СУМСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Г Е Л І Х О Л Ь Г А О Л Е К С А Н Д Р І В Н А

УДК 66.021.3

І Н Т Е Н С И Ф І К А Ц І Я П Р О Ц Е С І В

М А С О О Б М І Н У В А Б С О Р Б Е Р А Х

З П У Л Ь С А Ц І Й Н О Ю Н А С А Д К О Ю

Спеціальність 05.05.13 - машини та апарати хімічних виробництв

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

С У М И-1 9 9 9

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі прикладної екології і безпеки життєді-

яльності (ПЕ і БЖД) Сумського державного університету Міністерства

освіти України

Науковий керівник -доктор технічних наук, професор

Пляцук Леонід Дмитрович

завідувач кафедри прикладної екології і безпеки

життєдіяльності СумДУ

Офіційні опоненти -доктор технічних наук

Мальований Мирослав Степанович

завідувач відділу промислової екології ВАТ

«ГІРХІМПРОМ» м. Львів

доктор технічних наук, професор

Філатов Лев Григорович

професор кафедри архітектурних інженерних

вишукувань Сумського аграрного університету

Провідна установа -Український державний університет харчових

технологій м.Київ

Захист відбудеться « 26 » лютого 1999 р. о 14-00 годині

на засіданні спеціалізованої вченої ради К 55.051.03 у Сумському

державному університеті (244007, м.Суми, вул. Римського-Корсакова,

2, корпус А, ауд. ЛА 205)

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Сумського державного

університету (244007, м. Суми, вул. Римського-Корсакова, 2)

Автореферат розісланий 22 січня 1999 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради_______________В.Г.Неня

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

А к т у а л ь н і с т ь т е м и . Завдання екологічного захисту населення України невідривно пов’язане з удосконаленням існуючих промислових підприємств, створенням нових типів високоефек- тивного газоочисного обладнання на рівні світових зразків з значною одиничною потужністю, яке відрізняється високою надійністю у експлу- атації, мінімальними енергозатратами та низькою матеріалоємністю.

Аналіз різних напрямків інтенсифікації масообмінних процесів наводить на думку про проведення цих процесів у режимах розвиненої

турбулентності. Як показали наші дослідження, їх реалізація можлива

у апаратах із регулярною рухомою насадкою, які знайшли використання

у процесах газо-пилоочищення. Висока ефективність очищення газового потоку від шкідливих газових та пилових домішок, самоочищення елементів насадки, широкий діапазон робочих режимів дозволяють вважати ці апарати дуже перспективними.

Разом з тим слід відзначити, що апарати з регулярною рухомою

насадкою, які працюють у прямоточному режимі, ще недостатньо вивче-ні. Крім того, існуючі дослідження відносяться ,в основному, до кульових елементів насадки, дія ж пластинчатих перфорованих елементів насадки та вплив їх коливального руху на ефективність газо-пилоуловлювання залишаються нерозкритими.

Робота виконувалась у відповідності з координаційними планами АН СРСР з проблеми «Теоретичні основи хімічної технології» на 1986-1990 р.(завдання 2.27.26.17), а також у відповідності із планом науково-дослідних робіт договору з Міністерством промислової політики України за № 831/97 «Удосконалити існуючу схему очищення аспіраційних газів H2S на заводі ВАТ «ГIРХIМПРОМ» у м. Новий Роздол у цеху № 3.

М е т а і з а д а ч і д о с л і д ж е н н я. Метою дослідження є розробка високоефективного прямоточного газо-пилоочисного апарату з рухомою регулярною насадкою (ПАРРН) для очищення відходячих газів хімічних виробництв. Завданнями експериментально-теоретичного дослідження є вивчення впливу режимних та конструктивних параметрів апарату ПАРРН на гідравлічний опір, дослідження ефективності процесів масообміну, вплив коливального руху елементів насадки на ефективність взаємодії фаз, теоретичний

опис висхідного руху контактуючих фаз через шар регулярної рухомої насадки, розробка математичної моделі процесу масообміну та перевірка її адекватності.

Н а у к о в а н о в и з н а о д е р ж а н и х р е з у-

л ь т а т і в. На основі проведених досліджень гідродинамічних закономірностей роботи прямоточного апарату з РРН визначені гідродинамічні режими роботи, встановлена залежність частоти і амплітуди коливань пластинчатої насадки від режимних параметрів і геометрії елементів насадки та їх розташування.

