Помощь студентам в учебе
УВЕЛИЧЕНИЕ ИНТЕНСИВНОСТИ АБСОРБЦИИ АММИАКА И МЕТИЛАМИНОВ ИЗ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ НА РЕГУЛЯРНОЙ НАСАДКЕ
|
Введение 4
1. Интенсификация процесса абсорбции с использованием
высокоэффективных насадочных устройств 11
1.1. Анализ причин низкой интенсивности абсорбции в производстве
метиламинов 11
1.2. Обоснование выбора способа интенсификации абсорбции 14
1.3. Способы выражения интенсивности массообмена при абсорбции... 19
1.4. Гидродинамика газожидкостных потоков на насадках 25
1.5. Постановка задачи исследований 31
2. Методология и методы исследований 35
2.1. Описание установки и методики проведения экспериментов по измерению гидравлического сопротивления сухой и орошаемой насадки... 35
2.2. Описание установки и метода определения объемного
коэффициента массопередачи 39
2.3. Методология математического моделировании массообменных
процессов при абсорбции 43
3. Исследования гидравлического сопротивления и интенсивности массопередачи при абсорбции на регулярной ленточной насадке 46
3.1. Результаты экспериментального определения гидравлического сопротивления сухой насадки 46
3.2. Экспериментальное определение гидравлического сопротивления
орошаемых насадок 50
3.3. Условия экспериментов и результаты определения объемных
коэффициентов массопередачи 54
3.4. Сравнение результатов экспериментов с массообменными характеристиками известных насадок 58
4. Моделирование массопереноса при абсорбции многокомпонентной газовой смеси на регулярной насадке 66
4.1. Описание математической модели процесса абсорбции
и решение уравнений модели 66
4.2. Результаты расчета распределения концентраций компонентов по
высоте слоя насадки при многокомпонентной абсорбции 77
4.3. Рекомендации по применению методики расчета абсорбера и по
выбору параметров технологического режима 94
Основные выводы, рекомендации и перспективы дальнейшей работы... 97
Условные обозначения 99
Список литературы 103
Приложение 1 123
Приложение 2 140
Приложение 3 150
Приложение 4 151
Приложение 5
1. Интенсификация процесса абсорбции с использованием
высокоэффективных насадочных устройств 11
1.1. Анализ причин низкой интенсивности абсорбции в производстве
метиламинов 11
1.2. Обоснование выбора способа интенсификации абсорбции 14
1.3. Способы выражения интенсивности массообмена при абсорбции... 19
1.4. Гидродинамика газожидкостных потоков на насадках 25
1.5. Постановка задачи исследований 31
2. Методология и методы исследований 35
2.1. Описание установки и методики проведения экспериментов по измерению гидравлического сопротивления сухой и орошаемой насадки... 35
2.2. Описание установки и метода определения объемного
коэффициента массопередачи 39
2.3. Методология математического моделировании массообменных
процессов при абсорбции 43
3. Исследования гидравлического сопротивления и интенсивности массопередачи при абсорбции на регулярной ленточной насадке 46
3.1. Результаты экспериментального определения гидравлического сопротивления сухой насадки 46
3.2. Экспериментальное определение гидравлического сопротивления
орошаемых насадок 50
3.3. Условия экспериментов и результаты определения объемных
коэффициентов массопередачи 54
3.4. Сравнение результатов экспериментов с массообменными характеристиками известных насадок 58
4. Моделирование массопереноса при абсорбции многокомпонентной газовой смеси на регулярной насадке 66
4.1. Описание математической модели процесса абсорбции
и решение уравнений модели 66
4.2. Результаты расчета распределения концентраций компонентов по
высоте слоя насадки при многокомпонентной абсорбции 77
4.3. Рекомендации по применению методики расчета абсорбера и по
выбору параметров технологического режима 94
Основные выводы, рекомендации и перспективы дальнейшей работы... 97
Условные обозначения 99
Список литературы 103
Приложение 1 123
Приложение 2 140
Приложение 3 150
Приложение 4 151
Приложение 5
Актуальность темы. Интенсивность массообменных процессов в абсорбционных колоннах и, как следствие, степень очистки газов в значительной степени зависят от конструкции используемого насадочного устройства [9, 106]. Для обеспечения высокой интенсивности массопереноса насадочное контактное устройство должно обладать большой удельной поверхностью и обеспечивать равномерное распределение газа и жидкости в поперечном сечении колонны с сохранением низкого гидравлического сопротивления.
