Интенсификация тепло- и массообмена в прямоточных газожидкостных потоках : В теплообменнике и реакторе

• Автор: Алексеев, Павел Анатольевич
• Шифр специальности: 05.18.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Краснодар
• Количество страниц: 107 с. : ил.

Содержание
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 Литературный обзор
1.1 Общая оценка направления интенсификации процессов
1.2 Процессы в прямоточных газожидкостных контактных аппаратах
1.3 Математическое описание отдельных стадий и процессов
в бражном подогревателе
1.4 Направления интенсификации процесса окисления
парафина
1.5 Механизм образования кислот в реакции окисления парафиновых углеводородов
1.6 Задачи исследования
ГЛАВА 2 Теоретическая часть
2.1 Материальный и тепловой баланс бражной колонны и подогревателя бражки - конденсатора бражных паров
2.2 Математическая модель процесса конденсации водноспиртовой смеси в присутствии инертного компонента
2.3 Математическая модель подогревателя бражки -конденсатора бражных паров
2.4 Математическая модель процесса окисления парафинов
при получении синтетических жирных кислот
2.5 Теоретическое обоснование процесса получения СЖК окислением парафинов в реакторе и задачи экспериментального исследования
ГЛАВА 3 Экспериментальная часть
3.1 Экспериментальное исследование теплообмена в бражном
подогревателе
3.1.1 Промышленные испытания кожухотрубчатого теплообменника с конструкционными приспособлениями

3.1.2 Влияние спиральных вставок на коэффициент теплоотдачи от-внутренней стенки трубы к бражке
3.1.3 Проверка адекватности разработанной математической модели
3.2 Экспериментальное исследование реактора окисления
парафинов
3.2.1 Результаты экспериментов и их обсуждение
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ А (рекомендуемое) - Акт внедрения модернизированных кожухотрубчатых теплообменников, снабженных конструкционными приспособлениями - спиральными пружинами, разработанными в
кандидатской диссертации Алексеева П.А
ПРИЛОЖЕНИЕ Б (рекомендуемое) - Акт внедрения рекуперативных теплообменников, снабженных спиральными пружинами, разработанными
в кандидатской диссертации П.А. Алексеева
ПРИЛОЖЕНИЕ В (рекомендуемое) - Акт испытания разработанного
реактора для непрерывного окисления парафиновых углеводородов

ВВЕДЕНИЕ
Проблеме разработки нового высокоинтенсивного теплообменного и массообменного оборудования, а также задаче интенсификации действующих аппаратов всегда уделялось большое внимание. Их решение остается актуальным и в настоящее время. Особенности экономики современной России, заключающиеся в ограниченности инвестиций и дефиците энергоносителей, конкретизируют обсуждаемую задачу, и одним из приоритетных направлений выделяют вопрос интенсификации известного оборудования при минимуме капитальных затрат и без существенного повышения энергозатрат. Этим условиям в значительной степени отвечает направление, связанное с использованием прямоточного взаимодействия газовой и жидкой фаз и применением устройств, увеличивающих сдвиговые напряжения, поверхность раздела фаз, коэффициент турбулентной диффузии и улучшающих структуру потоков.
В данной работе интенсифицировались типичные процессы теплообмена и мас-сообмена, которые осуществляются при прямоточном движении фаз.
Теплообмен интенсифицировался в теплообменниках подогрева бражки, которые используются для рекуперации теплоты паров бражной колонны в брагоректификационной установке косвенного действия. Они работают в специфических условиях. Во-первых, бражка содержит значительное количество твердых примесей и растворенный углекислый газ, который выделяется при нагревании. В итоге в трубах возникает трехфазный поток, а на стенках образуются отложения. Во-вторых, в меж-трубном пространстве конденсируется смесь паров воды и спирта в присутствии инертного компонента - С02 Последний частично выделяется при нагревании бражки и окончательно в бражной колонне. Интенсификация теплообмена осуществлялась путем применения спиральных вставок из тонкой упругой проволоки. Среда, движущаяся по трубкам, заставляет спирали вибрировать и колебаться в осевом и радиальном направлениях, вследствие чего усиливается пристенная турбулентность, интенсифицируется теплообмен и осуществляется практически полная очистка стенок труб от отложений. Данное устройство может быть установлено без особых затрат в промышленных теплообменных аппаратах и эффективно использовано. При этом встает вопрос об исследовании теплоотдачи в двухфазном потоке в трубе, снабженной спиральными вставками. Актуальной является также задача разработки методики расчета подогревателей бражки со спиральными вставками, работающих в системе рекуперации теплоты паров бражной колонны.

4) проверяется уравнение нормированного покомпонентного материального баланса:
— (С-/>=<). (25)
G DXD
5) далее температура конденсации ищется любым из известных методов поиска корня функции (например, пошаговым методом) до достижения заданной точности е:
Iу(/)1 <
Строго говоря, при поиске температуры конденсации следует учитывать присутствие углекислого газа в покидающих теплообменник парах. Расчеты показывают,
что парциальное давление С02 не превышает 0,01 бар. К тому же для расчета важен
эффект снижения температуры на поверхности пленки конденсата, связанный с наличием в смеси инертного компонента, а он учитывается ниже.
Количество и концентрация С02 в парах а0, нм3/м3, определяются, исходя из данных о растворимости /71
а о = 1,23 ехр(-0,0208?). (2.6)
При температуре 25 °С, при которой обычно поступает бражка, а5 = 0,73 нм3/м3.
Количество С02 в парах в межтрубном пространстве тогда определится из соотношения
aQ5 М со
Geo, = -G«- (2.7)
2 22,4 -рб
Объемная (мольная) доля С02 в парах у п
G со
У* =
Gco2 f

Мсо2 Мд

где Мд - молекулярная масса водно-спиртовых паров.

У | 1-У
Л/, м2
Наличие инертного компонента (С02) приводит к снижению парциального давления водно-спиртовых паров на величину