Розроблена математична модель процесу масообміну у прямоточному масообмінному апараті з РРН. Приведено математичний опис розподілу концентрації компонентів по висоті робочої зони апарату, визначені теоретично коефіцієнти масообміну.

Проведено дослідження масообмінних процесів у зоні контакту з метою виявлення оптимальних конструктивних параметрів масообмінного апарату з регулярною рухомою перфорованою насадкою.

П р а к т и ч н е з н а ч е н н я о д е р ж а н и х р е- з у л ь т а т і в . Експериментальні і теоретичні результати роботи були використані при проектуванні дослідно-промислової установки, а потім промислового головного зразка масообмінного апарату з РРН для очищення відходячих газів фосфорного і сірчаного виробництва від п’ятиокису фосфору, FH3, Фтору HF, SiF4, H2S, а також уловлювання пилу фосфориту, фосфорного шлаку, смолистого пилу і т.і. На основі випробувань видано вихідні дані для проектування ряду газоочисних апаратів, розроблено практичні рекомендації на реконструкцію газоочисних установок.

О с о б и с т и й в н е с о к з д о б у в а ч а. Диссерта- ційна робота виконувалась під безпосереднім керівництвом і разом із доктором технічних наук, професором, завідувачем кафедри прикладної екології та безпеки життєдіяльності Сумського державного універси-

тету Л.Д. Пляцуком. Особисто автором одержано усі основні результати

дисертаційної роботи.

А п р о б а ц і я р е з у л ь т а т і в д и с е р т а ц і ї .

Результати роботи доповідались: на міжнародному науковому конгресі студентів, аспірантів і молодих вчених «Молодь і наука - третє тисячоліття», м. Москва, 28.01-02.02 1996 р.; на ІХ Міжнародній конференції «Удосконалення процесів та апаратів хімічних, харчових та нафтохімічних виробництв», м.Одеса, 1996 р.(дві доповіді); на науково-технічній конференції Сумського державного університету, м.

Суми, 1997 р.

П у б л і к а ц і ї . Результати дисертації опубліковано у двох статтях журналу «Хімічна промисловість України» у 1997 р., у «Наукових працях Одеської державної академії харчових технологій» (1997 р.), у «Наукових працях Сумського державного університету» (1998 р.). Матеріали дисертації були оприлюднені у чотирьох доповідях на вищенаведених симпозиумі та конференціях.

Дисертація складається із вступу, семи розділів, висновків, списку використаних джерел 114 наіменувань, додатку і викладена на

163 сторінках, при цьому 144 сторінки основного тексту, 35 малюнків і 1 таблиця.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У першому розділі приведено огляд літератури і вибір основних напрямків дослідження. На основі літературних джерел виконано аналіз роботи високопродуктивних конструкцій газоочисних апаратів із рухо-

мою насадкою, розглянуто гідродинаміку процесу обтікання одиничного

елементу. Розгляд гідродинамічних закономірностей течії потоків че-

рез систему елементів дозволив виявити умови виникнення періодного та півперіодного вихороутворення та часового зсуву моментів вихоро-

утворення у вертикальному напрямку апарату. Розглянуто методи виз-

начення величини гідравлічного опору зрошуваних нерухомих насадок,

на підставі чого зроблено висновок, що дослідження факторів, які визначають гідравлічний опір апарату із регулярною вільно закріпле-

ною пластинчатою насадкою потребує більш старанного підходу, який враховує процес вихороутворення в залежності від миттєвого розташу-

вання насадки, кількості рідини на ній, швидкості газового та рідин-

ного потоків і т.і., оскільки ці величини чинять значний вплив на процес масообміну. Аналіз даних по впливу вихороутворення на процес масообміну показав, що : збільшення частоти і амплітуди пульсацій потоку приводить до росту коефіцієнтів масовіддачі; ефективність ма-

сообміну у шарі регулярно розташованої рухомої насадки залежить від відстані між елементами насадки; найбільша ефективність масообміну досягається у синфазному режимі; використання прямоточної взаємодії

фаз дозволяє значно збільшити продуктивність по газу, знизивши тим самим питому металоємність апарату; процеси масообміну у прямоточних апаратах можна інтенсифікувати за рахунок штучної турбулізації як рідинної , так і газової фази, або турбулізацією потоків.