Важным промышленным процессом является абсорбционная очистка технологических газов от аммиака и метиламинов на насадочном контакт-ном устройстве в производстве метиламинов методом каталитического аминирования метанола в паровой фазе под давлением. На данном производстве образуются технологические газовые выбросы, которые подлежат улавливанию в абсорберах с последующей утилизацией. В настоящее время в качестве контактного устройства используются керамические кольца Рашига, которые не обеспечивают требуемую степень очистки газа от аммиака и метиламинов по причине низкой интенсивности массопереноса. Концентрация аммиака и метиламинов в газовой фазе на выходе с действующей насадочной колонны превышает технологическую норму и составляет более 20 г/м3. Как показывает анализ литературных данных, использование для абсорбции аммиака и метиламинов хордовой и трубчатой насадок также не в состоянии обеспечить требуемую степень очистки газа [114]. Интенсивность процесса абсорбции может быть увеличена за счет замены кольцевой насадки на высокоэффективную ленточную регулярную насадку.
В связи с этим научное изучение и интенсификация процессов массопереноса при абсорбции аммиака и метиламинов из многокомпонентной газовой смеси в насадочном абсорбере являются актуальными.
Работа выполнена в рамках в рамках государственного задания Министерства образования и науки РФ «Разработка, моделирование и испытание новых высокоэффективных регулярных насадок для тепло- и массообменных процессов в газожидкостных системах», номер государственной регистрации НИР 01201257744, а также в рамках хоздоговора №1734-13 «Расчет эффективности работы абсорберов позиции А-200, А-200а схемы утилизации хвостовых газов установки 71/2 цеха 39/71 химического завода ОАО «АНХК».
Степень разработанности темы. Задачу интенсификации абсорбционных массообменных процессов решали В.М. Рамм, Л.В. Алекперова, Ю.В. Аксельрод, В.В. Дильман, А.В. Тимофеев, В.С. Леонтьев, А.М. Каган, Л.А. Юдина и др. По результатам их исследований получены эмпирические уравнения зависимости интенсификации процесса от различных параметров. Разработаны конструкции насадок для проведения массообменных процессов, позволяющие интенсифицировать процесс массопередачи в не-которых газожидкостных системах. Однако для абсорбции смеси аммиаки и метиламинов высокоэффективная насадка не была предложена.
Цель работы заключается в увеличении интенсивности процесса абсорбции аммиака и метиламинов из многокомпонентных газовых смесей за счет создания развитой поверхности контакта фаз в слое регулярной лен-точной насадки.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Установить зависимость гидравлического сопротивления слоя сухой регулярной ленточной насадки от приведенной скорости газа, критерия Рейнольдса и конструктивных параметров насадки. Получить эмпирические уравнения для расчета гидравлического сопротивления сухой ленточной насадки.
2. Определить влияние плотности орошения на гидравлическое сопротивление орошаемой регулярной ленточной насадки при различных скоростях газа. Установить влияние конструкции насадки на механизм формирования развитой поверхности контакта фаз. Выполнить сравни-тельный анализ гидравлических характеристик ленточной насадки с насадками, используемыми в настоящее время.
3. Установить возможность интенсификации массообмена за счет увеличения удельной поверхности контакта фаз, равномерности распределения жидкости и увеличения объемных коэффициентов массопередачи при абсорбции аммиака из смеси с воздухом водой на высокоэффективной регулярной ленточной насадке.
4. Разработать адекватную математическую модель процесса абсорбции аммиака и метиламинов из газовых смесей с учетом основного уравнения массопередачи, уравнений теплового и материального баланса. Установить влияние коэффициента избытка жидкости на распределение концентраций компонентов по высоте слоя насадки.
5. На основе результатов математического моделирования и результатов экспериментов разработать практические рекомендации по интенсификации абсорбции аммиака и метиламинов из многокомпонентных газовых смесей и по выбору параметров технологических режимов эксплуатации абсорбционных колонн.
Методология и методы исследования. Поставленные задачи решались с применением теории экспериментов, положений теории гидродинамики, физических и химических методов исследования и математического моделирования.
В ходе экспериментов использовались стандартные средства контроля, при обработке экспериментальных данных применялись методы математической статистики и анализа.
Степень достоверности результатов работы. Достоверность полученных результатов, выводов и разработанных рекомендаций основывается на высокой надежности применяемых методов исследования, а также на результатах моделирования процесса абсорбции и согласованности результатов расчета процесса массопередачи на ленточной насадке двумя методами.
Научная новизна работы:
1. Установлено, что в диапазонах значений давления (0,99-1,05 ат) и температуры (20-23ОС) абсорбционной колонны гидравлическое сопротивление сухой ленточной насадки существенно зависит от таких конструктивных параметров как свободный объем абсорбера, проходное сечение и регулярность компоновки элементов в слое. В связи с этим сухая ленточная насадка (d3=0,011 м), созданная с учетом влияния данных параметров, обеспечивает снижение гидравлического сопротивления по сравнению с кольцами Рашига (d3=0,0085 м) в среднем в 4,4-6,5 раза, а в сравнении с седлами Берля (d3=0,012 м) в среднем в 1,5-2,2 раза.
