Гидродинамика и массообмен в регулярной насадке со встроенными теплообменными модулями тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.08, кандидат наук Степыкин, Антон Викторович

• Степыкин, Антон Викторович
• кандидат наук
• 2016

Оглавление диссертации кандидат наук Степыкин, Антон Викторович

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Обзор литературных данных по конструкциям устройств для теплонапряженных массообменных процессов

1.1 Общие сведения о массообменных процессах, сопровождающихся тепловыми эффектами

1.2 Обзор конструкций аппаратов для массообменных процессов, сопровождающихся тепловыми эффектами

1.3 Классификация оборудования для проведения сорбционных массообменных процессов и выбор прототипа

1.4 Обзор моделей, применяемых для описания тепломассообменных процессов

1.5 Постановка задачи на исследование

Глава 2. Описание конструкции устройства и экспериментальной установки

2.1 Описание лабораторных стендов

2.2 Принципиальная конструкция насадочного контактного устройства

2.3 Описание исследуемых моделей контактного устройства, определение

основных характеристик

Глава 3. Экспериментальное определение основных характеристик контактного устройства

3.1 Определение активной поверхности контактного устройства

3.2 Экспериментальное изучение рабочих режимов и гидравлического

сопротивления устройства

3.3 Экспериментальное изучение массообменных характеристик устройства

3.4 Экспериментальное изучение теплообменных характеристик устройства

Глава 4. Математическое моделирование процессов, протекающих в

контактном устройстве

4.1 Моделирование гидродинамики жидкости при массообменном процессе

4.2 Гидродинамика газовой фазы

4.3 Моделирование массообменного процесса

4.4 Учет химической реакции

4.5 Моделирование теплопередачи

4.6 Алгоритм теоретического расчета показателей тепло и

массообмена

Глава 5. Разработка рекомендаций к промышленному применению результатов исследования

5.1 Предлагаемые типоразмеры устройства

5.2 Методика инженерного расчета устройства

5.3 Расчет предложенного устройства для производства тринитротолуола

5.4 Пути совершенствования контактного устройства

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение А. Лабораторные стенды

Приложение Б. Элементы контактного устройства

Приложение В. Описание модификаций лабораторных моделей

Приложение Г. Гидродинамика

Приложение Д. Математическое моделирование массо- и теплопередачи

Приложение Е. Эскизы устройства

Приложение Ж. Акты о внедрении результатов работы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Гидродинамика и массообмен в регулярной насадке со встроенными теплообменными модулями»

ВВЕДЕНИЕ

Для развития современного индустриального общества, необходимо создание новых наукоемких, инновационных, импортозамещающих технологий. Повышение эффективности производства химической продукции - одно из главных направлений развития промышленности.

Массообменные процессы, проводимые в колонных аппаратах, получили широкое распространение в промышленности. К ним относят процессы абсорбции, десорбции, ректификации и др. Ряд массообменных процессов может сопровождаться значительными тепловыми эффектами. Кроме того, совместно с массообменом, могут протекать экзо/эндотермические химические реакции. Во многих из перечисленных процессов теплообмен может существенно влиять на ход основного процесса или являться лимитирующей стадией.

Одними из самых распространенных процессов, сопровождающихся поглощением/выделением тепла, согласно [1 - 4], являются: поглощение нитрозных или сернистых газов водой, поглощение аммиака водно-аммиачным раствором, десорбция газов из жидкостей, холодильные циклы, построенные на водных растворах LiBr, LiI и другие процессы.

В ряде случаев, массообмен может протекать совместно с экзо/эндотермической химической реакцией. Скорость абсорбции в этом случае зависит не только от гидродинамических условий ее проведения, но и от скорости химической реакции, а также от скорости подвода / отвода тепла [5 - 8]. При работе аппарата в оптимальных гидродинамических условиях самое значительное влияние оказывает тепловой режим работы. При определенных условиях процесс может лимитироваться только теплообменом.

Традиционно для решения проблемы стабилизации температуры используют теплообменные аппараты, работающие совместно с массообменными, однако это приводит к усложнению схемы производства и росту капитальных затрат. Альтернативным методом является применение специальных контактных устройств, включающих теплообменные элементы. Известны устройства ориентированные преимущественно на массоперенос (тарельчатые и вихревые).

Они, в основном, имеют высокое гидравлическое сопротивление. Некоторые виды оборудования ориентированы преимущественно на теплообмен и они, как правило, имеют низкое гидравлическое сопротивление.

В связи с этим разработка и исследование высокоэффективных контактных устройств, позволяющих работать в условиях заданных температурных режимов в аппарате и имеющих высокую эффективность по тепло- и массообмену, значительную пропускную способность, низкое гидравлическое сопротивление, является актуальной задачей в научном и практическом плане.

Целью настоящей работы является разработка нового высокоэффективного контактного устройства для сорбционных массообменных процессов, сопровождающихся тепловыми эфектами; исследование гидравлических, массообменных и теплообменных характеристик; разработка методики расчета устройства; разработка рекомендаций для промышленного использования.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи

1. Разработать контактное устройство, которое обладает способностью поддержания заданной температуры в аппарате, при этом обеспечивает высокую производительность, эффективность и низкое гидравлическое сопротивление.

2. Провести экспериментальное определение основных показателей работы устройства по массообмену, гидродинамике, теплопередаче.

3. Разработать математическую модель для компьютерного расчета коэффициентов тепло и массоотдачи.

4. Разработать рекомендации по промышленному применению и методику инженерного расчета предложенного устройства.

Научная новизна работы. Исследованы массообменные и теплообменные характеристики, гидравлическое сопротивление и гидродинамика потоков в наса-дочном контактном устройстве, состоящем из регулярной сетчатой насадки со встроенными пластинчатыми теплообменными модулями и без них.

Уточнены коэффициенты в уравнениях для расчета: активной поверхности насадки при плотности орошения 0,0015 - 0,0135 м3/(м2с); скорости начала захле-

бывания, гидравлического сопротивления орошаемой насадки, коэффициента сопротивления сухой насадки при расходе жидкости 0,005 - 0,077, газа 0,0016 -0,011 кг/с.

Экспериментально получены коэффициенты в зависимостях для определения объемного и поверхностного коэффициентов массоотдачи, высоты единицы переноса при массовых скоростях газа 0,5-3,5, жидкости 1,5-24,5 кг/

(м2 •с) для различных модификаций устройства. Установлено, что увеличение объемной доли сетчатой насадки приводит к повышению эффективности массо-отдачи.

Уточнены коэффициенты критериального уравнения для расчета теплоотдачи от стекающей пленки жидкости к стенке (при Renл < 2000).

Практическая значимость работы.

Разработана конструкция контактного устройства для проведения массооб-менных процессов со значительным выделением или поглощением тепла. Новизна устройства подтверждена патентом на полезную модель (Пат. 141 498 РФ).

Разработан конструктивный ряд типоразмеров блочно-модульной насадки для наиболее распространенных в промышленности колонн стандартных диаметров от 500 до 1800 мм, используемый ООО "РМЦ-СЕРВИС" и Федеральным казенным предприятием "Завод им. Я.М. Свердлова" при проектировании колонны поглощения нитрозных газов в производстве тринитротолуола.