У другому розділі розглядаються закономірності взаємодії фаз у шарі регулярної рухомої пластинчатої насадки при однонаправленому висхідному рухові потоків. Для розгляду фізичної суті процесів при обтіканні тіл необхідно врахувати різні можливості поведінки межово-

го шару, що прилягає до тіла, а також приймати до уваги і ті умови, які існують позаду тіла у вихровому сліді. При обтіканні прямокутної пластини, для якої характерні гострі ребра, у області великих зна-

чень числа Рейнольдса буде спостерігатися зрив потоку якраз на цих ребрах. Причиною цього явища є раптова зміна напряму потоку на ребрі тіла і, внаслідок цього, раптова зміна швидкості і тиску. Сповільнені частинки, які виходять із зірваного межового шару, ут-

ворюють позаду тіла вихровий слід, який складається із досить стабільних вихрових утворень. При послідовному розташуванні пластин і рівності їх розмірів можна створити синхронний режим вихороутво-

рення, який визначається рівністю частот або періодів утворення ім-

пульсів. Частота f визначається за формулою

(1)

Розглянемо фізичну картину обтікання двох послідовно розташованих пластин при наявності зсуву у часі утворення і без нього у півперіодному режимі. Припустимо, що вихор , що утворився на першій пластині, не може впливати на третю, обминаючи другу, і що взаємодія вихорів відбувається шляхом їх повного зриву за наступним елементом, або придушуванням їх. На рисунку 1 а) подано картину взаємодії пластин, при якій період утворення вихору більше часу його руху від однієї пластини до іншої, тобто (T/2)>.

Припустимо, що у початковий момент часу за усіма пластинами виникає одночасне утворення вихорів. Вихорі, які виникають першими, відриваються і виносяться потоком, а з протилежної сторони цих же

пластин зароджуються другі. Перший вихор, досягнувши за час пластини, яка розташована вище за потоком, повинен там зупинити процес утворення другого вихору, час існування якого дорівнює часові руху першого вихору до другої пластини, тобто , і, тим самим, зсунути початок утворення нового вихору за другою пластиною на час

П О Т І К П О Т І К

а) (Т/2)> б) (Т/2)<

Рис.1 Схема взаємодії вихорів і обтікання пластин.

. Після відриву першого вихора від першого елементу і за час його руху до другого елементу, на першому, з протилежного боку, утворюється другий вихор, якому для повного завершення формування і відриву необхідний час (T/2)-. При цьому за цей же проміжок часу, на другому тілі з протилежного боку від міста придушення вихору, утворюється третій, який може відірватися тільки через час , тобто у момент підходу другого вихору від попередньої пластини. Внаслідок співпадання обох моментів у подальшому вимушеного відриву не відбувається. Із цього витікає, що час і є час запізнення. Тепер розглянемо взаємодію вихорів між пластинами при (T/2)<. Із рис.1 б) видно, що вимушений зрив відбувається після того, як від попередньої пластини відірветься n+1 вихор (де n-ціле число T/2, які вміщуються у ). При своєму рухові перший вихор з попередньої пластини зірве n+3 вихор з наступної пластини, час накопичення якого до цього моменту складає -(T/2), і зсуне початок вихороутворення від другого елементу на той же проміжок часу. Отже, другий вихор із попередньої пластини підійде до n+4 вихора другого елементу у момент його відриву, і у подальшому вимушеного зриву не відбувається, тобто -(Т/2) є у цьому випадку часом запізнення. У періодному режимі, у випадку T>, до моменту підходу першого вихору із першої пластини, на другій пластині формується вже n+3 вихор, а при T< перший вихор

підійде до другої пластини у момент утворення n+4 вихору. Припустивши, що частота коливань пластини дорівнює частоті зриву вихорів , можна записати

(2)

Враховуючи, що величина часового зсуву змінюється від 0,5 до 1,0, і розглядаючи синфазний режим , а також приймаючи значення числа Струхаля Sl=0,136 , можна записати вираз вертикального кроку насадки для періодного режиму

tв’=4,41 b, (3)

для півперіодного режиму

tв»=2,2 b. (4)

Внаслідок дії вихорів на елементи насадки виникає коливальний рух пластин. Розглянемо вільне кріплення елементу насадки - квадратної пластини розмірами bxb і товщиною н (рис.2).

Рис.2 Схема коливального руху пластини і кріплення насадки.

