Испарение неподвижного слоя жидкости в мини-канале
|
ВВЕДЕНИЕ 15
1 АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ТЕМАТИКЕ ИСПАРЕНИЯ ТОНКИХ СЛОЕВ ЖИДКОСТИ ПОД
ДЕЙСТВИЕМ ПОТОКА ГАЗА В МИНИ- И МИКРО-КАНАЛАХ 19
1.1 Моделирование процессов испарения под действием потока газа 19
1.2 Экспериментальные исследования процессов испарения под действием
потока газа 34
1.3 Применение закона Герца-Кнудсена для расчета скорости испарения .... 55
Выводы по первой главе 59
2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДИНАМИКИ ИСПАРЕНИЯ НЕПОДВИЖНОГО СЛОЯ ЖИДКОСТИ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ПОТОКА
ГАЗА 67
2.1 Планирование экспериментальных исследований 67
2.1.1 Основные размерные параметры воздействия и выходные переменные
планируемого эксперимента 67
2.1.2 Выбор схемы проведения экспериментальных исследований 67
2.1.3 Выбор области изменения основных факторов 69
2.1.4 Точность измерения основных параметров 70
2.2 Экспериментальная установка 70
2.2.1 Принцип действия экспериментальной установки 71
2.2.2 Рабочий участок 74
2.2.3 Контрольно-измерительная система 77
2.2.4 Теневая система 78
2.2.5 Методика проведения экспериментальных исследований 80
Выводы по второй главе 88
4 ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И
РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ 131
Введение 131
4.1 SWOT-анализ 132
4.2 Экспертная оценка 134
4.3 Календарный план 136
4.4 Смета. Бюджет проекта 140
4.5 Ресурсоэффективность
4.6 Экономическая эффективность 145
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ СТУДЕНТА 164
1 АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ТЕМАТИКЕ ИСПАРЕНИЯ ТОНКИХ СЛОЕВ ЖИДКОСТИ ПОД
ДЕЙСТВИЕМ ПОТОКА ГАЗА В МИНИ- И МИКРО-КАНАЛАХ 19
1.1 Моделирование процессов испарения под действием потока газа 19
1.2 Экспериментальные исследования процессов испарения под действием
потока газа 34
1.3 Применение закона Герца-Кнудсена для расчета скорости испарения .... 55
Выводы по первой главе 59
2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДИНАМИКИ ИСПАРЕНИЯ НЕПОДВИЖНОГО СЛОЯ ЖИДКОСТИ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ПОТОКА
ГАЗА 67
2.1 Планирование экспериментальных исследований 67
2.1.1 Основные размерные параметры воздействия и выходные переменные
планируемого эксперимента 67
2.1.2 Выбор схемы проведения экспериментальных исследований 67
2.1.3 Выбор области изменения основных факторов 69
2.1.4 Точность измерения основных параметров 70
2.2 Экспериментальная установка 70
2.2.1 Принцип действия экспериментальной установки 71
2.2.2 Рабочий участок 74
2.2.3 Контрольно-измерительная система 77
2.2.4 Теневая система 78
2.2.5 Методика проведения экспериментальных исследований 80
Выводы по второй главе 88
4 ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И
РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ 131
Введение 131
4.1 SWOT-анализ 132
4.2 Экспертная оценка 134
4.3 Календарный план 136
4.4 Смета. Бюджет проекта 140
4.5 Ресурсоэффективность
4.6 Экономическая эффективность 145
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ СТУДЕНТА 164
В настоящее время развитие энергетической, химической, нефтехимической, топливной промышленности происходит с увеличением энергонасыщенности оборудования. Основной проблемой технологических установок данных областей производства является создание систем обеспечения теплового режима работы оборудования. Ее решением можно считать создание энергоэффективных систем, работа которых основана на фазовых переходах.
В топливной промышленности на газоперерабатывающих заводах получают природный газ с промыслов и производят продукты, отвечающие требованиям потребителей. Технология сжижения природного газа включает в себя следующие операции: очистка от CO2 и H2S, осушка, отделение тяжелых углевородородов, сжижение.
В газопереработке для очистки газа применяются следующие процессы разделения [1]:
• перегонка (компоненты разделяются за счет разной летучести);
• абсорбция (осуществляется контакт газа с жидким растворителем (абсорбентом) в целях удаления определенных компонентов);
• адсорбция (процесс разделения осуществляется на твердом сорбенте);
• мембранное разделение (используются различия в растворимости компонентов в материале мембраны и размерах молекул).
