Введение к работе
Актуальность проблемы. Приоритетной задачей химической и смежных отраслей промышленности в современных условиях является интенсификация процессов разделения, в том числе таких широко распространенных как абсорбция, десорбция, ректификация и др., осуществляемых преимущественно в нэсадочных и тарельчатых аппаратах. Компактность, высокая производительность и эффективность работы таких аппаратов «огут быть обеспечены в результате проведения процессов при максимально возможных скоростях потоков в критических гидродинамических условиях, для которых характерно резкое ускорение тепло- и массопереноса.
Однако, распространение в промышленности-методов интенсификации на основе критических гидродинамических режимов в значительной мере сдерживается из-за недостатка простых и надежных способов и устройств, обеспечивающих устойчивую работу аппаратов и практического отсутствия экспериментальных данных фундаментального характера и адекватных методов расчета мзссооСменного оборудования.
Поэтому создание ноеых методов стабилизации и управления экстремальными гидродинамическими режимами и исследование гидродинамики и массообменй в этих условиях с целью разработки высокоэффективных аппаратов и методов их расчета является актуальной научно-технической проблемой, имеющей важное практическое значение.
Работа выполнялась в соответствии с: - координационными планами АН СССР по направлению "Теоретические основы химической технологии" на 1976-80 гг., 1981-85 гг., 1986-90 ГГ.;
постановлением ГКШ1'* 935 от 19.06.91 г., задание 9 "Проведение исследований некоторых высокоэффективных тепломассообменных аппаратов и выдача данных по их использованию при промышлбяйои реализации открытия СССР Л 141 "Явление скачкообразного увеличения тепло- и массообмена мевду газовой и жидкой фазами в режиме инверсии фаз"";
целевой комплексной научно-технической программой ОЦ. 045, задание 04.01.01.01 "Разработать оборудование для производства метанола мощностью 2500 тонн в сутки".
Целью работы было исследование основных закономерностей гидродинамики и массообмена в новых аппаратах, устойчиво работающих 'в критических гидродинамических режимах за счет организации/самоорганизации потоков и,создание на этой основе научно обоснованных методов расчета высокоинтвнсйвного массообменного оборудования и его внедрение в промышленность.
Научная новизна. В результате теоретических и экспериментальных исследований процессов переноса в двухфазных газожидкостных системах обнаружены явление самоорганизации режима инверсии фаз в орошаемой насадке и возможность осуществления этого режимэ при докритических скоростях при организации соответственно конкурирующих или пульсирующих потоков газа или жидкости. Разработаны методы определения газосодержания (авт. "свид. * І2Є5542) и мек-фазного касательного напряжения (авт. свид. » I34I545), в результате измерения которых установлено существование режимов инверсии фаз различной интенсивности и впервые получены значения коэффициентов трения, характеризующие критические явления подписания и инверсии фаз. Показана возможность создания и поддержания в орошаемой насадке различных высот слоя газожидкостной эмульсии и предложена методика расчета перепада давленая при одновременном
существовании зоны с газогидкостной эмульсией и зоны с раздельным течением фаз. Установлен различный характер влияния смены гидродинамических режимов на кинетику массоотдачи в кадкой и газовой фазах и показано, что фазовые высоты единиц переноса h^ и Ьдинв не зависят от способа организации режима и являются предельными. Разработаны метода количественного описания кинетики массоотдачи в жидкой и газовой фазах в регимах с раздельным течением фаз й их инверсией. Разработаны ряд методов органазации/са-моорганизации потоков и серия реализующих их насадочных, тарельчатых и других типов аппаратов.
Практическая реализация работы. Результаты диссертационной работы внедрены в производство стеклопластиков на стадии очистки, отходящих.тазов методом озонирования на Северодонецком ПО "Стеклопластик" (авт. свид. A IG959I7); в производство азотной кислоты на стадии каталитической очистки отходящих газов на Северодонец-ком ПО "Азот", реконструировано 9 агрегатов (авт. свид. & 1042792, Я І337І32, & І590ІІ8,.'* І659087); в производство аммиака на.стадии его рекуперации из продувочных я танковых газов на Туркменском ЗАУ, г.Мары (авт. свид. А 745048); в цехе биохимической очистки сточных вод на стадии их обработки в аэротенках на Северодонецком ПО "Азот" (авт. свид. & 1778087) и использованы при промышленном проектировании производств йода и йодистого калия, стадия десорбции (авт. свид. А І0959І7, А ІІ97683); крупнотоннажных агрегатов метанола мощностью 350 тыс. тонн/год а 750 тыс. тон/год, стадия ректификации (авт. свид. А 745048).
Апробация работы. Результаты работы докладывались на v (Днепропетровск, 1980), VII (Львов, 1988) я Till (Днепропетровск, 1991) Республиканских конференциях "Повышение эффективности, совершенствование процессов и аппаратов химических производств"; на
. 6
научно-технической конференции по аппаратурному оформлению процессов каталитической очистки отходящих газов (Дзераинск, 1983); на отраслевом совещании "Рассмотрение хода выполнения координационных планов НИР Союзйодоброма с Академией Наук СССР, Минвузом СССР в одиннадцатой пятилетке и согласование проекта плана на двенадцатую пятилетку" (Саки, 1984); на семинаре "Теоретические основи химической технологии" (Москва, 1984); на Всесоюзной научной конференции "Повышение эффективности, совершенствование процессов и аппаратов химических производств" (Харьков, 1985); на ill Всесоюзном совещании по проблема "Абсорбция газов" (Таллинн, IS87); на Всесоххзной научно-технической конференции "Техника псевдооЕккания (кипящего слоя) и перспективы ее, развития" (Ленинград-Поддубская, 1988); на Всесоюзном совещании "Повышение эффективности и надежности машин и аппаратоз в основной химии" (Суш, 1989); на научно-практической конференции "Очистка газовых внбросов промышленных предприятий" (Тольятти, 1990); на х (Прага, 1990) и XI (Прага, 1993) Ыевдународных конгрессах по инЕэнерной ;щмли, химическому оборудованию и автоматизации химико-техкологичесгах процессов (ХИСА); не Всесоюзной научно-технической конференции "Экология химических производств" (Сева-родонецк, I9S0); на IV Всемирном конгрессе по инженерной химии (Карлсруэ, 1991); на VI Всесоюзной конференции по ректификзции (СеверодоЕвцк, 1991); на VII Мездународном симпозиуме по ресурсо-cOepeseHEa и повышению безопасности технологических процессов (Таомина, 1992); на- Всесоюзной конференции "Химреактор-Н" (Алушта, 1992); на Международной конференции по дистилляции и абсорбции (Бирмпнгам, 1992); на семинаре "Экологические проблемы и пути их решения в медицинской и микробиологической отрасли"
(Свверодонецк, 1993); на Международной научно-технической конференции "Экология промышленного региона" (Донецк,- 1993); на XV Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Минск, 1993).
Публикации. По"материалам диссертации опубликовало 25 статей, получено 13 авторских свидетельств и I полозательноэ решение о выдаче патента РО,.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав, выводов, списка литературы из 341 наименования, прилозэ-Еий и излонена на 363 страницах машинописного текста, включая 91 рисунок и 28 таблиц.