Определение тепловых потерь и снижение энергозатрат газо(паро)жидкостных аппаратов на предприятиях топливно-энергетического комплекса

• Автор: Гаврилов, Артем Степанович
• Шифр специальности: 05.14.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 113 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ЗАДАЧИ МОДЕЛИРОВАНИЯ И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ ГАЗОЖИДКОСТНЫХ АППАРАТОВ

1.1 Методы энерго и ресурсосбережения

на предприятиях топливноэнергетического

комплекса и нефтехимии.

1.2 Классификация газожидкостных аппаратов

1.3 Структура газожидкостной смеси и

режимы течения двухфазного потока

1.4 Способы отвода тепла. Встроенные теплообменные устройства

1.5 Теплообмен в барботажном слое.

1.6 Основные характеристики газожидкостных смесей.

ГЛАВА И. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ И РАСЧЕТ КОЭФФИЦИЕНТОВ ТЕПЛООТДАЧИ ОТ ГАЗОЖИДКОСТНОГО СЛОЯ К СТЕНКЕ
2.1. Обобщение гидродинамической аналогии
ЧилтонаКольборна.
2.2. Модели пограничного слоя
2.3. Теплообмен при турбулентном течении восходящей пленки
2.4. Теплообмен в змеевиковых реакторах.
ГЛАВА III. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОВЫХ ПОТЕРЬ В ОКРУЖАЮЩУЮ
СРЕДУ РЕКТИФИКАЦИОННЫХ АППАРАТОВ
3.1. Метод расчта тепловых потерь ректификационного
аппарата в окружающую среду
ГЛАВА IV. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ ГАЗОЖИДКОСТНЫХ ПРОЦЕССОВ И РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ НА ПРИМЕРЕ ПОЛУЧЕИЯ ФЕНОЛА
4.1. Краткая характеристика газожидкостных реакторов.
4.2. Газожидкостные реакции и тепловые
процессы при получении фенола.
4.3. Расчет теплового эффекта реакции
окисления кумола по секциям колонны.
4.4 Расчет поверхности теплообмена
охлаждающих элементов колонны.
4.5. Расчт теплоотдачи в
кристаллизационных аппаратах
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
ср удельная теплоемкость, Джкг К ц плотность теплового потока, Джм2 с р плотность фазы, кгм
а коэффициент температуропроводности, м2с
ат коэффициент турбулентной температуропроводности, м2с
V, уткоэффициент молекулярной и турбулентной вязкости, м2с т касательное напряжение, Па и динамическая скорость, м. ут р, мс и, скорость потока, мс
коэффициент гидравлического сопротивления
X удельная теплопроводность, Втм К
6 толщина пограничного слоя, м
б толщина вязкого подслоя, м е диссипация энергии, Втм
уу иуV безразмерная координата в пограничном слое
6Э эффективная толщина пограничного слоя, м д динамическая вязкость, Пас.
Комплексы
С 2гри1 коэффициент трения
а1Л число Нуссельта
И.е иIу число Рейнольдса
число Стантона
Рг уа число Прандтля
Нижние индексы
ст значение параметров на стенке со значение параметров в ядре потока.
ВВЕДЕНИЕ


Однако сложность гидродинамического состояния газожидкостных систем не позволяет в настоящее время дать строгое математическое описание происходящих в них явлений переноса тепла . Поэтому, теоретическое и экспериментальное исследование гидродинамики и теилопереноса в газожидкостных реакторах, использующих барботажное взаимодействие фаз, представляется актуальным при создании новых теплообменных устройств и при модернизации существующего оборудования , а так же на этапах проектирования энергосберегающих установок, где контактирование газа с жидкостью сопровождается большим тепловым эффектом. Этим объясняется возрастание числа работ по изучению газожидкостных потоков. Объектами исследования диссертационной работы являются тепломассообменные аппараты с газопарожидкостными средами при больших тепловых нагрузках. Такими аппаратами на предприятиях топливноэнергетического комплекса ТЭК и нефтехимии являются термические барботажные деаэраторы и испарители, ректификационные установки, абсорберы, газлифтные аппараты реакторы с газожидкостными средами, выпарные аппараты и д. Разработать энергосберегающие научнотехнические решения для тепломассообменных аппаратов с газопарожидкостными средами с большими потреблениями и выделениями теплоты. Использовать математические модели пограничного слоя и обобщнную гидродинамическую аналогию, и получить уравнения для расчета коэффициентов теплоотдачи от газожидкостных потоков к стенкам аппаратов и элементам конструкций. Выполнить расчт тепловых потоков от барботажиого слоя к стенке колонн при ректификации смесей. Снизить тепловые потери в окружающую среду при работе колонн за счт выбора эффективных теплоизолирующих материалов. Разработать алгоритм и выполнить расчет теплоотдачи при работе газожидкостных реакторов. Снизить потери теплоты. На основе использования моделей пограничного слоя и гидродинамической аналогии переноса импульса и тепла получены уравнения для расчета коэффициентов теплоотдачи при различных режимах движения газопарожидкостных сред вдоль тврдых поверхностей стенок и элементов конструкций аппаратов. Установлена область применения гидродинамической аналогии ЧилтонаКольборна. В полученных уравнениях, для расчета коэффициентов теплоотдачи от газопарожидкостных сред, параметры находятся на основе средней диссипируемой энергии и консервативности законов трения к различным возмущениям подход Кутателадзс, Леонтьева, используя потоковое соотношения баланса импульса в пограничном слое. Разработана методика расчта тепловых потерь от ректификационных колонн, теплообменников и газожидкостных реакторов в окружающую среду с использованием полученных уравнений. Практическая значимость. Разработаны энергосберегающие научнотехнические решения при работе газопарожидкостных аппаратов с большим потреблением и выделением теплоты. Сделан обоснованный выбор тепловой изоляции для ректификационных колонн, теплообменных аппаратов и химических реакторов с газожидкостными средами. Выполнены расчты и определены режимные и конструктивные характеристики газожидкостного реактора с элементами охлаждения рабочей среды в производстве фенола. Разработанные алгоритмы используются для выполнения расчетов газожидкостных аппаратов в Сургутском заводе стабилизации конденсата ЗСК и ПИ Союзхимпромпроект. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на симпозиумах и конференциях республиканского, всероссийского и международного уровня. Математические методы в технике и технологиях ММТТ, Ярославль ЯГТУ, Международная научная конференция Математические методы в технике и технологиях ММТТ, Саратов СГТУ, Международная научнопрактическая конференция Энергетика инновации, решения, перспективы КГЭУ, г. Казань Международная юбилейная научнопрактическая конференция Передовые технологии и перспективы развития ОАО КАЗАНЬ ОРГСИНТЕЗ г. Казань, а так же на семинарах и конференциях КГЭУ г. Казань с г. По теме диссертационной работы опубликовано работ, в том числе 2 статьи в ведущих рецензируемых научных журналах из перечня ВАК.