Разработана и внедрена в ООО "ДзержинскНИИОГАЗ", ООО "Проммаш Инжиниринг" и ФКП "Завод им. Я.М. Свердлова" методика инженерного расчета контактного устройства, позволяющая определить рабочую скорость газа, размеры блока, количество блоков в аппарате и их модификации (по количеству тепло-обменных модулей в каждом блоке).

Лабораторные установки (с колоннами диаметром 200 и 500 мм) используются в учебном процессе в курсах "Машины и аппараты предприятий основной химии", "Машины и аппараты химических производств" ДПИ НГТУ им. Р.Е.

Алексеева для изучения гидродинамики и массообмена в насадочных колоннах с теплообменными модулями.

Методология и методы исследования.

Для решения поставленных целей и задач был предпринят комплексный подход, основанный на теоретическом анализе литературных источников и экспериментальных исследованиях; для определения смоченной поверхности устройства применялся метод окрашивания; при определении границ режимов, скорости захлебывания применялся визуальный метод, совмещенный с измерением гидравлического сопротивления по диф. манометру; изучение гидравлического сопротивления проводилось на системе вода-воздух с использованием дифференциального манометра, подключаемого до и после слоя контактного устройства; исследование массообменных характеристик проводилось по известной и довольно распространенной методике испарения на системе вода-воздух; исследование теплообменных характеристик проводилось по методике определения коэффициента теплопередачи при нагревании-охлаждении теплоносителя (воды).

Достоверность полученных результатов подтверждается использованием поверенного измерительного оборудования, современных физико-химических методов исследования, воспроизводимостью экспериментальных данных в пределах заданной точности измерений, отсутствием противоречий с фундаментальными представлениями по химии, физике и технике и опубликованием результатов работы в ведущих рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на конференциях различного уровня, в том числе: XI - XIII Международных молодежных научно-технических конференциях «Будущее технической науки», (Н. Новгород, 2012 -2014 г.); У-У[ всероссийских научно-практических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых «Технологии и оборудование химической, биотехнологической и пищевой промышленности», (г.Бийск, 2012-2013 г); международной научной конференции "Математические

методы в технике и технологиях" - ММТТ- 26 (2013 г.); международной, научно-практической конференции "Стратегические коммуникации, теоретические знания и практические навыки в экономике, управлении проектами, педагогике, праве, политологии, природопользовании, психологии, медицине, философии, филологии, социологии, технике, математике, физике"( 2013 г.); VIII - XIV открытых городских научно-практических молодежных конференциях «Молодежь города - город молодежи (Дзержинск, 2011 - 2014 г).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 20 работ, в том числе 5 статей в изданиях, рекомендованных ВАК, патент на полезную модель.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка сокращений и условных обозначений, списка литературы. Работа изложена на 184 страницах, включает 74 рисунка, 16 таблиц, 113 библиографических ссылок.

Глава 1. Обзор литературных данных по конструкциям устройств для теплонапряженных массообменных процессов

1.1 Общие сведения о массообменных процессах, сопровождающихся

тепловыми эффектами

Массообменные процессы, сопровождающиеся выделением или поглощением тепловой энергии, получили широкое распространение в химической и нефтехимической промышленности. К ним относят ректификацию, процессы абсорбции и десорбции ряда газов.

Распространенным способом поддержания требуемых температурных условий в массообменном аппарате, является введение в схему установки теплообменных аппаратов, работающих совместно с массообменными. В качестве примера можно привести типовую схему производства азотной кислоты [9, 10], которая представлена на рисунке 1.1. В установке имеется шесть насадочных колонн (башен), а также шесть теплообменников для охлаждения кислоты. В колонны последовательно поступает раствор кислоты и противотоком нитрозные газы.

Рисунок 1.1 - Схема технологического процесса поглощения оксидов азота

в насадочных башнях 1- поглотительные башни; 2 - центробежные насосы; 3.- холодильники;

Несомненно, сочетание последовательно установленной массообменной и теплообменной аппаратуры упрощает обслуживание и ремонт, однако такая ступенчатая схема имеет недостаток - снижение движущей силы процесса ближе к выходу жидкости в каждой колонне.

Для сохранения высокой движущей силы теплообмена увеличивают число теплообменников и/или значительно захолаживают жидкость в самом начале процесса. Увеличение единиц оборудования, включение в схему большого количества коммуникаций, расходы на увеличение движущей силы теплообмена, все это ведет к увеличению капитальных и текущих затрат.

Альтернативным способом, в котором отсутствуют перечисленные недостатки, является использование специальных контактных устройств, в которые встроены теплообменные элементы.

1.2 Обзор конструкций аппаратов для массообменных процессов, сопровождающихся тепловыми эффектами

Тепломассообменные устройства можно разделить по конструктивному признаку на пленочные, тарельчатые, насадочные, вихревые и др. Каждое из них обладает своими достоинствами и недостатками, а значит, имеет свою область применения.

Наиболее известными устройствами, позволяющими оптимизировать температурные условия процесса, являются: переливные оросительные и поверхностные [2]. Поверхностный абсорбер приведен на рис 1.2.

Охлаждающая вода

Газ 1 I Жидкость 1

Рисунок 1.2 - Поверхностный абсорбер из графита 1- зона контакта фаз; 2 - теплообменная зона.

Достоинством таких аппаратов является простота. Область применения -малотоннажные установки для поглощения хорошо растворимых газов. Недостатки - малая производительность, эффективность и интенсивность процесса в целом.

Получили распространение аппараты со встроенными теплообменными секциями [2] (рисунок 1.3).

Рисунок 1.3 - Аппараты со встроенными теплообменными секциями 1- Опоры; 2 - контактные элементы, 3 - теплообменные устройства, 4 - штуцер ввода газа, 5- гидрозатвор.

Особенностью приведенного аппарата является наличие теплообменных секций, расположенных отдельно от контактных устройств. Недостатками данного аппарата являются - сложность ремонта и монтажа, ступенчатость теплообмена, что ухудшает условия проведения процесса в аппарате, а также трудности со смачиваемостью при отсутствии гидрозатвора.

Наиболее просто сочетание элементов для одновременного проведения и массо- и теплообменных процессов достигается в конструкции пленочных аппаратов. Основным элементом типового аппарата является пучок параллельных труб, закрепленных в трубных решетках и заключенных в кожух. Трубный пучок формирует две полости - трубную и межтрубную. В верхней его части

установлен распределитель, формирующий пленку жидкости на внутренней поверхности труб. В межтрубное пространство подается теплоноситель.

Типовая конструкция такого аппарата для проведения абсорбции [11] приведена на рисунке 1.4.

Рисунок 1.4 - Пленочный абсорбер

1 - корпус, 2 - крышка, 3 - трубна решетка, 4 - трубы, 5 - опоры лапы, 6 - распределитель жидкости, Г - газ, Ж - жидкость, Т -теплоноситель.

В кожухе 1, который закрыт крышками 2, расположены трубные решетки 3 с вертикально установленными в них трубами 4. Обычно их наружный диаметр не превышает 25 мм. В верхней части аппарата имеется распределительное устройство 6, сам аппарат устанавливается на опорах 5.

Вариант конструкции такого аппарата [12] представлен на рисунке 1.5. Особенностью аппарата является наличие наклонных перегородок, закручивающих поток жидкости в распределителе, а также тангенциальное положение штуцеров подачи в аппарат жидкой фазы и теплоносителя. Это обеспечивает лучшее перемешивание жидкости в аппарате.

