Содержание к диссертации
Основные обозначения 5
Введение 8
1 Анализ современных конструкций массообменных аппаратов и контактных устройств (литературный обзор) 11
1.1 Характеристика процессов получения хлорорганических продуктов 11
1.2 Теоретические основы процессов гидродинамики и массообмена в слоях насадки 14
1.3 Массопередача в насадочных колонных аппаратах 19
1.4 Поверхность контакта фаз 22
1.5 Гидродинамика насадочных колонных аппаратов 24
1.6 Гидравлическое сопротивление нарадочных колонных аппаратов 28
1.7 Производительность насадочных колонных аппаратов 30
1.8 Экспериментальное исследование кинетики массопередачи 33
1.9 Обобщение опытных данных по кинетике массопередачи методами теории подобия 34
1.9.1 Пленочные колонные аппараты 36
1.9.2 Насадочные колонные аппараты
1.10 Удерживающая способность насадок для колонных аппаратов 40
1.11 Анализ конструкций насадочных массообменных устройств для систем газ-жидкость 42
1.11.1 Плоскопараллельные насадки 42
1.11.2 Сетчатые рулонные насадки 44
1.11.3 Регулярная насадка "Меллапак" 46
1.11.4 Просечно-вытяжная регулярная насадка "Спрейпак"
1.11.5 Заключение по сравнительному анализу конструкций насадочных массообменных устройств 48
2 Разработка конструкции регулярной уголковой насадки, исследование основных гидродинамических и массообменных характеристик 52
2.1 Описание конструкции и принципов работы уголковой насадки в массообменных процессах газ-жидкость 53
2.2 Исследование гидродинамических характеристик уголковой насадки 60
2.2.1 Исследование режима течения газовой и жидкой фаз слое уголковой насадки 62
2.2.2 Определение пропускной способности уголковой насадки 68
2.2.3 Гидравлическое сопротивление уголковой насадки 73
2.2.4 Удерживающая способность уголковой насадки 84
2.3 Исследование массообменных характеристик уголковых насадок 92
2.4 Разработка методики расчета массообменных аппаратов с уголковой насадкой 105
2.4.1 Расчет диаметра колонного аппарата с уголковой насадкой 106
2.4.2 Расчет гидравлического сопротивления колонного аппарата с уголковой насадкой 108
2.4.3 Расчет удерживающей способности колонного аппарата с уголковой насадкой 109
2.4.4 Расчет высоты колонного аппарата с уголковой насадкой 109
3 Разработка промышленных конструкций аппаратов с уголковыми насадками и результаты производственных испытаний 112
3.1 Моделирование промышленного колонного аппарата с уголковой насадкой 112
3.2 Практическая реализация и результаты промышленных испытаний 120
Основные результаты и выводы 134
Список использованных источников 135
Приложение А 146
Патенты разработанных конструкций контактных массообменных устройств производства хлорорганических продуктов, способы их производства и результаты исследований
Приложение Б 160
Документы по практическому использованию и промышленному внедрению результатов исследований и разработок
Введение к работе
Основным видом технологического оборудования, используемого на предприятиях отраслей химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности являются колонные аппараты, оборудованные контактными массообменными устройствами различных типов и конструкций и предназначенные для осуществления конкретных технологических процессов, связанных с переносом компонентов перерабатываемых потоков между фазами, контактирующими в ходе реализуемого массообменного процесса.
Одной из важных задач, решаемых при разработке технологического процесса, является выбор оптимальных размеров и конструкции массообменного аппарата, что определяет экономичность процесса, снижая как капитальные затраты на изготовление оборудования (экономия конструкционных материалов, включая дорогостоящие легированные стали), так и эксплуатационные затраты (снижение энергоемкости процесса, расхода вспомогательных материалов). Решение этой задачи напрямую связано с разработкой и использованием надежных расчетных методов оптимального проектирования массообменного оборудования, использование которых обеспечивает:
- реализацию условий высокоинтенсивного гидродинамического взаимодействия между контактирующими фазами;
- возможность увеличения нагрузок на поперечное сечение аппарата;
- устранение факторов, снижающих производительность и приводящих, к неполной реализации функциональных возможностей аппарата.
Основными функциональными элементами колонного аппарата являются контактные устройства, правильный выбор числа и конструкции которых при проектировании массообменного аппарата гарантирует эффективность и надежность его эксплуатации в реальных промышленных условиях.
Ежегодно патентуется большое число новых конструкций контактных устройств, и публикуются результаты исследования их гидравлических и массообменных характеристик, поскольку невозможно сконструировать универсальное устройство, удовлетворяющее всем требованиям практического использования колонных аппаратов в широком спектре технологических процессов химической, нефтехимической и нефтегазоперерабатывающей отраслей промышленности.
Применительно к производствам хлорорганической отрасли, при выборе конструкции контактных устройств следует учитывать кроме требований к высокой пропускной способности (для снижения объема и металлоемкости массообменного аппарата - капитальных затрат) и низкому гидравлическому сопротивлению (для снижения энергетических эксплуатационных затрат), также требование к надежности работы контактных устройств в термически нестабильных и загрязненных средах (для увеличения межремонтного пробега оборудования и снижения затрат на обслуживание).
Анализ имеющейся в справочной, научно-технической и патентной литературе, а также фирменных материалах, информации, касающейся особенностей конструкции, назначения, эксплуатационных характеристик различных типов контактных устройств показал, что наиболее перспективными для использования в условиях термической нестабильности и повышенного загрязнения технологических потоков являются регулярные насадки, конструкция которых может обеспечить как низкую склонность к забиваемости продуктами термического разложения и загрязнениями, так и способность к самоочищению в процессе эксплуатации.
Исследование гидравлических и массообменных характеристик регулярных насадок и разработка на этой основе методов расчета колонных аппаратов с перспективными типами контактных устройств позволяют решить задачу оптимального проектирования с обеспечением надежной эксплуатации наиболее сложных узлов химико-технологических схем, связанных с концентрированием и выводом высококипящих отходов, а также быстрым охлаждением (закалкой) реакционных газов перед выделением из реакционной массы целевых продуктов органического синтеза.
Учитывая потребность разработчиков технологичных производств и проектировщиков массообменной аппаратуры в колонных аппаратах с эффективными и надежными в работе контактными устройствами, в данной
Н диссертационной работе разработана регулярная насадка новой конструкции -насадка уголкового типа; проведены стендовые исследования ее гидравлических и массообменных характеристик; разработан метод расчета конструкции колонных аппаратов с уголковой насадкой. Проведенные производственные испытания полностью подтвердили работоспособность разработанной насадки и показали экономическую эффективность ее использования по сравнению с типовыми конструкциями массообменных контактных устройств.
