Разработка аппаратов на основе кавитационно-вихревого эффекта для окисления сырья и отделения газов при получении битума

• Автор: Ванчухин, Николай Петрович
• Шифр специальности: 05.04.09
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 108 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. Литературный обзор
1Л. Описание, классификация и анализ существующих
аппаратов и устройств для получения битумов
1Л Л. Аппараты для производства окисленных битумов
1Л .2. Окисление нефтяного сырья в реакторах колонного типа
1Л .3. Конструкции реакторов колонного типа
1Л .4. Пути дальнейшего совершенствования работы реакторов
колонного типа
1.2. Влияние кавитационно-вихревых эффектов на интенсификацию процессов окисления
нефтяного сырья до битума
1.2.1. Понятие кавитации
1.2.2. Гидродинамическая кавитация
1.2.3. Акустическая кавитация
1.2.4. Гипотезы вихревого эффекта
1.2.5. Сепарация многокомпонентных газовых смесей
1.2.6. Работа вихревой трубы на газожидкостной смеси
Выводы
2. Разработка каскадной системы аппаратов для непрерывного получения окисленных битумов различных марок
2.1. Расчет основных параметров процесса непрерывного окисления нефтяного сырья для получения битумов
2.2. Разработка блок-схемы расчета параметров
процесса для ЭВМ А
Выводы
3. Создание методики расчета аппаратов для
разделения газов с интенсивными зонами кавитации
3.1. Гипотеза вихревого эффекта на основе кавитации
3.2. Разработка КВА для выделения примесей газов
из газонасыщенных растворов
3.3. Расчет основных конструкционных размеров -кавитационно-вихревого аппарата для отделения газов
в зависимости от параметров процесса
Выводы
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
Список использованных источников
Приложения: '
Документы о внедрении
ВВЕДЕНИЕ
Битум является одним из наиболее известных инженерностроительных материалов и широко используется в дорожном строительстве, изготовлении кровельных материалов, применяется в лакокрасочной и кабельной промышленности, при строительстве зданий и сооружений, прокладке трубопроводов. Спрос на качественные нефтяные битумы объясняется прежде всего повышением требований к качеству покрытий и реализацией ряда федеральных и государственных программ по дорожному и капитальному строительству.
На большинстве НПЗ России в настоящее время действуют физически изношенные битумные установки, использующие устаревшую технологию, что затрудняет переход нефтеперерабатывающих предприятий на производство более качественных битумов. Весьма проблематичным в условиях финансового кризиса в стране является и увеличение мощности битумных установок без вложения значительных средств в их реконструкцию или строительство.
Наиболее актуальным является вопрос разработки технологии производства битумов, позволяющей увеличить мощность и улучшить качество продукта на действующих битумных установках без значительных капитальных вложений.
Проводить процессы с большей эффективностью и создавать компактные аппараты позволяет применение вихревого эффекта, поскольку для создания эффективного режима кавитации бывает достаточно энергии потока обрабатываемой жидкости.
Реализация современных технологий при разработке аппаратов на принципах кавитационно-вихревого эффекта с учетом снижения энергоемкости актуальна в связи с возрастанием в последние годы стоимости энергии.
Основные направления исследований выполнены в соответствии с Государственной научно-технической программой Академии наук
Республики Башкортостан (АНРБ) «Проблемы машиностроения, конструкционных материалов и технологии» по направлению 6.2 «Надежность и безопасность технических систем в нефтегазохимическом комплексе» на 1996-2000 годы, утвержденной постановлением кабинета министров РБ №204 от 26.06.96г., а также по Федеральной целевой программе «Государственная поддержка интеграции высшего образования и фундаментальной науки на 1997-2000 годы (ФЦП «Интеграция») по государственному контракту №28 «Создание совместного учебнонаучного центра «Механика многофазных систем в технологиях добычи, транспорта, переработки нефти и газа».
Основной целью диссертационной работы является создание новых высокопроизводительных малогабаритных аппаратов для получения окисленных битумов, работающих на принципах кавитационно-вихревых эффектов:
- для интенсификации процессов окисления нефтепродуктов;
- разделения газов окисленного углеводородного сырья.
Цель достигается изучением влияния волновых воздействий на углеводородное сырье, разработкой новых аппаратов для реализации различных механизмов создания волнового поля и технологических процессов с учетом волновых и вихревых эффектов.
А.П. Меркулов [93,94,110], объясняя процесс энергетического разделения потока газа взаимодействием вынужденного и свободного вихрей, считает основой его турбулентный энергоперенос. После истечения из тангенциальных сопел закрученный поток, распространяясь до определенного радиуса, перемещается вдоль трубы, образуя квазипотенциальное течение (свободный вихрь). При движении в осевом направлении по периферии камеры энергетического разделения уровень тангенциальной скорости ут вихря снижается, качественно оставаясь соответствующим закону свободного вихря. По мере снижения у уменьшается радиальный градиент статического давления в нем, и вихрь распространяется к оси. Снижение радиального градиента создает осевой градиент давления, обеспечивающий движение приосевых элементов газа к сопловому сечению. Этот поток с развитой турбулентностью, определяющей квазитвердое течение", при своем обратном осевом движении закручивается все более интенсивным свободным вихрем. Кроме передачи кинетической энергии от свободного вихря к вынужденному происходит турбулентный энергообмен между ними, обусловленный высоким радиальным градиентом давления. Энергия турбулентности используется для осуществления работы охлаждения вынужденного вихря, так как за счет радиальной составляюще’й турбулентной пульсационной скорости элементарные турбулентные моли перемещаются по радиусу в поле высокого радиального градиента статического давления, адиабатно сжимаются и расширяютс'я, передавая тепло от зоны низкого в зону высокого статического давления, осуществляя, таким образом, элементарные холодильные циклы [121]. Значительная часть кинетической энергии вводимого потока расходуется на закрутку вынужденного вихря (Е и диссипирует в турбулентность (А£у. В пределе, когда нагретый поток полностью потерял первоначальную энергию вращательного движения Е, ЛЕ будет иметь максимальное значение, т. е.