При обтіканні такої насадки можливі три види коливального руху: зворотно-поступальний і обертовий відносно стержня і коливальний рух із кутовою швидкістю . Експериментально доведено, що можна обмежитись розглядом тільки коливального руху пластин. Розглянемо вимушені коливання системи із одним ступенем вільності із гальмуючим її рух опором під дією сил Р, що виникають при відриві вихорів з частотою . Диференціальне рівняння коливного руху пластини з масою m буде мати вигляд

(5)

Загальний інтеграл рівняння (5) має вигляд

(6)

Розглядаючи вираз величини амплітуди вимушених коливань, одержуємо величину циклічної частоти коливань пластини

(7)

Виражаючи значення R через швидкість газу та параметри насадки, остаточно одержуємо для періодного режиму

(8)

для півперіодного

(9)

У третьому розділі розглядається математичне моделювання процесу масообміну у ПАРРПН. Розглянемо принцип роботи контактної зони прямоточного абсорбера, яка складається із гірлянд вільно закріплених пластин, які поділяють всю зону на комірки розмірами

tг х tв х tг (рис.3). Газовий потік підхоплює рідину і транспортує її у вигляді крапель до першої пластини, на якій рідина затримується і утворює шар у вигляді плівки. У подальшому плівка під дією сили тертя між рідиною і газом перетікає до периферії пластини,

завихрюється і подрібнюється на краплі, утворюючи розвинену, високотурбулізовану поверхню контакту фаз, чому сприяє високочастотне коливання пластин, яке активно змінює у часі об’єм комірки. Краплі попадають на поверхню наступної по шляху пластини і процес повторюється знову. Виходячи із вищенаведеного, бу-

демо вважати, що за рахунок інтенсивного перемішування рідини пластинами, які коливаються, у кожній зоні і ряду пластин структура потоків наближається до ідеального змішування рідкої фази, а у крапельній зоні-до ідеального витискування. Крім того, припустимо, що частина рідини проскакує між пластинами і попадає у крапельну зону без зміни початкової концентрації (байпас, Со). Визначимо кількість речовини, яка виходить на наступну «тарілку» у вигляді байпасу

Рис.3 Схема коміркової моделі контактної зони апарату.

(10)

Частина рідини, яка залишається на «тарілці», визначається із рівняння

. (11)

Загальна кількість рідини визначається із рівняння матеріального балансу

(12)

Будемо рахувати, що після «гіпотетичної тарілки» краплі мають концентрацію Сср і на них відбувається масообмін до зустрічі їх із слідуючою «гіпотетичною тарілкою». У нашому випадку зміна концентрацій у крапельній зоні у загальному вигляді визначається слідуючим чином

(13)

. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . .

де

Для розв’язку одержаної моделі необхідно визначити час перебування рідини на кожній «тарілці» та визначити її «статичну» висоту. Час перебування рідкої фази на кожній «тарілці» будемо вважати однаковим: Статична висота рідини на «тарілці» визначається її кількістю, що знаходиться у шарі, а остання, у свою чергу, визначається сумою об’ємів рідини, яка знаходиться на пластинах, та у вигляді крапель у міжпластинчатій зоні шару. Відповідні розрахунки приводять до слідуючого виразу статичної висоти шару рідини на і-тому ряді пластин

(14)

У цьому ж розділі приведено результати розрахунків коефіцієнтів масовіддачі. Одержано слідуючі результати.

Коефіцієнт масовіддачі у плівці на елементі насадки при фізичній абсорбції ( з врахуванням коливальної складової)

(16)

Коефіцієнт масовіддачі у краплях

(17)

Коефіцієнт масовіддачі у газовій фазі при обтіканні елементу насадки з плівкою рідини

або у критеріальному вигляді де

модифіковане число Рейнольдса, яке дорівнює (18)

Рівняння, яке дає можливість визначити коефіцієнт масовіддачі у газовому середовищі при обтіканні краплі

(19)

У четвертому розділі дається опис експериментальної установки

та методів визначення коефіцієнтів масовіддачі у рідкій та газовій фазах, а також розподілу рідини по перерізу апарату і гідродина -

мічного опору абсорбера. Встановлено, що відхилення експеримен-

тально визначених величин від теоретично розрахованих не перевищує

4,8.

У п’ятому розділі розглядаються гідродинамічні закономірності роботи абсорбера з однонаправленим висхідним рухом взаємодіючих фаз. Приведено результати дослідження залежності різних гідродинамічних параметрів контактної зони від швидкості газу, густини зрошування та взаємного розташування насадочних елементів. На рис.4 зображена за-

лежність Р від швидкості газу, аналізуючи яку можна зробити слі-

дуючі висновки. При швидкостях (58) м/с має місце режим часткового провалу, підвисання і уносу рідини. У діапазоні швидкостей газу (811)м/с має місце перехідний режим, якому відповідає рівновага сил опору середовища і сили ваги рідини, що утримується у шарі насадки. Подальше збільшення швидкості газу вище 12 м/с приводить до утворен-

ня стійкого висхідного руху рідини у вигляді струменів і крапель,

які, ударяючись о пластини, утворюють на них плівку. Над

кромкою пластини відбувається утворення вихору, що зриває плівку рідини, яка перетікає до кромки по лобовій поверхні пластини, подрібнює її на струмені і краплі і переміщує до наступного ряду пластин. Гідравлічний опір у цьому випадку зростає за приблизно

квадратичним законом. Енергія газового потоку витрачається в основному на транспорт рідини, оскільки опір зростає практично лінійно зі збільшенням густини зрошування ( рис.6).

