Математическое моделирование очистки сжиженного диоксида углерода от высококипящих примесей в фильтр-дросселе

• Автор: Горьковенко, Денис Алексеевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 164 с. : ил.

Введение
Глава 1. Анализ современного состояния проблемы получения сжиженных газов высокой чистоты

1.1. Классификация примесей в сжиженных газах и способы их очистки.

1.2. Балансовые и термодинамические модели прогнозирования содержания примесей в сжиженных газах и сопутствующих процессов.
1.3. Устройства и технологические схемы очистки СО2 от растворенных примесей и способы его ожижения

1.4. Применение углекислого газа в различных предметных областях

1.5. Теплофизические и физикохимические свойства диоксида углерода

1.6. Выводы

Глава 2. Математическое моделирование явлений переноса в зернистых

средах.

2.1. Моделирование структуры и гидродинамики зернистых систем

2.1.1. Структура неподвижного слоя одинаковых шаров
2.1.2. Фильтрация через упорядоченную структуру неподвижных шаров.
2.1.3. Фильтрация через изотропный слой неподвижных шаров
2.1.4. Седиментация и псевдоожижение.
2.1.5. Пульсационное движение и перемешивание в изогропных системах.
2.2. Моделирование процесса фильтрационного дросселирования сжиженного газа при парообразовании
2.2.1. Основные допущения и постановка задачи
2.2.2. Модель вязкости парожидкостной смеси.
2.2.3. Модель теплопроводности фильтра.
2.2.4. Модель фильтрации при линейном законе сопротивления.
2.2.5. Модель фильтрации при нелинейном законе сопротивления
2.3. Моделирование процесса кристаллизационной очистки сжиженного газа в фильтрдросселе.
2.3.1. Постановка задачи и допущения.
2.3.2. Синтез основных расчетных соотношений.
2.3.3. Алгоритм прогнозирования кинетики процесса
Глава 3. Тепломассообмен в процессе очистки диоксида углерода в пористых
3.1. Методика расчета рациональных режимов процесса фильтрационного дросселирования и выбор основных конструкционных характеристик
3.1.1. Аппроксимация основных теплофизических свойств диоксида углерода и выбор физикомеханических параметров пористого материала
3.1.2. Алгоритм расчета
3.1.3. Анализ результатов
3.2. Методика расчета процесса кристаллизационной очистки в фильтрдросселе.
3.2.1. Физикохимические характеристики системы диоксид углеродаво да.
3.2.2. Основные расчетные соотношения
3.2.3. Проверка адекватности.
3.3. Методика расчета фильтрадсорбционного процесса очистки с учетом растворения мелкодисперсной
примеси
3.3.1. Классификация режимов процесса
3.3.2. Вычислительный алгоритм.
3.3.3. Способы определения кинетического параметра по экспериментальным данным
Глава 4. Аппаратурное оформление процессов очистки диоксида углерода от примесей.
4.1. Способ получения жидкого низкотемпературного диоксида углерода.
4.2. Устройство для охлаждения сжиженного диоксида углерода
4.3. Термостатироваиие суспензии жидкий диоксид углерода кристаллическая вода.
Основные выводы и результаты работы
Библиографический список.
Приложение.
ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
О, с диметр фильтра и частиц, м
И сила сопротивления среды, Н
у плотность массового потока парожидкостной смеси в расчете на полное сечение фильтра, кгм2 с
Ик удельная энтальпия жидкости и пара в состоянии насыщения, Джкг к коэффициент проницаемости слоя, м
К безразмерный коэффициент постоянной Козени
Ь длина фильтра, м т массовая доля пара в смеси
число опытов р абсолютное давление, Па
р5Т давление насыщенного пара при данной температуре, Па
удельная теплота парообразования, Джкг г0 радиус частицы, м
Я радиальная координата, м
Т абсолютная температура, К и скорость движения среды, мс
V объм системы, м
м скорость движения жидкости и пара в каналах фильтра, мс
2 координационное число
1 продольная координата, м
объмная доля среды в ячейке средняя порозность системы
р объемная доля сферических частиц твердой фазы у объмная доля твердой фазы
Х0 ДД коэффициент теплопроводности частиц фильтра, жидкости и пара в состоянии насыщения, Втм К
у, у кинематическая вязкость жидкости и пара в состоянии насыщения,
П пористость фильтра
р,р плотность жидкости и пара в состоянии насыщения, кгм3 о, о удельный объем жидкости и пара в состоянии насыщения, м3кг. Индексы 1 и 2 относятся к входному и выходному сечениям фильтра, к и к критической и тройной точкам.
ВВЕДЕНИЕ


