Ректификация смеси этанол-вода в прямоточно-вихревых аппаратах с тангенциально-пластинчатыми завихрителями

• Автор: Шагивалеев, Альберт Аухатович
• Шифр специальности: 05.18.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 143 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. Конструирование и закономерности работы

прямоточновихревых аппаратов

1.1. Классификация прямоточновихревых аппаратов.

1.2. Гидродинамика прямоточновихревых контактных

устройств с тангенциальнопластинчатыми завихрителями

1.2.1. Динамика закрученного течения в тангенциальнопластинчатом завихрителе.

1.2.2. Закономерности движения капель жидкости

в закрученном потоке пара.

1.2.3. Диспергирование жидкости в прямоточновихревом контактном устройстве с тангенциальнопластинчатым завихрителем.
1.2.4. Гидравлическое сопротивление контактных устройств с тангенциальнопластинчатыми
завихрителями.
1.3. Описание массопереноса в прямоточновихревых
аппаратах с тангенциальнопластинчатыми завихрителями
1.3.1. Эффективность массопереноса в прямоточновихревых контактных устройствах
с тангенциальнопластинчатыми завихрителями.
1.3.2. Эффективность массопереноса на многоэлементной контактной ступени прямоточновихревых
аппаратов.
1.4. Постановка задач исследования.
ГЛАВА 2. Исследование и расчт основных кинетических параметров прямоточновихревых контактных устройств с тангенциальнопластинчатыми завихрителями
2.1. Описание экспериментальной установки
2.2. Методика проведения экспериментов.
2.3. Методика обработки опытных данных.
2.4. Массопередача при ректификации смеси этанолвода
2.5. Распределение сопротивлений массопередаче по фазам
2.6. Выводы
ГЛАВА 3. Расчт эффективности прямоточновихревых контактных устройств с тангенциальнопластинчатыми завихрителями
3.1. Идеализированные математические модели, используемые для расчта эффективности
прямоточновихревых контактных устройств
3.2. Сопоставление идеализированных математических
моделей с экспериментальными результатами.
3.3. Роль частичного перемешивания газовой фазы в массопереносе
3.4. Оценка эффективности массопереноса на стадии
сепарации жидкой фазы и расчт общей эффективности
3.5. Выводы
ГЛАВА 4. Расчт эффективности массообмена в
многоэлементных вихревых аппаратах.
4.1. Расчт эффективности массопереноса ступени
с прямоточновихревыми контактными
устройствами по известным моделям.
4.2. Расчт эффективности многоэлементных
контактных ступеней с общими перетоками
по диффузионной модели.
4.3. Выводы
ГЛАВА 5. Расчт и конструирование ректификационных колонн с прямоточновихревыми контактными устройствами
5.1. Расчет ректификационной колонны от ступени
к ступени при переменных весовых потоках
пара и жидкости по высоте колонны.
5.1.1. Расчет числа ступеней контакта
исчерпывающей части колонны.
5.1.2. Расчет числа ступеней контакта
укрепляющей части колонны
5.1.3. Влияние мсжступенчатого уноса жидкости.
5.1.4. Схема расчета ректификационной
колонны от ступени к ступени
5.2. Расчт прямоточновихревого контактного устройства
с тангенциальнопластинчатым завихрителем
5.2.1. Расчт патрубков подачи жидкости.
5.2.2. Расчт сепарационных устройств
5.2.3. Расчт тангенциальнопластинчатого завихрителя
5.3. Промышленная реализация результатов исследований ректификационного аппарата с прямоточновихревыми контактными устройствами
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
ЛИТЕРАТУРА


Увеличение скорости пара выше указанного предела приводит к развитию интенсивного уноса жидкости на вышележащие ступени и захлбыванию аппаратов . Исследование пропускной способности массообменных аппаратов привело к созданию противоточных пластинчатых и трубчатых колонн плночного типа 8, скорость потока в таких аппаратах составила мс. Однако, пластинчатые колонны не нашли применения в спиртовой промышленности. Автором работы было выявлено, что при скорости пара выше 7 мс противоточное движение фаз переходит в прямоточное. В работах проводились исследования прямоточного движения фаз в трубчатых насадках, которые показали высокую эффективность процессов при высокой производительности аппаратов. В частности, рядом авторов , , установлено, что эффективность массопсреноса в жидкой и газовой фазах при прямоточном движении в раз выше, чем при противоточном. Это послужило основанием для конструирования и исследования прямоточных многоступенчатых колонных аппаратов . Поиски путей интенсификации массообмена в газожидкостных системах привели к разработке принципиально новых аппаратов с прямоточновихревым движением фаз в зоне контакта . Придание двухфазному потоку дополнительного вращательного движения обеспечило наджную сепарацию фаз после контактирования . Сочетание однонаправленного прямоточного движения фаз в зоне контакта с центробежным отделением жидкости от потока пара позволяет исключить захлбывание аппаратов и проводить процесс при высоких скоростях пара 8 мсек по сечению колонны , на порядок превышающих скорость пара в аппаратах барботажного типа. Для достижения полного разделения исходной смеси в прямоточновихревых ректификационных аппаратах свободно организуется многоступенчатый процесс взаимодействия фаз, который предполагает эффективное отделение жидкости от пара на каждой контактной ступени с последующим переходом пара на вышележащие ступени, а жидкости на нижележащие. Использование в аппаратах ступеней с прямоточновихревыми контактными устройствами вместо тарелок барботажного типа позволяет в 2,,0 раза сократить диаметр колонн и их металломкость . Поэтому создание аппаратов прямоточновихревого типа сделало возможным резкое сокращение затрат на изготовление ректификационной колонной аппаратуры, а также расходов на е транспортировку к месту эксплуатации и монтаж. Конструктивное оформление многоэлементных контактных ступеней прямоточновихревых ректификационных колонн исключает необходимость решения вопросов масштабного перехода и позволяет использовать их в установках большой единичной мощности, создавать аппараты любой заданной производительности без снижения эффективности разделения. Исследование прямоточновихревых аппаратов в нашей стране было начато в е годы, что привело к созданию большого числа конструкций массообменных устройств с прямоточнозакрученным движением фаз в зоне контакта , . Они различаются исполнением самих контактных устройств, в которых осуществляется массообмен, и их компоновкой в аппарате, обеспечивающей в целом противоточную схему движения потоков. Конструкции ирямоточновихрсвых аппаратов можно описать совокупностью характерных признаков, приведенных в таблице 1. Процессы тепло и массообмена в прямоточновихревых аппаратах осуществляется внутри контактных устройств, которые состоят, рис 1. Поток газа, поступающий снизу в контактные устройства, приобретает за счет завихрителя 2 вращательнопоступательное вихревое движение. Жидкость, подаваемая в центральную зону завихрителя, дробится потоком газа на капли, увлекается им в совместное движение. При выходе из зоны завихрителя капли жидкости под действием центробежной силы перемещаются к периферии и оседают на стенке контактного патрубка, образуя пленку, которая на выходе из контактного устройства отделяется от потока газа сепарационным устройством 4. В контактных устройствах могут быть использованы различные типы завихрителей газа. Таблица 1. Число ступеней в аппарате 2. Вид прямотока в зоне контакта 3. Число элементов на ступени 4. Вид перетока 5. Движение жидкости через элементы 6. Ввод жидкости в зону контакта 7. Вид узла сепарации 8. Тип завихрителя 9. Рис.