Рисунок1.5 - Пленочный тепломассообменный аппарат 1 - трубки аппарата, 2 - распределитель, 3 - штуцера для подачи теплоносителя в межтрубное пространство, 4 - штуцера для жидкой фазы, 5 - штуцера для газовой фазы; Г - газ,

Ж - жидкость, Т -теплоноситель Аппарат, представленный на рисунке 1.6, имеет особенность, связанную с использованием внутри труб дополнительных спиралей - турбулизаторов [13].

Рисунок 1.6 - Пленочный тепломассообменный аппарат с турбулизаторами

1 - трубки аппарата, 2 - распределитель, 3 - штуцера для подачи теплоносителя в межтрубное пространство, 4 - штуцера для жидкой фазы, 5 - штуцера для газовой фазы

Установка турбулизаторов дает возможность изменить течение пленки по трубкам аппарата, и таким образом, увеличить время пребывания и углубить процесс массообмена. С другой стороны это усложняет конструкцию аппарата и затрудняет его обслуживание.

Для развития поверхности теплообмена в трубки пучка могут устанавливаться дополнительные змеевики. Аппарат такого типа приведен на рисунке 1.7 [14]. Использование данного аппарата наиболее приемлемо для процессов выпаривания, опреснения воды. Достоинством такого конструктивного решения является значительная поверхность теплообмена, недостатком -конструктивная сложность.

Рисунок 1.7 - Пленочный аппарат со змеевиками 1 - корпус, 2,3 - крышка, днище, 4,5,6,7,11 - штуцера, 12 - камеры ввода, 13 - камера вывода, 14 - греющая камера, 15,16,17,18 - трубопроводы, 19 - кольцевая спираль, 20 - внутренние трубки, 21 - витки змеевика, 22 - патрубки,

В пленочных аппаратах может быть организовано взаимодействие четырех раздельно движущихся потоков. В этом случае, для формирования дополнительной полости, внутри каждой трубы аппарата коаксиально

устанавливается дополнительная, закрепленная в своих трубных решетках, труба [15, 16] . Схема аппарата приведена на рисунке 1.8.

Рисунок 1.8 - Пленочный аппарат "Линас" 1 - корпус аппарата, 2 - трубки аппарата, 3,4 - трубная решетка, 5,6,7 - штуцера, 8 - распределитель внутренних труб, трубная решетка наружных труб, 9 - щель для прохода пленки, 10 - наружная труба, 11 - отверстия в трубе.

Внутри основных контактных труб происходит процесс ректификационного разделения одной смеси, в межтрубном пространстве (включая вспомогательные трубы) другой. Такие аппараты могут достаточно успешно использоваться в процессах ректификации сложных многокомпонентных смесей.

Основным преимуществом пленочных аппаратов является возможность проведения массообменных процессов, сопровождаемых большими тепловыми эффектами, высокая эффективность тепло- и массообмена, а также отлаженная технология изготовления. К основным недостаткам можно отнести небольшую пропускную способность трубного пучка, особенно при противоточном движении жидкости и газа (пара), а также высокую металлоемкость аппарата, малую поверхность массообмена.

Менее удобны для встраивания теплообменных элементов тарельчатые контактные устройства. Такие конструкции, как правило, представляют собой провальную или переливную тарелку, на которой смонтированы теплообменные трубы, пластины, иные теплообменные элементы [17].

На рисунке 1.9 представлена переливная тарелка, включающая в качестве теплообменных элементов - змеевик [18]. Существует аналогичная конструкция, отличающаяся формой змеевиков, переливной трубы [19].

Рисунок 1.9 - Тепломассообменная тарелка со змеевиком 1 - корпус аппарата, 2 - просечное полотно, 3 - переливное устройство, 4 - штуцер входа жидкости на орошение колонны, 5 - теплообменные трубы.

Известно также использование на тарелках секций с пучком параллельных труб [20]. Это дает возможность применить более простую технологию изготовления и монтажа секций. Эскиз тарельчатого узла представлен на рисунке 1.10. Газ и жидкость контактируют на полотне тарелки, в ней имеются переливы.

б

Рисунок 1.10 - Тепломассообменная тарелка с секцией труб 1 - корпус аппарата, 2 - полотно тарелки, 3 - переливное устройство, 4 - штуцера входа и выхода теплоносителя, 5 - теплообменные трубы, 6 - перегородка.

Исследование противоточной и перекрестноточной тарелки, оснащенной теплообменными трубами, было проведено в работе [21]. Схема противоточной тарелки представлена на рисунке 1.11. Тарелка состоит из полотна 1, на котором имеются наклонные щели 2, теплообменные трубы 3 и 4, отверстия для слива жидкости 5. Газовая фаза подается снизу и формирует газо-жидкостные струи, омывающие теплообменные трубы. Особенностью устройства является наличие лепестков, которые имеют разное направление. Благодаря тому, что лепестки отогнуты под определенным углом, трубы омываются газожидкостной смесью с наибольшей эффективностью.

Известна тарелка с перекрестным током (Рис. 1.12). Особенностью работы устройства является формирование локального повышенного газожидкостного слоя в зоне расположения трубчатых элементов, что достигается за счет установки специальных пластин.

Основным достоинством данных устройств является сравнительная простота, высокая эффективность по тепло- и массопереносу. Недостатки - узкий рабочий диапазон скоростей газа, невозможность работы со средами, оставляющими загрязнения, малая поверхность теплопередачи.

Кроме трубчатых, на тарелке могут располагаться теплообменные элементы пластинчатого типа [22 - 23]. Наиболее совершенная конструкция [24] из этой группы тарелок приведена на рисунке 1.13.

Рисунок 1.11 - Тепломассообменная противоточная тарелка 1 - Полотно тарелки, 2 - прорези, 3 - трубы, 4 - трубы, 5 - сливные отверстия.

Рисунок 1.12 - Тепломассообменная тарелка с перекрестным током 1 - Полотно тарелки, 2 - перелив, 3 - гидрозатвор, 4 - перегородка, 5 - трубы,

6 - струенаправляющие пластины.

Рисунок 1.13 - Тепломассообменная тарелка с пластинчатыми теплообменными элементами 1 - корпус, 2 -коллектор, 3 - пластины теплообменные, 4 - контактные элементы.

Она включает щелевой коллектор 2, блок плоско-параллельных пластин 3, специальные контактные элементы 4, расположенные между ними. Теплоноситель подается в каналы внутри пластин. Газ (пар) захватывает струи жидкости и на пластинах и контактных элементах образуется восходящий прямоток газо-жидкостной смеси. Теплообменные пластины отводят/подводят тепловую энергию к потоку. Взаимодействие фаз происходит как на поверхности пластин, так и на поверхности контактных элементов.

Описанные тарельчатые контактные устройства характеризуются высокой эффективностью проводимых процессов, однако их гидравлическое сопротивление весьма велико. Теплообменные устройства, могут нарушать гидродинамику газо-жидкостного слоя, значительно повышать металлоемкость. При использовании перфорированных тарелок имеет место узкий рабочий диапазон скоростей газа, так как при высоких скоростях возможен унос жидкости, при малых скоростях возможен ее провал.