Швидкість газу, яка відповідає початку стійкого висхідного руху фаз,

залежить, в основному, від густини зрошування, оскільки зі

Рис.4 Залежність гідравлічного опору Рис.5 Залежність кількості контактної зони від швидкості газу утримуваної рідини від швид-

при різних густинах зрошування. L, кості газу. L=25 м3/м2год;

м3/м2год; 1-0, 2-10,3-25, 4-50 So=1 м2/м2

Рис.6 Залежність гідравлічного Рис.7 Залежність кількості утри-

опору контактної зони від густи- муваної рідини від густини

ни зрошування при різних швидкос- зрошування.Wг=13 м/с, tв=1,6b,

ях газу. Wг,м/c; 1-11,2-13,3-15, tг=2b, b=0,1 м

4-20.tв=1,6b,tг=2b, b=0,1 м

збільшенням маси рідини зростає величина енергії, необхідної на її транспортування.

Кількість утримуваної рідини (КУР) ho досягає максимального значення при швидкості газу (911)м/с (рис.5), тобто на верхній межі перехідного режиму. При повній перевазі сил газового потоку над силами тяжіння рідини КУР досягає мінімуму і далі практично не змінюється. Із рис.7 видно, що збільшення питомої витрати рідини приводить до практично прямолінійного зростання КУР. Порівнявши цю залежність із графіками залежності Р від L на рис.6, ми прийдемо до висновку, що швидкість збільшення КУР значно перевищує швидкість збільшення Р, що свідчить про високий гідродинамічний к.к.д. пластинчатої регулярної рухомої насадки. Експериментальні дослідження поперечної нерівномірності розподілу рідини по перерізу контактної зони показують покращання однорідності зі збільшенням швидкості газу. Збільшення густини зрошування приводить до деякого погіршення розподілу рідкої фази, але це має місце у перехідному режимі. Режим розвиненого прямотоку приводить до спрямлення профілю ho і до покращання однорідності розподілу рідини. Звідси випливає, що процеси абсорбції у шарі РРН найбільш вигідно вести у режимі розвиненого висхідного прямотоку.

У шостому розділі розглядаються закономірності масообміну при висхідному русі двофазного потоку у шарі РРПН. Виявлено експериментальні залежності Р від густини зрошування, швидкості газового потоку, розподілу насадочних елементів по об’єму апарату.

Рис.8 Залежність коефіцієнту Рис.9 Залежність коефіцієнту масо-

масовіддачі у рідкій фазі від віддачі у рідкій фазі від вертика-

горизонтального кроку при tв=5b льного кроку при tг=2b

1-Wг=11м/с;2-Wг=15м/с;3-Wг=20м/с 1-Wг=11м/с;2-Wг=15м/с;3-Wг=20м/с

На рис.8 і рис.9 приведено одержані залежності коефіцієнту масовід-

дачі від горизонтального та вертикального кроків елементів насадки. Це дозволило визначити оптимальні співвідношення конструкції еле-

ментів насадки.

У сьомому розділі приведено результати дослідно-промислових випробувань прямоточного абсорбера з РРПН. У процесі очищення відходячих газів від сірководню поглиначем взято содовий розчин хінону. Конструкція абсорбера нескладна у виготовленні, а малі габарити забезпечують зниження металоемності у 5 - 6 разів порівняльно з механічними абсорберами. Апарат являє собою циліндричну колону, встановлену вертикально, секціоновану перфорованими тарілками із діаметрами отворів 20 мм і вільним перерізом 0,56 м2/м2. У середині колони по усій довжині робочих секцій поставлені стержні з встановленими на них квадратними пластинами розмірами 40х40х4 мм, tг=80 мм, tв=200 мм. У верхній частині колони встановлено краплеуловлювач відцентрового типу із конічним завихрювачем з низьким гідравлічним опором.