На этапе монтажа во внутренние полости дополнительно могут попадать пыль, песок, отходы рабочих материалов краска, резина и т. Некоторая часть технологических загрязнений поступает в сжиженные газы в течение длительного времени вследствие отторжения первоначально достаточно прочно удерживающихся частиц флюса, капель металла и попадания других отложений в результате термоциклирования оборудования в процессе эксплуатации. Более специфичен механизм загрязнения ожижснных газов сопутствующими примесями. Если для высокотемпературных жидкостей концентрация сопутствующих примесей определяется качеством очистки рабочих жидкостей при их производстве или перед заполнением систем и мало меняется в процессе эксплуатации, то в сжиженных газах относительное содержание сопутствующих примесей имеет динамичный характер. Вопервых, при выкипании ожиженных газов в процессе охлаждения конструкции и хранения продукта увеличивается концентрация твердых механических частиц и малолетучих примесей. Вовторых, при увеличении концентрации малолетучих примесей, растворимость которых сравнительно невелика, они частично кристаллизуются. Втретьих, при неизменном абсолютном содержании примесей может происходить увеличение концентрации твердых частиц вследствие уменьшения предела растворимости при понижении температуры жидкости. Ю6 объемных долей, что несколько ниже предела растворимости, который при температуре насыщения, соответствующей атмосферному давлению К, составляет примерно 4Ю6 объемной доли. Следовательно вся двуокись углерода в техническом жидком кислороде с температурой К и выше постепенно перейдет в растворенное состояние. При понижении температуры растворимость двуокиси углерода резко снижается рис. При температуре К более двуокиси углерода переходит в твердое состояние. С повышением температуры продукта углекислота вновь переходит в раствор. Концентрация двуокиси углерода может также превысить предел насыщения изза испарения жидкого кислорода в процессе эксплуатации систем. Аналогичным образом ведут себя примеси азота и кислорода в жидком водороде. Рис. Анализ опыта эксплуатации криогенных систем показывает, что частицы отвержденных газов являются главной составляющей твердых примесей, если продукт охлаждается в системе ниже температуры насыщения. Четвертая причина загрязнений, характерная для ожиженных газов, обусловлена конденсацией малолетучих компонентов воздуха и других технологических газов при их контакте со сжиженными газами. При попадании воздуха во внутренние полости оборудования кислородных систем происходит конденсация углекислого газа и паров воды в азотных системах кислорода, углекислого газа, паров воды в водородных всех основных компонентов воздуха и т. Загрязнение сжиженных газов посторонними газами вследствие их конденсации происходит при первоначальном заполнении резервуаров, последующем наддуве газами паровых полостей и в результате подсоса воздуха из окружающей среды. Загрязнение ожиженных газов посторонними газами и компонентами воздуха в значительной мере зависит от технологии эксплуатации систем, поддержания повышенного давления в системах, использования достаточно чистых газов для наддува резервуаров. Обеспечение требуемой чистоты продуктов на входе к потребителю достигается комплексом мероприятий в процессе изготовления деталей и узлов систем, их монтажа, подготовки к приему жидких продуктов и в процессе эксплуатации систем. Комплекс мероприятий по обеспечению требуемой чистоты продуктов включает подготовку рабочих поверхностей оборудования обеспечение герметичности оборудования подготовку внутренних объемов систем к приему продуктов технологические мероприятия эксплуатацию под избыточным давлением в системе, использование чистых газов для наддува фильтрационную и адсорбционную очистку сжиженных газов. Подготовка внутренних поверхностей оборудования, работающего с ожиженными газами, предусматривает их очистку после изготовления от остатков флюса, песка, металлических частиц, масла и т. В зависимости от размера и конфигурации полостей, назначения узлов и деталей выбирается наиболее приемлемый метод очистки.