Для проведения теплонапряженных массообменных процессов могут использоваться вихревые контактные устройства. Особенностью конструкций вихревых контактных устройств является наличие специальных завихрителей, выполненных в виде спиральных каналов или розеток с тангенциально установленными отводами. Теплообменные устройства могут устанавливаться на контактных элементах, смежных устройствах или на корпусе аппарата в виде рубашки. Завихрители могут быть как одиночными (шнековые, секторные), так и распределенными в различных зонах аппарата.

На рисунке 1.14 показано контактное устройство вихревого типа [25], предназначенное для проведения теплонапряженных массообменных процессов.

Газ контактирует с жидкостью на полотне тарелки 2 и, таким образом, разделяется на два потока - первый, находящийся в зоне теплообменных труб 3, и второй, поднимающийся по патрубку 4, и проходящий через завихритель 5. В результате во второй области проходит высокоэффективный массообмен, а в первой, наряду с массообменным процессом, теплообменный.

Рисунок 1.14 - Вихревое тепломассообменное устройство

1- корпус; 2 - полотно; 3- теплообменный элемент; 4 - конический патрубок;

5 - завихритель; 6, 10 - зазор; 7 - отбойный элемент; 8 - перелив; 9 - перфорированный участок; 11- неперфорированный участок полотна, 12 - переливные трубы.

Несомненным преимуществом аппаратов с вихревыми элементами является высокая эффективность и интенсивность процесса массообмена. Однако при их работе имеют место высокие энергозатраты на преодоление гидравлического сопротивления, а сложность самих устройств с установленными теплообменными элементами затрудняет их обслуживание и ремонт, особенно при использовании сред, оставляющих загрязнения. Кроме того пропускная способность таких устройств невысока. Таким образом, применение подобных устройств имеет существенные ограничения, поэтому они не находят широкого применения.

Наиболее перспективным видом контактных устройств с возможностью встраивания теплообменных элементов являются насадочные, поэтому прогрессивные конструкции насадок, в которые такие элементы внедряются, представляют наибольший интерес. При объединении насадочных слоев и теплообменных устройств в блоки, которые могут работать независимо друг и от друга и монтироваться целиком, решается вопрос упрощения обслуживания и ремонта аппарата. В качестве теплообменных устройств могут использоваться трубчатые, пластинчатые, спиральные теплообменные элементы (теплообменник

Альфа-Лаваль тип 4), которые сочетаются как с нерегулярной насадкой, так и с регулярной.

Достоинствами таких насадочных устройств являются хорошие рабочие характеристики как по теплообмену, так и по массообмену, низкое гидравлическое сопротивление. Все это дает возможность широкого применения их в промышленности.

1.3 Классификация оборудования для проведения сорбционных массообменных процессов и выбор прототипа

Для того, чтобы получить представление о применимости различных контактных устройств, разделим их на классы [1, 2, 26]. Из всех рассмотренных выше конструкций наибольшей поверхностью теплообмена, равной поверхности массообмена, обладают пленочные аппараты. При этом достигаются высокие коэффициенты теплопередачи. Это позволяет использовать такие аппараты в случае больших тепловых нагрузок. Близкими по показателям являются блок-секции, состоящие из одних труб или теплообменных элементов другой конструкции (пластинчатые, спиральные). В таких аппаратах с наибольшей эффективностью протекают процессы ректификации, абсорбции сернистых газов. Данный тип оборудования можно отнести к аппаратам для высоко-теплонапряженных процессов.

Среди аппаратов с достаточно развитой поверхностью контакта фаз, высокой эффективностью массообмена и небольшой зоной теплообмена, в первую очередь следует выделить оборудование с вихревыми и тарельчатыми контактными устройствами, а также аппараты с рубашками. На первый взгляд тепломассообменные тарелки обладают достаточно сбалансированными показателями, однако теплообменные элементы не обладают развитой поверхностью, а в ряде случаев препятствуют организации оптимальных условий для создания барботажа на полотне тарелки. Такой вид оборудования отнесем к аппаратам для мало-теплонпряженных процессов.

В настоящее время большинство теплонапряженных процессов (ректификация, циклы холодильных машин) требуют как высокой эффективности по массообменному процессу, так и возможности осуществления эффективного отвода или подвода тепла. Для этого в наибольшей степени подходят устройства, с внедренными теплообменными элементами. Соотношение поверхности теплообменных и массообменных элементов дает возможность изменять параметры аппаратуры в зависимости от стадии или специфики процесса. Оборудование с такими контактными устройствами можно отнести к аппаратам для средне-теплонапряженных массообменных процессов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Степыкин, Антон Викторович, 2016 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Касаткин, А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии/ А.Г. Касаткин. - М.: Химия, 1973. - 754с.

2. Рамм, В.М. Абсорбция газов/ В.М. Рамм. - М.:Химия, 1975. - 767с.

3. Taghizaden, M. Non-isothermal gas-liquid absorption with chemical reaction studies. Temperature measurements' of spherical laminar film surface and comparison with a model for the CO2/NaOH system/ M. Taghizaden, C. Jallut, M. Tayakout-Fayolle, J. Lieto// Chemical engineering Journal. - 2000. - No.82. - p. 143-148.

4. Буфетов, Н.С. Абсорбция газов, сопровождающаяся значительным выделением тепла/ Н.С. Буфетов, Н.А. Дехтярь// Ползуновский вестник. -2004. - №1.-с 53 - 56.

5. Versteeg, G.F. Absorption accompanied with chemical reaction in trickle-bed reactors/ G.F Versteeg, J.B.M. Visser// Chemical Engineering Science. - 1997.- No.52. -рр. 4057-4067.

6. Nakoryakov, V.E. Vapor absorption by immobile solution layer/ V.E. Nakoryakov, N.S. Bufetov, N.I. Grigorieva// International Journal of Heat and Mass Transfer. -2004.- Vol. 47.- pp.1525-1533.

7. Hikita, H. Gas absorption with a two-step instantaneous chemical reaction/ H. Hikita, S. Asai, T. Takatsuka// Chemical engineering Journal. - 1972. - No.4. - рр. 31-40.

8. Накоряков, В.Е. Тепломассоперенос при абсорбции пара неподвижным слоем раствора/ В.Е. Накоряков, Н.С. Буфетов, Н.И. Григорьева, Р.А. Дехтярь// Прикл. Механ. Тех. Физика.- 2003. - Т. 44, №2. - с. 101 - 108.

9. Атрощенко, В.И. Технология азотной кислоты / В.И. Атрощенко, С.И. Каргин. -

М.: Химия, 1970. - 496 c.

10. Мельников, Е.Я. Справочник азотчика. Производство разбавленной и концентрированной азотной кислоты. Производство азотных удобрений. Материалы, компрессоры и газгольдеры производств азотной кислоты и удобрений. Энергоснабжение производств связанного азота и органических

продуктов. Техника безопасности производств связанного азота и органических продуктов/ Е.Я. Мельников. - 2-е изд. перераб. - М.: Химия, 1987. - 464 с.

11. Олевский, В.М. Пленочная тепло-массообменная аппаратура/В.М. Олевский, В.Р. Ручинский и др.; под ред. В.М. Олевского. - М.: Химия, 1988. - 240 с.