У процесі випробувань вимірювались: гідравлічний опір апарату, витрата і температура зрошувальної рідини і газу, який поступає на очищення, вміст сірководню на вході і виході абсорбера. Досліди проводились при таких умовах: густина зрошування (725)м3/м2год, швидкість газу (1020) м/с, вміст сірководню в адсорбованому газі (936)мг/м3, температура газу на вході в апарат 20оС-70оС, а на виході 15оС-30о. Опір апарату складав (13002000)Па. Результати випробувань: вміст сірководню на виході (1,45,58)мг/м3 . Ступінь очищення 82-87. При проведенні випробувань були узагальнені залежності впливу швидкості газу і густини зрошування на процес абсорбції, який відбувається у апараті. Одержані результати показані на рис.10 і рис.11. Порівняння цих закономірностей показало повну ідентичність з результатами, одержаними в лабораторній установці. Проведені дослідно-промислові випробування показали, що на протязі тривалого часу роботи у робочій зоні апарату не відбувається відкладання і накопичення твердих домішок. Не виявлено забивання газорозподільчої решітки і відкладень на елементах насадки і стінках апарату. Встановлено, що ПАРРПН забезпечує високу ефективність очи-

щення газів у сірчаному виробництві при значно менших порівняно з

Рис.10 Залежність ступеня абсорбції Рис.11 Залежність ступеня аб-

від швидкості газу при L=50 м3/м2год сорбції від густини зрошуван-

1-рН=9,6; 2-рН=9,8 ня 1-Wг=17 м/с; 2-Wг=14 м/с

іншими апаратами габаритах і енергетичних витратах. Наведена техніко-економічна оцінка ПАРРПН і рекомендації до його розрахунку і проектування.

ВИСНОВКИ

1.Аналіз роботи і характеристик масообмінних апаратів прямоточного типу показав, що стосовно до процесів очищення газів і хемосорбції найбільш придатними є апарати ПАРРПН, які мають високу перепускну здатність та ефективність, при низькому гідравлічному опорові.

2.Вивчення гідродинаміки роботи апарату показало, що у ПАРРН реалізується повздовжньо-поперечне секціювання, яке забезпечує рівномірний розподіл фаз по перерізу апарату і можливість використання кінетичних характеристик, одержаних у лабораторних умовах, у апаратах промислових розмірів.

3.Виявлено режими роботи апарату, серед яких найбільш ефективним є крапельно-струменевий режим, який супроводжується інтенсивним подрібненням рідини та оновленням міжфазної поверхні.

4.Досліджено кінетику масопереносу та одержано значення коефіцієн- тів масовіддачі у плівці, у краплях, у газовій фазі при обтіканні елементу насадки та краплі. Встановлено залежність коефіцієнтів масовіддачі від режимних та геометричних параметрів насадки, вияв- лено оптимальні геометричні параметри насадки.

5.Встановлено, шо процеси абсорбції у шарі РРПН найбільш вигідно ве-

сти у режимі розвиненого висхідного прямотоку. Встановлено оптималь- ні значення густини зрошування, швидкості газового потоку.

6.На основі виявленої гідродинамічної структури потоків у апараті з РРН запропоновано математичну модель для розрахунку профіля концент- рації по висоті апарату. Проведено перевірку адекватності моделі.

7.Результати проведених досліджень були використані при проектуванні дослідно-промислової установки, яка була встановлена у цеху № 3 (реактор № 1) дослідного заводу ВАТ «ГІРХІМПРОМ» у м. Новий Роздол для очищення відходячих газів при виробництві сірки автоклавним методом від сірчановміщуючих компонентів. Випробування дослідно-промислового зразка ПАРРПН показали високу ефективність і стійку роботу при тривалій експлуатації.

ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ

W-швидкість; Sl-число Струхаля; -часовий зсув; -порозність насадки; t-вертикальний та горизонтальний кроки насадки; -коефіцієнти масовіддачі; -густина матеріалу; L-густина зрошування; G-масова витрата газу; y-концентрація газових компонентів; uс-середня швидкість; Q-об’ємна витрата рідини; С-концентрація рідини; -кут відхилення пластини; P-гідравлічний опір, f-частота коливання; Т-період коливання; b-розмір пластини; -циклічна частота; h-статична висота шару рідини; D-коефіцієнт дифузії; -га-

зовміст; Sh- критерій Шервуда (критерій Нуссельта); Sc-критерій Шмідта (критерій Прандтля).

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗДОБУВАЧА

1.Геліх О.О.Закономірності обтікання пластинчатих елементів насадки та опис взаємодії фаз у прямоточних апаратах з регулярною рухомою насадкою (ПАРРН)// Наукові праці Одеської державної академії харчових технологій.- Одеса:ОДАХТ, 1997.С.222 -225.