2. Установлено, что в режиме орошения ленточной насадки действует механизм формирования развитой поверхности контакта фаз за счет конструктивно организованных перетоков жидкости с одного элемента на-садки на другой, при этом гидравлическое сопротивление орошаемой лен-точной насадки (d,=0,011 м) становится ниже сопротивления орошаемых колец Рашига (d3=0,0085 м) в среднем в 3,4-4,4 раза, и ниже сопротивления орошаемой регулярной листовой рифленой насадки (d3=0,01 м) в среднем в 1,06-1,23 раза в исследованном диапазоне плотностей орошения.
3. Установлено, что на регулярной насадке интенсификация поглощения аммиака обеспечивается за счет увеличения удельной поверхности контакта фаз, равномерности распределения жидкости и увеличения объемных коэффициентов массопередачи, при этом объемный коэффициент массопередачи при абсорбции аммиака на регулярной ленточной насадке (J3=0,011 м) в среднем в 1,11-1,28 раза выше, чем на хордовой насадке, в 1,45-1,55 раза выше, чем на кольцах Рашига (25x25x3), и в 2,61-4,49 раза выше, чем на трубчатой насадке.
4. Установлено, что учет основных параметров массопередачи (коэффициента массопередачи в жидкой фазе, коэффициента избытка расхода воды) в математической модели процесса абсорбции аммиака и метилами-нов позволяет определить распределение компонентов по высоте слоя на-садки и объемные коэффициенты массопередачи. Показано, что при коэффициенте избытка расхода жидкости q=2на кривой распределения триметиламина возникает экстремум, объясняющийся относительным снижением скорости абсорбции в результате снижения расхода воды и увеличения ее температуры.
Теоретическая значимость работы. Получена теоретическая зависимость распределения концентрации триметиламина в газовой фазе по высоте слоя насадки от коэффициента избытка жидкости, анализ которой позволил выработать рекомендации по поддержанию коэффициента избытка жидкости не менее 3 с целью увеличения интенсивности абсорбции триметиламина. Получены уравнения для расчета гидравлического сопротивления регулярной ленточной насадки, которые могут быть использованы при анализе гидродинамики насадочных аппаратов. Предложена методика расчета насадочного аппарата для абсорбции аммиака и метиламинов из газовых смесей с новой ленточной насадкой, которая рекомендуется к использованию при разработке промышленных высокоэффективных аппаратов.
Практическая ценность работы обусловлена тем, что разработана высокоэффективная регулярная ленточная насадка, предназначенная для интенсификации процесса абсорбции аммиака и метиламинов из газовых смесей, которая позволит на 10% снизить потери метиламинов на стадии абсорбции уст. 71/2 цеха 39/71 химического завода ОАО «АНХК» при существенном снижении материалоемкости насадки. Ожидаемый экономический эффект от внедрения насадки составит 1,213 млн. руб. в год.
Применение ленточной насадки обеспечивает снижение затрат энергии на преодоление потоком газа гидравлического сопротивления колонны в 2 раза.
Результаты исследований описанных в данной диссертации используются в учебном процессе ФГБОУ ВПО «Ангарская государственная техническая академия» при изучении следующих дисциплин: «Технологические процессы и производства», «Гидравлика», «Процессы и аппараты химических технологий».
На защиту выносятся:
1. Механизм формирования развитой поверхности контакта фаз и интенсификации массообмена при абсорбции аммиака и метиламинов за счет конструктивных особенностей регулярной ленточной насадки, обеспечивающих организованный переток жидкости с одного элемента насадки на другой.
2. Математическая модель процесса абсорбции аммиака и метилами-нов из газовых смесей на высокоэффективной регулярной ленточной на-садке, позволяющая определить распределение концентраций компонентов по высоте слоя насадки, значение концентрации каждого компонента в га-зовой фазе на выходе из колонны, а так же значение объемного коэффициента массопередачи при разных условиях абсорбции.
3. Зависимость распределения концентрации триметиламина в газо-вой фазе по высоте слоя насадки от коэффициента избытка жидкости, в соответствии с которой при коэффициенте избытка q=2на кривой распределения возникает экстремум, объясняющийся относительным снижением скорости абсорбции триметиламина водой в результате снижения расхода воды и увеличения ее температуры.