12. А. с. СССР 1212449, МПК В 01 D 3/28, 53/18. Тепломассообменный аппарат пленочного типа/ В.А. Болитэр, И.Г. Бляхер и др. 23.02.86 бюл. № 7, 1982

13. А. с. СССР 1801540, МПК В 01 D 3/26, Пленочный аппарат/ Н.А.Войнов, Н,А. Николаев и др. - опубл. 15.03.93. бюл. № 10.

14. Пат. РФ 2314139, МПК В 01 D 1/22, 3/28, Пленочный выпарной аппарат со стекающей пленкой/ Войнов Н. А., Карпеза А. Г. И др. - опубл. 2006.

15. Пат. РФ 2132214, МПК В 01 D 3/28, Способ разделения многокомпонентных смесей/ Сайфутдинов А.Ф., Тлустый А.С. -опубл. 1999

16. Пат. US 0224333, МПК В 01 D 3/14. Fermentation Process To Produce Natural Carotenoids And Carotenoid-enriched Feed Products/

Ananda Nanjundaswamy, Praveen V. Vadlani. - 2005

17. Дытнерский, Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии: Учебник для Вузов. Часть 2. Массообменные процессы и аппараты / Ю.И. Дытнерский. - 2-е изд. - М.: Химия, 1995. - 368 с.

18. А. с. СССР 1607156, МПК В 01 D 3/32, 3/30, Колонна для тепломассообменных процессов между газом (паром) и жидкостью/ И.П. Слободяник.- опубл.1986

19. А. с. СССР 1605321, МПК В 01 D 3/32, Колонна для тепломассообменных процессов между газом (паром) и жидкостью/ И.П. Слободяник.- опубл. 1989

20. А. с. СССР 1255156, МПК В 01 D 3/22, Тарелка для тепломассообмена и мокрого пылеулавливания/ Рыбинский А. Г.,Убайдуллаев А. К. и др.- опубл. 1984

21. Захаров, Ю. Д. Разработка и исследование контактных устройств для неадиабатических колонн: дисс. канд. техн. наук: 05.17.08/ Захаров Юрий Дмитриевич. - М.: 1991. - 187 с.

22. А. с. СССР 389804 МПК В 01 D 3/28, 53/20, Массотеплообменная тарелка для колонных аппаратов/ Г.А. Ткач, В.Д. Смоляк и др.- опубл. 1973

23. А. с. СССР 1263274 МПК В 01 D 3/28 Тепломассообменный аппарат/ Антоненко Г. С., Вистяк В. Б.- опубл. 1986.

24. А. с. СССР 1001952, МПК В 01 D 3/28, 53/20, Массотеплообменное устройство/ В.В. Сахаров, В.Т. Елагин и др. .- опубл. бюл. № 9, 1983

25. А. с. СССР 1036338, МПК В 01 D 3/26, Тепломассообменный аппарат/ А.И. Ершов, А.П. Голдар и др.- опубл. бюл. № 31, 1983

26. Фарахов, М.И. Насадочные контактные устройства для массообменных колонн/ М.И. Фарахов, А.Г. Лаптев, Н.Г. Минеев// Химическая техника. - 2009. -№2. - с 4 - 5.

27. Гидродинамика аппаратов с вертикальными контактными решетками: метод. указ./ С.В. Иваняков, Л.Г. Григорян, С.П. Лесухин. - Самара: СГТУ, 2008. - 36 с.

28. Пушнов, А.С. Регулярные насадки для тепло и массообменных процессов/ А.С. Пушнов, А.А. Харитонов// Химическая техника. - 2010. - №3. - с. 24-28.

29. Пат. РФ 54818 МПК B01J19/32, Регулярная насадка для тепломассообменных аппаратов/ Фарахов М.И., Шигапов И.М., Маряхин Н.Н, Фарахов Т.М., Лаптева Е.А. - опубл. Бюл. 21, 2006

30. Патент № СА 1095827 (A1), МПК B01D 53/18, Регулярная сетчатая насадка, опубл. 17.02.1981

31. Vas Bhat, R.D. Non-isothermal gas absorption with reversible chemical reaction/ R.D.Vas Bhat, W. P. van Swaaij, N.E. Benes, J.A.M. Kuipers, G.F. Versteeg// Chem. Eng. Science. - 1997. - v.52. - pp.4079-4094.

32. Ubaidi, B. H. Non isothermal gas absorption accompanied by a second-order irreversible reaction/ B. H. Ubaidi, M. Sami Selim, A. A. Shaikh// A.I.Ch.E.J. - 1990. - v. 36. - рр.141-146.

33. Bhattacharya, A. Gas absorption with exothermic bimolecular (1,1 order) reaction/ A. Bhattacharya, R. V. Gholap, R. V. Chaudhari// A.I.Ch.E.J. - 1987. -v. 33.- рр. 1507-1513.

34. Bird, R. B. Theoretical study of an exothermic chemical reaction of a gas which is absorbed into a liquid/ R. B. Bird, W. E. Stewart, E. N. Lightfoot// Latin Am. Res. -1960. - v. 21. - pp. 143-150.

35. Chiang, S. H. Gas absorption accompanied by a large heat effect and volume change of the liquid phase/ S. H. Chiang, H. L. Toor// A.I.Ch.EJ. - 1964. -v. 10. - pp. 398402.

36. Clegg, G. T. Gas absorption accompanied by a large heat effect and volume change of the liquid phase: the system hydrogen chloride.:ethylene glycol/ G. T. Clegg, R. B. F. Kilgannon// Chem. Engnq Sci. - 1970. -v. 26. - pp. 669-674.

37. Frank, M.J.W. Modeling of simultaneous mass and heat transfer with chemical reaction using the Maxwell-Stefan theory. Non-isothermal study/M. J. W. Frank, J. A. M. Kuipers, G. F. Versteeg, W. P. M. van swaaij// Chemical Engineering Science. -1995. - Vol. 50, No. 10. - pp. 1645-1659.

38. Астарита, Дж. Массопередача с химической реакцией/ Дж. Астарита. - Л.: Химия, 1971.- 224 с.

39. Кутепов, А.М. Общая химическая технология/ А.М. Кутепов, Т.И. Бондарева, М.Г. Беренгартен.- М.: Высшая школа, 1990. -520 с.

40. Glasscock, D.A., Numerical Simulation of Theories for gas absorption with chemical reaction/ D.A. Glasscock, T. R. Gary// AIChE Journal. - 1989. - Vol. 35, No. 8. - pp.1271-1281.

41. Евдокимов, А.Н. Теория химико-технологических процессов органического синтеза: Ч.1 Гетерофазные реакции/ А.Н.Евдокимов. - СПб.: СПбГТУРП. - 2011, 64 с.

42. Lopez-Arjona, H., A film-penetration model for non-isothermal absorption with chemical reaction/ H. Lopez-Arjona, R. Lobo, T. Viveros-Garcia// Chemical Engineering Science. - 2000. - No.55. - рр. 5897-5906.

43. Evans, J. D. Penetration theory analysis for nonisothermal gas absorption accompanied by a second-order chemical reaction/ J. D. Evans, M. Sami Selim// Chem. Engn Commun. - 1990. - v. 90. - pp. 103-124.

44. Chatterjee, S. G. Film and penetration theories for a first-order reaction in exothermic gas absorption/ S. G. Chatterjee, E. R. Altwicker// Chem. Enyng Sci. -1987. -v. 65. - pp. 454 - 461.