Контактные устройства в перегонных колоннах, абсорберах, и регенераторах предназначены для обеспечения контакта между разделяемыми фазами. Эти устройства относятся к одному из следующих типов:
• колпачковые тарелки;
• клапанные тарелки;
• ситчатые тарелки;
• нерегулярные насадки;
• регулярные насадки.
В первых промышленных перегонных колоннах применялись колпачковые тарелки. Через прорези или отверстия в перфорированных колпачках пары барботировали сквозь жидкость. Такая перекрестновосходящая схема движения обеспечивает хороший контакт между фазами. Скорость паров не должна быть достаточно высокой, чтобы не происходил унос жидкости. Скорость потока жидкости должна находиться в таких пределах, чтобы обеспечивать приемлемый уровень на тарелке и предотвращать подъем паров через перелив. Для поддержания минимального уровня жидкости предусмотрены сливные пороги.
В клапанных тарелках колпачки заменены частично перекрывающимися круглыми или прямоугольными прорезями с клапанами. По сравнению с колпачковыми клапанные тарелки обходятся дешевле и лучше перемешивают жидкость и пар, также в них меньше потери давления.
Конструкция ситчатых тарелок еще проще: они содержат лишь отверстия в тарелке. Восходящий поток пара предотвращает провал жидкости через отверстия в тарелке.
В насадочных колоннах контакт осуществляется преимущественно в нисходящем направлении, что обеспечивает меньшие диаметры, высоту, а также потери давления при сравнимой пропускной способности. Но насадочные колонны лучше работают при малых значениях отношения объемных расходов жидкости и пара (L/V), а тарельчатые наоборот. К недостаткам насадок можно отнести восприимчивость к загрязнениям твердыми частицами, что существенно ухудшает эффективность контакта, увеличивает потери давления.
В целом насадочные колонны являются более предпочтительными, так как у них меньше диаметр, высота и потери давления. Однако, если насадка не дает выигрыша в габаритах, более экономичным вариантом может оказаться тарельчатая колонна.
В перечисленных выше устройствах возникают двухфазные течения в процессе очистки природного газа от кислых примесей. Эффективность тепло- и массоотдачи будет зависеть от целого ряда факторов. В частности от скорости потока жидкости/газа, температуры жидкости/газа, а также физических свойств. Эти параметры будут определять силы, влияющие на эффективность механизмов переноса. Экспериментальных и теоретических работ недостаточно для более детального описания процессов тепло - и массопередачи. Последнее сдерживает развитие теплообменных систем. Проведение экспериментальных исследований позволит создать научные основы для конструирования энергоэффективных аппаратов по сравнению с существующими.
В настоящей работе представлены экспериментальные результаты по влиянию температуры, толщины слоя жидкости, скорости потока газа, движущегося параллельно слою неподвижной жидкости, на скорость испарения при условиях формирования устойчивой плоской межфазной поверхности раздела «жидкость-газ». Полученные результаты внесут вклад в развитие теории испарения тонких слоев жидкостей.
Целью работы являлось экспериментальное определение влияния температуры, толщины слоя жидкости, скорости потока газа, движущегося параллельно слою неподвижной жидкости, на скорость испарения при условиях формирования устойчивой плоской межфазной поверхности раздела «жидкость-газ».
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Проведение анализа научных публикаций на тему испарения тонких слоев жидкости в мини- и микро-каналах под действием газового потока.
2. Разработка методики экспериментальных исследований массовой скорости испарения неподвижного слоя жидкости (спирта), обтекаемого потоком газа (воздуха) в мини-канале.
3. Определение влияния разницы температур АТ = ТЖ — ТГ между жидкостью и газом в условиях: Тг>Тж, Тг=Тж, Тг<Тж на скорость испарения.
4. Определение экспериментальных зависимостей массовой скорости испарения от скорости потока газа, толщины слоя жидкости.
5. Определение температуры на поверхности жидкости в условиях проведения экспериментальных исследований.
6. Определение коэффициента аккомодации.
7. Определение погрешностей экспериментальных исследований.
В топливной промышленности на газоперерабатывающих заводах получают природный газ с промыслов и производят продукты, отвечающие требованиям потребителей. Технология сжижения природного газа включает в себя следующие операции: очистка от CO2 и H2S, осушка, отделение тяжелых углевородородов, сжижение.
