Гидродинамика и теплообмен в скребковых пленочных аппаратах

• Автор: Фройштетер, Борис Григорьевич
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Киев
• Количество страниц: 238 c. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
Введение А

Обозначения .

Глава I. Современный уровень исследований закономерностей гидродинамики, тепломассообмена в скребковых пленочных аппаратах.

Обзор литературы. Тр

1.1. Анализ процесса сульфирования и его аппаратурного оформления

1.2. Закономерности гидродинамики в скребковых пленочных аппаратах.

1.3. Закономерности тепло и нассообмена в скребковых пленочных аппаратах . рд

1.3.1. Теплообмен.

1.3.2. Массообмен

Глава 2. Математическая постановка задач гидродинамики и теплообмена в скребковых пленочных аппаратах
2.1. Математическая постановка задачи течения вязкой жидкости со свободной границей.
Метод ее решения Ц
2.2. Математическая постановка задачи теплообмена .
Глава 3. Анализ закономерностей гидродинамики в
скребковых пленочных аппаратах
3.1. Приближенное решение
3.2. Анализ результатов численного решения. .
3.3. Зкспериментальное исследование закономерностей течения в скребковых пленочных аппаратах
Стр.
Глава 4. Исследование закономерностей массообмена при сульфировании в скребковых пленочных аппаратах ЮЗ
Глава 5. Исследование закономерностей теплообмена в скребковых пленочных аппаратах
5.1. Теплообмен без учета внутренних источников теплоты
5.2. Теплообмен с учетом внутренних источников теплоты, выделяющейся в результате химической реакции .
5.3. Экспериментальное исследование теплообмена в скребковых пленочных аппаратах .
Глава б. Использование полученных в работе результатов для решения прикладных задач
6.1. Алгоритм расчета скребковых пленочных аппаратов для проведения процесса сульфирования масел газообразным серным ангидридом
6.2. Результаты решения прикладных задач. .
Выводы
Литература


Таким образом, обеспечить требуемый температурный режим сульфирования и качество продуктов реакции в РПА сложно, что подтверждается результатами их эксплуатации в промышленных установках. Поэтому для сульфирования нефтяных масел газообразным серным ангидридом РПА применяются, главным образом, в лабораторных условиях |^^. В настоящее время для проведения газожидкостных процессов предложен ряд аппаратов, в которых используется один из наиболее распространенных способов интенсификации тепломассообмена в пленке - закрученное течение взаимодействующих фаз [,, ]. Учитывая положительный опыт применения подобных аппаратов в производстве поверхностно-активных веществ, для сульфатирования спиртов []. Применение закрученного пленочного течения позволяет обеспечить полное смачивание поверхности [зо]и уменьшает отложения гудрона на стенках реактора [зз]. Однако возможности использования закрученного пленочного течения ограничены из-за существенной зависимости коэффициентов тепломассообмена от длины аппарата, связанной с затуханием интенсивности крутки под действием сил трения [зч,]. Интенсификация теплообмена достигается лишь на начальном участке аппарата [зч] и в значительно меньшей мере, чем в АПС (рис. Наиболее существенно влияние закрутки двухфазного потока сказывается на интенсивности массообмена []. Средние по длине аппарата коэффициенты массообмена близки по значениям к величинам, получаемым в АПС (рис. Необходимый температурный режим при проведении экзотермической реакции сульфирования достигается за счет развитой поверхности теплообмена труб небольшого диаметра, в каждой из которой реализуется закрученное пленочное течение []. Однако при использовании многотрубной конструкции реактора сложно обеспечить равномерное распределение жидкого и газового реагентов по трубам. Нарушение стехиометрического соотношения между маслом и серным ангидридом приводит либо к появлению значительных количеств побочных продуктов реакции, либо к уменьшению выхода образующихся сульфокислот. В первом случае нарушается температурный режим работы реактора, во втором - снижается эффективность использования исходного сырья. Неравномерность отложений на стенке реактора еще больше нарушает равномерность дозировки реагентов. В этом случае снижается и интенсивность теплообмена. Поэтому аппараты с закрученным течением пленки для проведения процесса сульфирования нефтяных масел в настоящее время не используются. Наряду с пленочными аппаратами возможно применение объемных реакторов, в которых реакция осуществляется при диспергировании жидкости в газовом потоке. Данные аппараты просты по конструкции. Однако отсутствие теплообменной поверхности не позволяют эффективно отвести необходимое количество теплоты реакции. Обеспечить требуемую температуру продуктов реакции после аппарата можно лишь за счет значительного охлаждения исходного масла. Эго усложняет технологическую схему процесса сульфирования, увеличивает удельные энергетические затраты. К недостаткам данного типа реакторов можно отнести также сложности разделения жидкого и газового реагентов. Для сульфирования нефтяных масел используются также аппараты с быстроходными мешалками, в которых мекфазная поверхность создается за счет диспергирования сульфирующего газа в виде пузырей в жидкости. Теплота реакции частично снимается в рубашке реактора, а большая часть в выносном теплообменнике. В аппаратах с мешалками можно регулировать в достаточно широких пределах время пребывания продуктов в зоне реакции. Эго имеет важное значение при реализации многоступенчатого сульфирования, т. Известен опыт использования на второй ступени сульфирования серийно выпускаемого герметичного аппарата с интенсивным смешением [,]. Металлоемкость и значительные энергетические затраты, сложность эксплуатации системы обеспечения герметичности привода, рассчитанное на процессы, проводимые при высоких давлениях, существенно ограничивают возможности использования данной конструкции для проведения реакции сульфирования. К недостаткам аппаратов объемного типа с мешалками можно отнести также и относительно невысокие коэффициенты тепло- и массообмена по сравнению с реакторами пленочного типа.