45. Tamir, A. Penetration model for absorption with chemical reaction in the presence of heat generation, bulk flow and effects of the gaseous environment/ A. Tamir, P. V. Danckwerts, P. D. Virkar// Chem. Enyng Sci. - 1975. -v.30. - pp. 1243-1250.

46. Danckwerts, P. V. Gas-absorption accompanied by first-order reaction: Concentration of product, temperature-rise and depletion of reactant/ P. V. Danckwerts// Chem. Engin. Sci. -1967. - v. 22.- рр. 472-473.

47. Asai, S., Nonisothermal gas absorption with chemical reaction./S. Asai, O. E. Potter, H. Hikita//A.I.Ch.E. Journal. - 1985. - No.31. - рр. 1304-1312.

48. Mann, R. Gas absorption with an unusual chemical reaction: the chlorination of toluene/ R. Mann, G. T. Clegg // Chem. Engng Sci. - 1975. - v.30. - pp. 97 - 101.

49. Suresh, A. K. Temperature-dependent physical properties in physical gas absorption/ A. K. Suresh, S. Asai, O. E. Potter// Chem. Engng Sci. - 1983. -v. 38. -pp. 127-133.

50. Versteeg, G. F. Mass transfer with complex reversible chemical reactions- I. Single reversible chemical reaction/ G. F. Versteeg, J. A. M. Kuipers , F. P. H. van Beckum, W. P. M. van Swaaij // Chem. Engng Sci. - 1989. - v. 44. - pp. 2295-2310.

51. Welty, J. R. Fundamentals of Momentum and Heat Transfer/ J. R. Welty, C. E. Wicks, R. E. Wilson, G.R. Rorrer.; 5 edition. - New York: John Wiley & Sons, 2008. -711 р.

52. Лаптев, А.Г. Методы интенсификации и моделирования тепломассообменных процессов. Учебно-справочное пособие/ А.Г Лаптев, Н.А. Николаев, М.М. Башаров. - М.: "Теплотехник", 2011. - 335с.

53. Капица, П.Л.// Журнал экспериментальной и теоретической физики. - 1948. -№18. - с. 3.

54. Холпанов, Л. П. Гидродинамика и тепломассообмен с поверхностью раздела/ Л. П. Холпанов, В.Я. Шкадов и др. - М.: Наука, 1990. - 271 с.

55. Степыкин, А.В. Оценка измерительной способности КИП лабораторного стенда для изучения характеристик контактных устройств/ А.В. Степыкин, А.А. Сидягин, Т.Э. Кашненкова// Материалы VI-й Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых

«Технологии и оборудование химической, биотехнологической и пищевой промышленности». Часть 1. - Бийск. - 2013. - с. 46 - 51.

56. ТУ 4218-006-3227711-2009 Расходомеры - счётчики жидкости ультразвуковые КАРАТ, 2009

57. ТУ 4212-002-46526536-2009 Преобразователи давления, 2009.

58. ТУ 4211 006 46526536 - 03 Устройство контроля температуры восьмиканальное с аварийной сигнализацией, 2003

59. ГОСТ 8.302-78 Микроманометры жидкостные компенсационные с микрометрическим винтом типа МКВ-250. Методы и средства поверки. - М.: Издательство стандартов, 1985. - 10 с.

60. ГОСТ 13045-81 Ротаметры. Общие технические условия. - М.: Издательство стандартов, 1991. - 14 с.

61. ГОСТ 10587-84 Смолы эпоксидно-диановые неотвержденные. Технические условия. - М.: Издательство стандартов, 1984. - 20 с.

62. ГОСТ 7338-90 Пластины резиновые и резинотканевые. Технические условия. - М.: Издательство стандартов, 1990. - 18 с.

63. Патент РФ Ои 141 498, кл В 01 D 3/28, Тепломассообменное устройство/ А.В. Степыкин, А.А. Сидягин; заявитель НГТУ им. Р.Е. Алексеева.- опубл. Бюл № 16, 2014.

64. Каган, А.М. Материалы для изготовления надочных контактных устройств для тепло- и массообменных процессов/ А.М. Каган, А.С. Пушнов, А.С. Рябушенко// Химическая технология. - 2007. - № 5. - с. 29-34.

65. Махнин, А.А. Совершенствование процессов и аппаратов для очистки паровоздушных смесей от органических растворителей сорбционными методами: автореферат диссертации на соиск. уч.степени докт. техн. наук: 05.17.08, 03.00.16/ Махнин Александр Александрович. - Ярославль: ЯГТУ, 2010. -34 с.

66. Сидягин, А. А. Колонные аппараты для массообменных процессов /А.А. Сидягин.- Н.Новгород: "НГТУ", 2009. - 115 с.

67. Пушнов, А.С. Обобщение геометрических характеристик насадок для колонных аппаратов/ А.С. Пушнов//Химическая промышленность. - 2011. - Т 88, №1. - с. 20-23.

68. ТУ 38.303-04-04-90 Герметики кремнийорганические. Технические условия. -1990. - 38 с.

69. ГОСТ 3826-82 сетки проволочные тканые с квадратными ячейками. Технические условия.- М.: ИПК Издательство стандартов, 2003. - 11 с.

70. Машины и аппараты химических производств. Примеры и задачи: учеб. пособие для вузов/ И.В. Доманский, В.П. Исаков, Г.М. Островский и др.; под общ. ред. В.Н. Соколова. - Л.: Машиностроение, 1982. - 384 с.

71. Поникаров, И. И. Машины и аппараты химических производств и предприятий строительных материалов /И. И. Поникаров, О. А. Перелыгин, В. Н. Доронин, М. Г. Гайнуллин. - М.: Машиностроение, 1989. - 368 с.

72. Гидродинамика насадочных аппаратов: М.У./ С.В. Иваняков, С.Б. Коныгин. -Самара: СГТУ, 2008. - 44 с.

73. Гельперин, Н.И. Основные процессы и аппараты химической технологии/ Н.И. Гельперин. - М.:Химия, 1981. - 812 с.

74. Степыкин, А.В., Определение активной поверхности блочной насадки/ А.В. Степыкин, А.А. Сидягин// Материалы международной, заочной научно-практической конференции "Стратегические коммуникации, теоретические знания и практические навыки в экономике, управлении проектами, педагогике, праве, политологии, природопользовании, психологии, медицине, философии, филологии, социологии, технике, математике, физике". - Санкт- Петербург: КультИнформПресс, 2013. - с. 290 - 292.

75. Александров, И.А. Ректификационные и абсорбционные аппараты / И.А. Александров. - М.: Химия, 1978. - 280с.

76. Стабников, В.Н. Расчет и конструирование контактных устройств ректификационных и абсорбционных аппаратов / В. Н. Стабников. - Киев: "Техшка", 1970. - 208 с.

77. Плановский, А.Н. Процессы и аппараты химической технологии/ А.Н. Плановский, В.М. Рамм, С.З. Каган.- М.: Химия, 1968.- 846 с.

78. Скобло, А.И. Процессы и аппараты нефтегазопереработки и нефтехимии / А.И. Скобло, Ю.К. Молоканов, А.И. Владимиров, В.А. Щелкунов. - М.: ООО «Недра-бизнесцентр», 2000. - 677 с.

