Исследование, совершенствование и оптимизация на базе математического и натурного моделирования секционированных массообменных аппаратов для агрессивных газожидкостных сред

• Автор: Жуков, Юрий Николаевич
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Бийск
• Количество страниц: 141 с. : ил

ВВЕДЕНИЕ
1 Способы и массообменные аппараты для технологической обработки агрессивных газожидкостных сред

1.1 Способы концентрирования

1.2 Технологические схемы с внешним обогревом

1.2.1 Схема с колонной

1.2.2 Схема с омываемыми трубами

1.2.3 Схема с вакуумконцентратором

1.3 Технологические схемы с непосредственным нагревом

1.3.1 Схема с башенным концентратором

1.3.2 Схема с барабанным концентратором

1.3.3 Схема с барботажным концентратором

1.4 Предлагаемый аппарат
1.5 Цели и задачи исследования
2 Разработка компьютерной комплексной модели секционированных аппаратов
2.1 Математическое описание формирования параметров топочных газов
2.2 Математическое описание процессов тепломассопереноса в секционированных аппаратах
2.2.1 Расчет зоны I
2.2.2 Расчет зоны II
2.2.3 Расчет зоны III
2.2.4 Циркуляционная часть аппарата
2.2.5 Зона распыления кислоты на капли
2.2.6 Зона пленочного течения кислоты
3 Оптимизация конструкции и режимов работы секционированных аппаратов на базе компьютерного моделирования
3.1 Комплексная модель и оптимизация параметров.
3.2 Модель управления формированием качества продукта.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧИКОВ
Приложение 1. Листинг компьютерной модели комплекса топкаконцентратор.
Приложение 2. Акт об использовании аппарата разработанной конструкции.
ВВЕДЕНИЕ


Установки первого вида применяются для концентрирования относительно малых количеств серной кислоты и особенно кислот, загрязненных примесями. Установки второго вида для переработки значительного количества кислоты. Во время упаривания кислоты в ретортах 5 до концентрации 2 и выше установка сильно изнашивается изза высокой температуры процесса, соответствующей температуре кипения концентрированной кислоты выше ЗООС. Кроме того, при высокой температуре кипения увеличиваются потери серной кислоты от ее испарения и разложения. Эти недостатки устранены в установке Рис. Разбавленная серная кислота после денитрации или концентрирования разбавленной азотной кислоты через промежуточный барометрический сосуд 1 засасывается в колонну концентрирования серной кислоты 2, вверху которой имеется дефлегматор. В колонне создается разрежение порядка 0. Пары из колонны 2 поступают в конденсатор 3 и далее в нейтрализатор 4, в который подается щелочь из бака 5. Конденсат из конденсатора 3 после нагревания разбавленной серной кислоты в подогревателе 9 и жидкость из нейтрализатора 4 через гидрозатвор 8 вместе с водой из холодильника сбрасываются в канализацию. В колонне поддерживается температура 5. С. Серная кислота . II выходит из нижней части колонны и поступает в холодильник . Колонна 2 Рис. Каждая царга окружена металлической ванной, изготовленной из цинка и свинца по и нагреваемой змеевиками, через которые пропускается водяной пар давлением 0,. МПа и температурой 5. С. Установленный вверху колонны дефлегматор состоит из трех царг высотой 0 мм, каждая из которых имеет тарелку с колпаком и переливной патрубок. Производительность колонны тсутки Н при питании установки кислотой обычной температуры при подаче на концентрирование разбавленной серной кислоты, нагретой до 0. С, производительность колонны повышается до тсутки Н2 4. Рис. Способ концентрирования серной кислоты с применением колонн применялся за рубежом. Однако при эксплуатации таких установок выявились трудности, связанные с растрескиванием ферросилидовых царг колонны и нарушением уплотнений между царгами. К недостаткам установки следует отнести также применение водяного пара высокого давления, что вызывает необходимость строительства специальной котельной. Раздавленная серная кислота. Рис. I колпак 2 крышка 3 парта дефлег матора 4 царга колонны 5 нагревательные змеевики 6 поддон из свинц 7 алюминиевое кольцо 8 металлическая ванна. На рисунке 1. Аппарат содержит вертикальный корпус 1 с патрубками подачи газообразного теплоносителя 2 и его отвода 3, подачи слабой серной кислоты 4 и отвода концентрированной кислоты 5, установленные по высоте корпуса горизонтальные полки 6 с осевым отверстием 7, размещенные над полками отбойники 8 с отверстиями 9 для перетока жидкости. Аппарат работает следующим образом. Серная кислота, подаваемая на концентрирование, поступает в корпус аппарата 1 через патрубок 4. Газообразный теплоноситель подают снизу через патрубок 2. Газ, пройдя через осевое отверстие 7 полки 6, вступает в первичный контакт с серной кислотой и при этом захватывает часть кислоты. Далее газожидкостный поток, поднимаясь вверх, ударяется по инерции о поверхность отбойника 8, выполненного с отверстиями 9 по периферии, проекции которых не совпадают с осевым отверстием 7 полки 6. В результате удара кислота дробится и в виде брызг и капель падает обратно на полку 6, образуя развитую и высокоактивную поверхность контакта фаз. Отсепарированный газ поднимается вверх через отверстия в отбойнике 8. Целесообразность выбора расстояния между полкой и отбойником в диапазоне 0. В этом диапазоне в пространстве между полкой и отбойником образуется высокотурбулизированный газожидкостной ноток с поступательным движением. Количество жидкости, находящейся в виде брызг и капель, во взвешенном состоянии приближается к теоретически максимально возможному, чему отвечает и максимально развитая реакционная поверхность контакта теплообмена. Вместе с тем, в указанном диапазоне линейная скорость и траектория газожидкостного потока обеспечивает и большую активную поверхность брызг и капель жидкости, что обеспечивает высокую скорость теплопередачи.