Исследование гидродинамических характеристик кожухотрубного струйно-инжекционного аппарата (КСИА) с внутренней рециркуляцией фаз

• Автор: Лебедева, Татьяна Яковлевна
• Шифр специальности: 05.18.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 151 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Основные условные обозначения

Введение
Глава 1. Анализ литературных данных по исследованию гидодинамики струйноинжекционных аппаратов

1.1. Констркуции, принцип действия СИ аппаратов и их классификация

1.2. Основные гидродинамические параметры определяющие производительность КСИА по газовой и жидкостной фазам.

1.2.1. Виды движения жидкостной и газовой фаз в КСИА. Состояние вопроса

1.2.2. Инжектирующая способность свободных жидкостных струй

1.2.3. Влияние интенсивности турбулентности потока на расход газа.

1.2.4. Влияние конструкции сопла на инжектирующую способность струи

1.3. Гидродинамическая обстановка в трубах КСИА

1.4. Газосодержание в трубах КСИА
1.5. Поверхность контакта фаз
Выводы.
Глава 2. Теоретические подходы к исследованию гидродинамических процессов в КСИА с рециркуляцией фаз
2.1. Модель механизма уноса газа струями жидкости
2.2. Гидродинамика движения газожидкостной смеси в трубах КСИА без рециркуляции фаз
2.3. Гидродинамика движения газожидкостной смеси в трубах
КСИА с рециркуляцией фаз.
Глава 3. Экспериментальные исследования гидродинамической обстановки в трубах КСИА
3.1. Описание установки по изучению гидродинамических характеристик КСИА.
3.2. Образование и течение газожидкостной смеси в трубах КСИА
для различных конструкций верхней камеры.
3.3 Начало устойчивой работы КСИА.
3.4. Результаты исследований зависимости изменения давления от
расхода жидкости в КСИА
3.4.1 Результаты исследований зависимости изменения давления от расхода жидкости в КСИА без рециркуляции фаз
3.4.2. Результаты исследований зависимости изменения давления
от расхода жидкости с рециркуляцией фаз
3.5. Экспериментальные исследования уноса газа струями жидкости в КСИА без рециркуляции фаз
3.6. Рециркуляция жидкостной и газовой фаз в КСИА.
Глава 4. Экспериментальное исследование газосодеожания и УПКФ в струйноинжекционном аппарте с рециркуляцией фаз
4.1. Определение УПКФ и объемного газосодержания в кожухотрубном струйноинжскционном аппарате с рециркуляцией фаз в трубах
4.1.1. Описание экспериментальной установки для определения газосодержания и УПКФ стереометрическим методом
4.1.2. Методика проведения эксперимента
4.2. Результаты иследований объемного газосодержания в трубах
КСИА стереометрическим методом.
4.2.1. Результаты исследований объемного газосодержания по сечению и высоте в опускных и подъемных трубах.
4.3. Результаты исследований УПКФ в трубах струйно инжекци
онного аппарата стереометрическим методом
Основные результаты работы
Литература


Однако традиционная конструкция КСИФ с одним соплом основное сопло, установленным над опускной трубой, обеспечивала проведение процесса культивирования с удельной скоростью роста биомассы не более 0, ч1 для диапазона концентрацией биомассы Х 0 кгм3 0 кгм3 ,. Было установлено, что основной причиной низких значений удельной скорости роста является недостаточное количество воздуха подаваемого в КСИФ . С целью увеличения подачи воздуха было предложено установить, дополнительное сопло над сливной трубой в КСИА рис. Данная модернизация КСИФа позволила значительно увеличить инжектирующую способность струй до значений для основного сопла и для дополнительного сопла, в результате чего удельная скорость возросла до значений 0, ч1 . Несмотря на весьма положительные результаты предложенного технического решения причины, объясняющие повышение инжектирующей способности струй в работе , не были раскрыты. Представленные уравнения для расчета расхода газа в аппарат носят эмпирический характер и ограничены условиями проведения эксперимента. Так, удельная поверхность контакта фаз достигала значений м м для сильно коалесцирующих жидкостей и 0 м м для слабо коалесцирующих. Объемный коэффициент массоотдачи менялся от 0, до 0,1 с1 для сильно коалесцирующих жидкостей и от 0,4 до 2 с1 для слабо коалесцирующих . Приведенные выше данные были получены для конструкции КСИА с одним соплом. Установка дополнительного сопла над сливной трубой, как предполагается, неизбежно приведет к изменению режима движения газожидкостной смеси в ней, т. Косвенно это предположение нашло подтверждение в работе . Однако, установка дополнительного сопла неизбежно приведет к изменению гидродинамической обстановки во всех трубах КСИА и условий начала устойчивой работы аппарата в целом. К настоящему времени этот вопрос практически не изучен и требует экспериментальных исследований. Другим, не менее важным моментом в повышении эффективности массопереноса между фазами, является увеличение времени пребывания жидкости в трубах КСИА, который по своей конструкции является аппаратом проточного типа. Это может быть достигнуто различными способами. Рис. Кожухотрубный струйноинжекционный аппарат КСИА . Рис. Кожухотрубный отруйноинжскцнонный ферментатор КСИФ . КСИА 2 смкостьнакопитель 3 насос 4 распределительная камера 5 основные сопла 6 дополнительные сопла 7 опускные трубы 8 подъемные трубы 9 сливные трубы патрубки входа воздуха , патрубки входа и выхода хладоносителя центральная труба промежуточная труба отбойник патрубок выхода отработанного воздуха патрубки для подачи солей, ростовых веществ, пеногасителя. Например, увеличением длины труб аппарата, уменьшением скорости движения газожидкостной смеси или организацией рециркуляции жидкости между опускной и подъемной трубами. Варианты возможных решений организации потоков фаз в КСИЛ представлены на рис. З. Как видно, несложные изменения в верхней части КСИА, позволяют осуществлять различные ситуации, в плане организации движения фаз, в зависимости от требований предъявляемых к проводимому процессу. Если по условиям проведения процесса смешение вступающих в контакт фаз с прореагировавшими недопустимо, то используются варианты З. З.д Такие условия чаще всего возникают при проведении очень быстрых химических реакций или при избирательной абсорбции легко растворимых газов в жидкости. Для более полного насыщения жидкости компонентами из газовой фазы могут быть использованы варианты З. З.ж. В случае использования чистых газов для сорбционных процессов, когда утилизацию газовой фазы желательно провести максимально, целесообразно применить варианты З. Если требуется увеличить время пребывания обеих фаз в трубах КСИА, с целыо повышения концентрации растворенного газа в жидкости на выходе ее из аппарата и при этом концентрация целевого газового компонента на выходе из подъемной трубы достаточна, то могут быть применены варианты З. Как видно из рис. З, существуют различные варианты организации потоков фаз в КСИА, что обусловлено условиями проведения той или иной тепломассообменной реакции. Наиболее полно был изучен лишь первый З. КСИА . З.в
З. Рис. Варианты организации потоков фаз в КСИА.