В газопереработке для очистки газа применяются следующие процессы разделения [1]:
• перегонка (компоненты разделяются за счет разной летучести);
• абсорбция (осуществляется контакт газа с жидким растворителем (абсорбентом) в целях удаления определенных компонентов);
• адсорбция (процесс разделения осуществляется на твердом сорбенте);
• мембранное разделение (используются различия в растворимости компонентов в материале мембраны и размерах молекул).
Контактные устройства в перегонных колоннах, абсорберах, и регенераторах предназначены для обеспечения контакта между разделяемыми фазами. Эти устройства относятся к одному из следующих типов:
• колпачковые тарелки;
• клапанные тарелки;
• ситчатые тарелки;
• нерегулярные насадки;
• регулярные насадки.
В первых промышленных перегонных колоннах применялись колпачковые тарелки. Через прорези или отверстия в перфорированных колпачках пары барботировали сквозь жидкость. Такая перекрестновосходящая схема движения обеспечивает хороший контакт между фазами. Скорость паров не должна быть достаточно высокой, чтобы не происходил унос жидкости. Скорость потока жидкости должна находиться в таких пределах, чтобы обеспечивать приемлемый уровень на тарелке и предотвращать подъем паров через перелив. Для поддержания минимального уровня жидкости предусмотрены сливные пороги.
В клапанных тарелках колпачки заменены частично перекрывающимися круглыми или прямоугольными прорезями с клапанами. По сравнению с колпачковыми клапанные тарелки обходятся дешевле и лучше перемешивают жидкость и пар, также в них меньше потери давления.
Конструкция ситчатых тарелок еще проще: они содержат лишь отверстия в тарелке. Восходящий поток пара предотвращает провал жидкости через отверстия в тарелке.
В насадочных колоннах контакт осуществляется преимущественно в нисходящем направлении, что обеспечивает меньшие диаметры, высоту, а также потери давления при сравнимой пропускной способности. Но насадочные колонны лучше работают при малых значениях отношения объемных расходов жидкости и пара (L/V), а тарельчатые наоборот. К недостаткам насадок можно отнести восприимчивость к загрязнениям твердыми частицами, что существенно ухудшает эффективность контакта, увеличивает потери давления.
В целом насадочные колонны являются более предпочтительными, так как у них меньше диаметр, высота и потери давления. Однако, если насадка не дает выигрыша в габаритах, более экономичным вариантом может оказаться тарельчатая колонна.
В перечисленных выше устройствах возникают двухфазные течения в процессе очистки природного газа от кислых примесей. Эффективность тепло- и массоотдачи будет зависеть от целого ряда факторов. В частности от скорости потока жидкости/газа, температуры жидкости/газа, а также физических свойств. Эти параметры будут определять силы, влияющие на эффективность механизмов переноса. Экспериментальных и теоретических работ недостаточно для более детального описания процессов тепло - и массопередачи. Последнее сдерживает развитие теплообменных систем. Проведение экспериментальных исследований позволит создать научные основы для конструирования энергоэффективных аппаратов по сравнению с существующими.
В настоящей работе представлены экспериментальные результаты по влиянию температуры, толщины слоя жидкости, скорости потока газа, движущегося параллельно слою неподвижной жидкости, на скорость испарения при условиях формирования устойчивой плоской межфазной поверхности раздела «жидкость-газ». Полученные результаты внесут вклад в развитие теории испарения тонких слоев жидкостей.
Целью работы являлось экспериментальное определение влияния температуры, толщины слоя жидкости, скорости потока газа, движущегося параллельно слою неподвижной жидкости, на скорость испарения при условиях формирования устойчивой плоской межфазной поверхности раздела «жидкость-газ».
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Проведение анализа научных публикаций на тему испарения тонких слоев жидкости в мини- и микро-каналах под действием газового потока.
2. Разработка методики экспериментальных исследований массовой скорости испарения неподвижного слоя жидкости (спирта), обтекаемого потоком газа (воздуха) в мини-канале.
3. Определение влияния разницы температур АТ = ТЖ — ТГ между жидкостью и газом в условиях: Тг>Тж, Тг=Тж, Тг<Тж на скорость испарения.
4. Определение экспериментальных зависимостей массовой скорости испарения от скорости потока газа, толщины слоя жидкости.
5. Определение температуры на поверхности жидкости в условиях проведения экспериментальных исследований.
6. Определение коэффициента аккомодации.
7. Определение погрешностей экспериментальных исследований.