2.Пляцук Л.Д., Геліх О.О. Математичне моделювання процесу масообміну у прямоточних апаратах з регулярною рухомою насадкою (ПАРРН)// Хімічна промисловість України.-1997.-№ 6.- С. 23-27.

3.Пляцук Л.Д., Геліх О.О. Гідродинаміка прямоточних апаратів з регулярною рухомою насадкою (ПАРРН)// Хімічна промисловість України.- 1997.-№ 6.- С. 31-34.

4.Пляцук Л.Д., Гелих О.А. Закономерности движения пластинчатой на-

садки в ПАРППН // Наукові праці Сумського державного університету.-

Суми, 1998.-№ 1(9).- С.79 -83.

5.Пляцук Л.Д., Геліх О.О. Математическое моделирование процесса массообмена в прямоточных аппаратах с пластинчатой насадкой// Тези доповідей ІХ Міжнародної конференції «Удосконалення процесів та апаратів хімічних, харчових та нафтохімічних виробництв»/10-13 вересня 1996 р./ Одеса.:ОДАХТ,1996.-С.46.

6.Пляцук Л.Д.,Геліх О.О.Расчет массоотдачи в газовой фазе при обтекании элемента насадки с пленкой жидкости // Тези доповідей ІХ

Міжнародної конференції «Удосконалення процесів та апаратів хіміч-

них, харчових та нафтохімічних виробництв»/ 10-13 вересня 1996 р./ Одеса.: ОДАХТ, 1996.- С.47.

7.Пляцук Л.Д., Гелих О.А., Закономерности обтекания пластинчатых элементов насадки в газо,-и пылеочистных аппаратах // Тезисы докладов Международного симпозиума «Техника и технология экологи-чески чистых химических производств»/М.: МГАХМ, 1996.- С.44-45.

8.Пляцук Л.Д., Гелих О.А., Лилак Р.Н. Математическое моделирование процесса массообмена прямоточных аппаратов // Тезисы докладов научно-технической конференции преподавателей, сотрудников, аспирантов и студентов/ Сумы.:Ризоцентр СумГУ, 1997.-С.141.

АНОТАЦІЯ

Геліх О.О. Інтенсифікація процесів масообміну в абсорберах аз

пульсаційною насадкою.- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.13 - машини та апарати хімічних виробництв.- Сумський державний університет, Суми, 1998.

Дисертацію присвячено питанням розробки високоефективного прямоточного газо-пилоочисного апарату з регулярною рухомою пластинчатою насадкою (ПАРРПН) для очищення відходячих газів хімічних виробництв. На основі досліджень гідродинамічних закономірностей роботи апарату визначені оптимальні режими роботи , встановлена залежність частоти і амплітуди коливань пластинчатої насадки від режимних параметрів і геометрії елементів насадки та їх розташування. Розроблена математична модель процесу масообміну у ПАРРПН, проведено математичний опис розподілу концентрації по висоті робочої зони апарату. Результати роботи знайшли промислове впровадження при проектуванні дослідно-промислової установки, а

потім промислового зразка ПАРРПН для очищення відходячих газів

фосфорного і сірчаного виробництва.

Ключові слова: гідродинамічні закономірності, коефіцієнти масообміну, розподіл концентрації, пульсаційний ефект, математичне моделювання.

АННОТАЦИЯ

Гелих О.А. Интенсификация процессов массообмена в абсорберах с

пульсационной насадкой.- Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.05.13 - машины и аппараты химических производств.- Сумский государственный университет, Сумы, 1998.

Диссертация посвящена вопросам разработки высокоэффективного прямоточного газо-пылеочистного аппарата с регулярной подвижной пластинчатой насадкой (ПАРППН) для очистки отходящих газов химических производств. Детальные исследования процессов массообмена и гидродинамики двухфазных потоков в абсорберах с регулярной подвижной пластинчатой насадкой, проведенные соискателем, позволили выполнить инженерные расчеты конструкции ПАРППН, испытать его работу в производственных условиях и сделать выводы о целесообразности внедрения разработанной конструкции в производство для очистки газов от вредных примесей. Анализ работы и основных характеристик массообменных аппаратов прямоточного типа показал, что применительно к процессам очистки газов и хемосорбции наиболее пригодными являются аппараты с регулярной подвижной насадкой, имеющие высокие пропускную способность и эффективность, а также низкое гидравлическое сопротивление. Изучение гидродинамической обстановки показало, что в прямоточных аппаратах с РПН реализуется продольно-поперечное секционирование, обеспечивающее равномерное распределение фаз по сечению аппарата и возможность использования кинетических характеристик, полученных в лабораторных условиях, в аппаратах промышленных размеров. Определены режимы работы аппарата, среди которых наиболее эффективным является капельно-струйный режим, сопровождающийся интенсивным дроблением жидкости и обновлением междуфазной поверхности. Предложен инженерный метод расчета гидравлического сопротивления аппарата с регулярной подвижной пластинчатой насадкой, целесообразность которого подтверждена экспериментально. Получено соотношение для расчета удерживающей способности насадки и расчета размеров капель, образующихся в