79. Алексеенко, С.В. Экспериментальное исследование распределения жидкости в колонне со структурными насадками/ С.В. Алексеенко, Д.М. Маркович и др.// Теоретические основы химической технологии. - 2007. - т.41,№4. - с. 442-448.

80. Ульянов, В. М Физико-химические свойства веществ / В. М. Ульянов и др.; под ред. В.М. Ульянова. - Н.Новгород: "НГТУ", 2009. - 309 с.

81. Беннет, К. О. Гидродинамика, теплообмен и массообмен/ К. О. Беннет, Дж.Е. Майерс. - М.: Недра, 1966. - 726 с.

82. Кафаров, В.В. Основы массопередачи/ В.В. Кафаров - М.: Высшая школа, 1979. - 439 с

83. Пушнов, А.С. Структура и газораспределение в колонных аппаратах с насадкой для осуществления тепло- и массообменных процессов/ А.С. Пушнов, А. Каган. - А LAP LAMBART Academic Publishing, 2012. - 168 с.

84. Хоблер, Т. Массопередача и абсорбция/ Т. Хоблер; пер с польск.; под ред. П.Г. Романкова. - Л.: Химия, 1964. -479 с.

85. Савич, В.А. Психрометрические таблицы/ В.А. Савич. - 2-е изд. - Л.: Гидрометеоиздат, 1963. - 253 с.

86. Качурин, Л.Г. Методы метеорологических измерений. Методы зондирования атмосферы / Л.Г. Качурин. - Л.: Гидрометеоиздат, 1975. - 456 с.

87. Розен, А.М. Масштабный переход в химической технологии: разработка промышленных аппаратов методом гидродинамического моделирования/ А.М. Розен, Е.И. Матюшкин, Е.И. Олевский; под. ред. А.М. Розена. - М.: Химия, 1980. - 320 с.

88. Sulzer, Structured Packings for Distillation, Absorption and Reactive Distillation [Электронный ресурс] . - 2015.- 28 с. - Режим доступа: http://www.sulzer.com/ru/-

media/Documents/ProductsAndServices/Separation_Technology/ Distillation_Absorption/Brochures/ Structured_Packings .pdf.

89. VAKU-PAK, Проспект. - Germania Chemnitz, Schulstrabe 63. - 1991.

90. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию / Ю. И. Дытнерский и др.; под ред. Ю. И. Дытнерского.-М.: Химия, 1983. - 496 с.

91. Павлов, К. Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии/ К. Ф. Павлов, П. Г. Романков, А.А. Носков; под ред. П.Г. Романкова.-Л.: Химия, 1970. - 576 с.

92. Лойцянский, Л.Г. Механика жидкости и газа/ Л.Г. Лойцянский. - 7-е изд. перераб. - М.: Дрофа, 2003. - 840 с.

93. Левич, В. Г. Физико-химическая гидродинамика/В.Г. Левич-М.: "Государственное издательство физ.-математической литературы",1959.- 700 с.

94. Вайнберг, А.М. Математическое моделирование процессов переноса. Решение нелинейных краевых задач/ А.М. Вайнберг. - Москва-Иерусалим, 2009 г. - 209 с.

95. Кутателадзе, C.C. Гидродинамика газожидкостных систем/ C.C. Кутателадзе, М.А. Стырикович. - М.: Энергия, 1976. - 296 с.

96. Шлихтинг, Г. Теория пограничного слоя/ Г. Шлихтинг; перев с нем. - М.: Главная редакция физико-математической литературы изд. Наука, 1974. - 712 с.

97. Пеленко, В.В. Течение вязкопластических нелинейных сред с пограничным проскальзыванием/ В.В. Пеленко, В.А. Арет и др.// Вестник Красноярского государственного аграрного университета: Межвуз. сб. науч. тр. - Красноярск: Крас. ГАУ, 2008. - Вып. №2. - с. 54-57.

98. Пеленко, В.В. Течение продуктов обработки растительного сырья в перерабатывающих аппаратах/ В.В. Пеленко, В.А. Арет и др.// Пищевая технология. - М.: Известия ВУЗов, 2008. - Вып. №5-6. -с. 77-80.

99. Артюшков, Л.С. Динамика ненютоновских жидкостей/ Л.С. Артюшков.- Л.: ЛКИ, 1979. - 228 с.

100. Кутателадзе, C.C. Тепломассообмен и волны в газо-жидкостных системах/ C.C. Кутателадзе, В.Е. Накоряков и др. - Новосибирск: Наука, 1984. - 303 с.

101. Башта, Т.М. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: учебник для машиностроительных вузов/ Т.М. Башта, С.С. Руднев, Б.Б. Некрасов. - 2-е изд., перераб. - М.: Машиностроение, 1982. - 423 с.

102. Вакина, В.В. Машиностроительная гидравлика. Примеры расчетов/ В.В. Ва-кина и др. - К.: Вища шк., 1986. - 208 с.

103. Уоллис, Г. Одномерные двухфазные течения/ Г. Уоллис; пер. с англ.; под ред. И.Т. Аладьева. - М.: Мир, 1972. - 440 с.

104. Кутателадзе, С.С. Тепломассообмен и трение в турбулентном пограничном слое/ С.С. Кутателадзе, А.И.Леонтьев. - М.: Энергоиздат, 1985. - 320 с.

105. Шец , Дж. Турбулентное течение. Процессы вдува и перемешивания/ Дж. Шец; пер. с англ.; под ред. В.П. Шидловского. - М.: Мир, 1984. - 248 с.

106. Логинович, Г.В. Гидродинамика течений со свободными границами/ Г.В. Логинович. - Киев: Наукова думка, 1965. - 215 с.

107. Иванов, С.П. Совершенствование тепломассообменных процессов в водооборотных циклах промышленных предприятий: дисс. докт. техн. наук: 05.17.08/ Иванов Сергей Петрович. - Уфа, 2012. - 261 с.

108. Капица, П.Л.// Журнал экспериментальной и теоретической физики. - 1951.-№ 21, с. 964.

109. Шервуд, Т.К. Массопередача/ Т.К. Шервуд, Р.Л. Пигфорд, Ч.Л. Уилки; перев. с англ. - М.: Химия, 1982. - 696 с.

110. Данквертс, П.В. Газо-жидкостные реакции/ П.В. Данквертс; пер. с англ.- М.: Химия, 1973. - 296 с.

111. Кутателадзе, С.С. Основы теории теплообмена/ С.С. Кутателадзе и др. - изд. 5-е, перераб. и дополн. - М.: Атомиздат, 1979. - 416 с.

112. Рузинов, Л.П. Планирование эксперимента в химии и химической технологии/ Л.П. Рузинов, Р.Н. Слободчикова. - М.: Химия, 1980. - 280 с.

113. Чехов, О. С. Современная тарельчатая массообменная аппаратура/ О. С Чехов, А. Г. Рыбинский, Н. И. Николайкин //Хим. пром-сть за рубежом. - 1976. -№ 6. - с. 58-79.

Лабораторные стенды

Рисунок А.1 - Общий вид лабораторного стенда с колонной 200 мм

Рисунок А.2 - Лабораторный стенд с колонной, диаметром 500 мм

Элементы контактного устройства

1

Рисунок Б.1 - Пластинчатый теплообменный модуль, вид сбоку

1 - фланец присоединительный; 2 - гофры.

