Гидродинамика и массоперенос при снарядном режиме течения газожидкостной смеси в миниканалах

• Автор: Лаврецов, Игорь Валентинович
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 135 с. : ил.

Оглавление

Основные условные обозначения.

Введение

1. Аналитический обзор

1.1 Гидродннамика снарядного режима течения в капиллярах

1.1.1 Скорость пузырей, жидкости в слагах и в пленке

1.1.2 Циркуляционный и байпасный режимы течения.

1.1.3 Объемное газосодержание и относительная длина пузырей.

1.1.4 Потери давления.

1.1.5 О проблемах формирования пузырей и изменения их размеров в процессе движения по каналам

1.1.6 Критерий перехода. Карты режимов течения газожидкостной

смеси в капиллярах.
1.1.7 Распределение фаз по каналам и устойчивость течения
газожидкостной смеси в микроканалах
1.2Массоперенос при снарядном режиме течении в капиллярах
1.2.1 Общие положения
1.2.2 Массоперенос в системе жидкость твердое тело.
2. Экспериментальная часть.
2.1 Измерение внутреннего диаметра капилляра
2.2 Исследование гидродинамики снарядного режима течения
2.2.1 Описание экспериментальной установки.
2.2.2 Расчет скорости газового пузырька
2.2.3 Расчет объемного газосодержания и относительной длины
газового пузыря
2.3 Исследование массоотдачи от стенки капилляра к жидкости
2.3.1 Описание экспериментальной установки.
2.3.2 Расчет поверхностного коэффициента массоотдачи от стенки
к жидкости при проведении опытов в системе 0.н раствор
щелочи воздух
2.3.3 Расчет поверхностного коэффициента массоотдачи от стенки
к жидкости при проведении опытов в системе раствор
глицерина воздух.
2.3.4 Расчет коэффициента диффузии
3. Результаты и их обсуждение.
3.1 Гидродинамика
3.1.1 Построение карты режимов течения
3.1.2 Анализ экспериментальных данных.
3.1.3 Математическая модель учета расширения газожидкостной
смеси в капилляре
3.2Массоотдача от стенки капилляра к жидкости
3.2.1 Массоотдача от стенки капилляра к жидкости при проведении опытов в системе 0.н раствор щелочи воздух.
3.2.2 Массоотдача от стенки капилляра к жидкости при проведении опытов в системе раствор глицерина воздух
3.2.3 Обобщение опытных данных при исследовании массоотдачи от стенки канала к жидкости.
4. Методика расчета микро и миниреактора для газожидкостных
Выводы
Список использованных источников


Еще одним существенным преимуществом микрореакторов является очень узкое распределение времени пребывания в аппарате, что позволяет существенно снизить образование побочных продуктов в последовательных реакциях [3,4]. В конечном счете, все эти особенности ведут к повышению селективности и выхода реакций [5]. Микрореакторы используются для проведения реакций в смесях газов, в системах газ-жидкость и жидкость-жидкость [3, 4], а с недавних пор - для синтеза ионных жидкостей [6]. Известны примеры применения микрореакторов в тонком органическом синтезе, межфазном катализе, при получении перекиси водорода и др. С точки зрения конструкции микрореакторы можно разделить на два типа - одно- и многоканальные. Одной из разновидностей многоканальных микрореакторов являются так называемые монолитные катализаторы (катализаторы сотовой структуры) [9, ], представляющих собой блок параллельно соединенных каналов с гидравлическим диаметром от 0. Рис. Монолитные катализаторы [9]. Существуют примеры использования многоканальных микрореакторов для проведения биологических процессов, мокрого окисления и даже утилизации ракетного топлива. Например, в работе [] рассматривается возможность использования многоканального катализатора для переработки продуктов жизнедеятельности человека в условиях космоса в рамках комплекса «контролируемой экологической системы жизнеобеспечения» (СЕЬ). Но до сих пор основным видом применения подобных реакторов является проведение газожидкостных каталитических реакций. В снарядном режиме течения газожидкостной смеси пузыри отделены друг от друга жидкостными снарядами (или слагами от англ. Преимуществами этого режима являются хорошее перемешивание внутри жидкостного снаряда за счет так называемых тейлоровских вихрей, а также короткий диффузионный путь для молекул газа, проникающих через пленку жидкости между пузырьком и стенкой катализатора [4, 9, ]. Гидродинамические параметры снарядного режима течения существенным образом влияют как на теплоперенос, так и на массопсрснос, определяя выход реакций и конверсию [4, , ]. Несмотря на столь пристальный интерес к этой области химической технологии, опубликованные в литературе результаты разрозненны, нередко даже противоречивы, а некоторые данные измерений отсутствуют. В связи с этим назрела необходимость в получении достоверной экспериментальной информации для проверки и обобщения полученных математических моделей, а также в построении физически обоснованных критериальных зависимостей для массоперсноса при снарядном режиме течения. Рис. Схема снарядного режима течения в капилляре. В отличие от гидродинамики, в области массопереноса при организации снарядного режима течения существует не так много работ. Результаты немногочисленных экспериментальных исследований зачастую неудовлетворительно согласуются с предложенными ранее расчетными формулами. Это делает актуальными работы, в которых предлагаются зависимости для инженерных расчетов, которые могли бы применяться в более широком диапазоне изменяемых параметров. В данной работе предпринята попытка экспериментального исследования гидродинамики снарядного режима течения с целыо всесторонней проверки предложенных математических моделей. В отличие от предыдущих работ, предложена методика учета объемного расширения и соответственно скорости пузырей 1*аза при их движении в капилляре. В области массоперсноса от стенки капилляра к жидкости показана его интенсификация в случае организации снарядного режима течения. Экспериментальные исследования, проведенные в широком диапазоне капиллярных чисел, позволили, во-первых, доказать существенную роль тейлоровских циркуляций в ускорении радиального массоперсноса в жидкостных снарядах в 2-3 раза по сравнению с течением однородной жидкости; во-вторых, нами впервые экспериментально доказано исчезновение эффекта интенсификации массопереноса при переходе от циркуляционного течения к байпасному. На основе полученных опытных данных предложено критериальное уравнение, учитывающие массоперенос от стенки капилляра, как к снаряду жидкости, так и к пленке, окружающей пузырек газа.