аппарате. Соискателем детально исследована кинетика массопереноса и получены значения коэффициентов массоотдачи в пленке, в каплях, в газовой фазе при обтекании элемента насадки и капли. Выявлена зависимость коэффициентов массоотдачи от режимных и геометрических параметров насадки. Предложено соотношение для их расчета. Определена скорость полета капель. Выявлены оптимальные геометрические параметры насадки и показано, что максимальная эффективность массопереноса достигается при горизонтальном шаге насадки, равном 2b и вертикальном шаге, равном 5b, где b - размер пластинчатой квадратной насадки. Установлено, что процессы абсорбции в слое регулярной пластинчатой подвижной насадки наиболее выгодно вести в режиме развитого восходящего прямотока. Это способствует улучшению однородности распределения жидкости по площади поперечного сечения ПАРППН. Установлены оптимальные значения величин плотности орошения, скорости газового потока, которые соответствуют максимальной интенсивности процесса массообмена. Экспериментальные исследования зависимости гидродинамических параметров ПАРППН от геометрии расположения насадочных тел по объему рабочей зоны аппарата показали, что при коридорном расположении насадочных тел гидравлическое сопротивление является более высоким, чем при шахматном расположении, причем первый вариант расположения способствует более полному перемешиванию жидкости и ее интенсивному накоплению. Разработана методика и произведен расчет основных характеристик колебательного движения подвижной пластинчатой насадки, получены значения диапазона частот колебаний пластин и установлены величины, влияющие на частоту их колебаний. Экспериментальная проверка подтвердила правильность предложенной методики расчета. На основе выявленной гидродинамической структуры потоков в аппарате с РППН предложена математическая модель для расчета профиля концентрации по высоте аппарата. Выполнена проверка адекватности предложенной модели. Результаты проведенных исследований были использованы при проектировании опытно-промышленной установки, которая была смонтирована в цехе № 3 опытного завода ОАО «ГОРХИМПРОМ» в гор. Новый Роздол для очистки отходящих газов при производстве серы автоклавным методом от серосодержащих компонентов. Испытания опытно-промышленного аппарата показали высокую эффективность и устойчивую работу при длительной

эксплуатации, на основе чего были получены исходные данные для проектирования типового цеха очистки на химических комбинатах с использованием аппаратов с регулярной подвижной пластинчатой насадкой. Ожидаемый экономический эффект при внедрении такого цеха составляет около 200 тыс. гривен.

Ключевые слова: гидродинамические закономерности, коэффициенты массообмена, распределение концентрации, пульсационный эффект, математическое моделирование.

Summary

Gelich O.A. Intensify of mass-exchanging processes in obsorber of puls noззle.- Manuscript.

Thesis for submitting for the scientific degree of the Master of technikal sciences on speciality 05.05.13 - mashines and apparatuses of chemical productions.- SumyState University, Sumy,

1998.

Thesis is dedicated tu the problems of elaboration of high effektive direct current gas-and-dust cleaning apparatus with the regular moving plate tip for cleaning of moving away gases of chemical industries. On the basis of researches of hydrodynemic objective laws of the apparatus operation the optimum conditions of the work is determined, dependence of frequency and amplitude of oscillations of the tip from conditional parameters and geometry of elements of the tip and their distribution is established. The mathematical model of the process of mass-exchanging in the direct-current gas-and-dust cleaning apparatus, the mathematical discription of distribution of concentration accordanly to the height of the operating zone of the apparatus is conducted. The results of the work found their industrial inculcation at the projecting of the experimental industrial installation and then industrial example of the direct current gas-and-dust cleaning apparatus for cleaning moving away gases of phosphoric and sulphur industry.

Key words: hydrodynemic objective laws, coefficients of massexchange, distribution of concentration, puls effect, mathematical desigh.