а) - лицевая сторона б) - Оборотная сторона

Рисунок Б.2 - сетчатый насадочный элемент

Рисунок Б.3 - Развертка сетчатой насадки из листа 1 - вогнутые ребра, 2 - выпуклые ребра.

Рисунок Б.4 - Распределитель жидкости на теплообменном модуле

Описание модификаций лабораторных моделей

Таблица В.1 - Описание структурных элементов контактного устройства на колонну 200 мм

Наименование Теплообменный модуль(ТМ) 1 ТМ 2 Сетчатая насадка(СН) 1 СН 2 СН 3 СН 4 СН5

Высота, мм 240 240 240 240 240 240 240

Ширина 194 150 200 200 188 188 140

Толщина 22 22 22 20 25 22 25

Геом. коэф. 0.97 0.75 1 1 0.94 0.94 0.7

Площадь, м2 0.1408 0.1093 0.324 0.324 0.324 0.324 0.243

Вес,г 550 450 70 70 70 70 60

Таблица В.2 - Модификации блока и их структура на колонну 200 мм

Модификация блока Тип ТМ (кол-во) Тип СН (кол-во) Суммарный геом. коэф. ТМ Суммарный геом. коэф СН

1 ТМ1(2 шт.), ТМ2(2 шт.) СН1 (1 шт.), СН3(2 шт.), СН5(2 шт.) 3.44 4.28

2 ТМ1(1 шт.), ТМ2(2 шт.) СН1 (2 шт.), СН3(2 шт.), СН5(2 шт.) 2.47 5.28

3 ТМ2(2 шт.) СН2 (1 шт.), СН4(4 шт.),СН5(2 шт.) 1.5 6.16

4 ТМ1(1 шт.) СН2 (2 шт.), СН4(4 шт.), СН5(2 шт.) 0.97 7.16

5 - СН2 (3 шт.), СН4(4 шт.), СН5(2 шт.) 0 7.98

Таблица В.3 - Характеристики теплообменных модулей для аппарата, диаметром 500 мм

Наименование ТМ 1 ТМ 2 ТМ 3

Высота, мм 500 500 500

Ширина, мм 240 385 460

Толщина, мм 38 38 38

Геом. коэф. элемента 0.48 0.77 0.92

Площадь, м2 0.506 0.427 0.276

Вес,кг 8,33 7,03 4,52

Количество гофров 16 12 8

Радиус кривизны гофров, мм 70 70 70

Высота гофров, мм 7 7 7

Таблица В.4 - Характеристики сетчатой насадки, для аппарата, диаметром 500 мм

Наименование СН 1 СН 2 СН 3 СН 4 СН 5

Высота, мм 500 500 500 500 500

Ширина, мм 500 484 370 215 240

Толщина, мм 40 38 38 38 38

Геом. коэф. элемента 1 0.97 0.74 0.43 0.48

Площадь, м2 1.625 1.495 1.138 0.666 0.743

Вес,г 770 710 550 300 335

Таблица В.5 - Основные модификации блока, используемые при проведении исследований на

колонне 500 мм

Модифи кация Тип ТМ (кол-во) Тип СН (кол-во) Геом. коэф ТМ Геом. коэф СН

1а ТМ1(2 шт.), ТМ 2(2 шт.), ТМ 3(2 шт.) СН1(1 шт.), СН 2(2 шт.), СН 3(2 шт.), СН 4(2 шт.) 4.34 5.28

2а ТМ 1(2 шт.), ТМ 2(2 шт.) СН 1(1 шт.), СН 2(4 шт.), СН 3(2 шт.), СН 4(2 шт.) 2.5 7.22

3а ТМ 1(2 шт.) СН 1(1 шт.), СН 2(4 шт.), СН 3(4 шт.), СН 4(2 шт.) 0.96 8.82

4а - СН 1(1), СН 2(4), СН 3(4), СН 4(2), СН 6(2) 0 9.80

Гидродинамика

Рисунок Г.1 - Растекание жидкости по поверхности сетчатой насадки

Рисунок Г.2

- Общий вид стенда с колонной, диаметром 132 мм

Рисунок Г.4 - Захлебывание в колонне, диаметром 132 мм

Приложение Д Математическое моделирование массо- и теплопередачи

Рисунок Д.1 - Растекание жидкости по поверхности сетки

Эскизы устройства

Рисунок Е.1 - Общий вид контактного устройства 1 - Корпус аппарата; 2 - теплообменный модуль; 3 - патрубки ввода и вывода теплоносителя; 4 - штуцер; 5 - сетчатая насадка; 6 - ороситель жидкости; 7 - перегородка теплообменного модуля; 8 - стенки теплообменного модуля(пластины).

Рисунок Е.2 - Схема расположения сетчатой насадки

Рисунок Е.3 - Пластинчатый модуль, вид сбоку 1 - фланец присоединительный; 2 - гофры.

32

Рисунок Е.4 - Параметры гофра

Акты о внедрении результатов работы

УТВЕРЖДАЮ

Заместитель директора по капитальному строительству и УКС Федерального казенного предприятия Завода им. Я.М.

Игумнов А.В

2016

АКТ

использования материалов диссертационной работы аспиранта ФГБОУ ВПО НГТУ Степыкина A.B. "Гидродинамика и массообмен в регулярной насадке со встроенными теплообменными модулями"

Настоящим актом подтверждаем, что основные результаты диссертационной работы "Гидродинамика и массообмен в регулярной насадке со встроенными теплообменными модулями" аспиранта ФГБОУ ВО НГТУ Степыкина A.B. были использованы в проектировании колонны поглощения нитрозных газов в производстве тринитротолуола, шифр проекта "ТНТ". На основании выводов и результатов работы разработана методика расчета устройства, типоразмерный ряд устройств.

Предложенная колонна рассчитана на производительность по нитрозным газам Vr=43,8 млн м3/год, имеет диаметр 0,8 м, общую высоту 7,5 м. В аппарат установлены четыре секции разработанного контактного устройства модификации II, каждая высотой 800 мм.

Гл. механик ФКП 3-д им. Я.М. Свердлова

Начальник ПКО ФКП 3-д им. Я.М. Свердлова

Гл. технолог ФКП 3-д им. Я.М. Свердлова

Комаров A.A.

УТВЕРЖДАЮ Генеральный директор ООО "Проммаш Инжиниринг"

Баташев A.A.

2016

АКТ

Использования материалов диссертационной работы аспиранта ФГБОУ ВО НГТУ им. P.E. Алексеева Степыкина A.B.

Настоящим актом подтверждаем, что основные результаты диссертационной работы аспиранта ФГБОУ ВО НГТУ Степыкина A.B. были использованы в проектировании колонны поглощения аммиака раствором РУАС в производстве карбамида. Кроме этого использована методика расчета устройства, типоразмерный ряд устройств.

Предложенная колонна (с использование контактного устройства патент Ru 141498, Бюл № 16, 2014) рассчитана на производительность по аммиаку G=270000 т/год, степень извлечения х = 99%- При этом разработана конструкция комбинированного аппарата, включающего две обечайки, диаметром и высотой 0,4 и 0,6 м соответственно (вместо 0,6 и 1 м). Кроме этого из схемы исключен теплообменный аппарат