинах и аппаратах" (Ленинград, 1990 г.); научно-практических конференциях и семінарах ЇЇХШ, 1987-1990 гг.
Публикации,. Материалы, изложенные в диссертации, натля отражение в 14 опубликованных работах и четырех авторских свидетельствах.
Структура и объем работы,. Диссертация состоит из предисловия, введения, пяти глав, основных результатов работы, списка литературы из 150 наименований и 14 приложений. Текст ее изложен на 248 страницах, включающих 175 страниц основного текста, в том числе 51 рисунок и 2 таблицу.