Апробация работы. Основные результаты по теме диссертационной работы были доложены и обсуждены на XXIV международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях ММТТ - 24» (г. Саратов, Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А., 2011 г.); на V Всероссийском конкурсе молодых ученых (РАН, г. Миасс Челябинской обл., 2013); на 41, 42 и 43 научно-технической конференции аспирантов и студентов (г. Комсомольск-на- Амуре, ФГБОУ ВПО Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет, 2011, 2012, 2013); на IV Региональной научно-технической конференции молодых специалистов ОАО «Ангарская нефте-химическая компания» (Ангарск, 2011); на межвузовской научно-технической конференции «Современные технологии и научно=технический прогресс» (г. Ангарск, АГТА, 2011 г., 2014 г.).
Получено 2 патента РФ на изобретение №2467792 «Регулярная на-садка для массообменных аппаратов», №2461419 «Способ изготовления регулярной насадки для массообменных аппаратов».
Публикации. По теме диссертации опубликовано 21 работа, в том числе 5 статей в журналах из перечня ВАК и получено 2 патента на изобретение РФ.
Личный вклад состоит в том, что автор принимал участие в планировании и проведении экспериментов по определению гидравлического сопротивления сухой и орошаемой насадки, по определению объемных коэффициентов массопередачи при абсорбции аммиака водой, проводил анализ экспериментальных данных, разработал математическую модель абсорбции многокомпонентной газовой смеси, содержащей аммиак и метиламины, разработал практические рекомендации по ведению процесса.
Важным промышленным процессом является абсорбционная очистка технологических газов от аммиака и метиламинов на насадочном контакт-ном устройстве в производстве метиламинов методом каталитического аминирования метанола в паровой фазе под давлением. На данном производстве образуются технологические газовые выбросы, которые подлежат улавливанию в абсорберах с последующей утилизацией. В настоящее время в качестве контактного устройства используются керамические кольца Рашига, которые не обеспечивают требуемую степень очистки газа от аммиака и метиламинов по причине низкой интенсивности массопереноса. Концентрация аммиака и метиламинов в газовой фазе на выходе с действующей насадочной колонны превышает технологическую норму и составляет более 20 г/м3. Как показывает анализ литературных данных, использование для абсорбции аммиака и метиламинов хордовой и трубчатой насадок также не в состоянии обеспечить требуемую степень очистки газа [114]. Интенсивность процесса абсорбции может быть увеличена за счет замены кольцевой насадки на высокоэффективную ленточную регулярную насадку.
В связи с этим научное изучение и интенсификация процессов массопереноса при абсорбции аммиака и метиламинов из многокомпонентной газовой смеси в насадочном абсорбере являются актуальными.
Работа выполнена в рамках в рамках государственного задания Министерства образования и науки РФ «Разработка, моделирование и испытание новых высокоэффективных регулярных насадок для тепло- и массообменных процессов в газожидкостных системах», номер государственной регистрации НИР 01201257744, а также в рамках хоздоговора №1734-13 «Расчет эффективности работы абсорберов позиции А-200, А-200а схемы утилизации хвостовых газов установки 71/2 цеха 39/71 химического завода ОАО «АНХК».
Степень разработанности темы. Задачу интенсификации абсорбционных массообменных процессов решали В.М. Рамм, Л.В. Алекперова, Ю.В. Аксельрод, В.В. Дильман, А.В. Тимофеев, В.С. Леонтьев, А.М. Каган, Л.А. Юдина и др. По результатам их исследований получены эмпирические уравнения зависимости интенсификации процесса от различных параметров. Разработаны конструкции насадок для проведения массообменных процессов, позволяющие интенсифицировать процесс массопередачи в не-которых газожидкостных системах. Однако для абсорбции смеси аммиаки и метиламинов высокоэффективная насадка не была предложена.
Цель работы заключается в увеличении интенсивности процесса абсорбции аммиака и метиламинов из многокомпонентных газовых смесей за счет создания развитой поверхности контакта фаз в слое регулярной лен-точной насадки.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Установить зависимость гидравлического сопротивления слоя сухой регулярной ленточной насадки от приведенной скорости газа, критерия Рейнольдса и конструктивных параметров насадки. Получить эмпирические уравнения для расчета гидравлического сопротивления сухой ленточной насадки.
2. Определить влияние плотности орошения на гидравлическое сопротивление орошаемой регулярной ленточной насадки при различных скоростях газа. Установить влияние конструкции насадки на механизм формирования развитой поверхности контакта фаз. Выполнить сравни-тельный анализ гидравлических характеристик ленточной насадки с насадками, используемыми в настоящее время.
3. Установить возможность интенсификации массообмена за счет увеличения удельной поверхности контакта фаз, равномерности распределения жидкости и увеличения объемных коэффициентов массопередачи при абсорбции аммиака из смеси с воздухом водой на высокоэффективной регулярной ленточной насадке.
4. Разработать адекватную математическую модель процесса абсорбции аммиака и метиламинов из газовых смесей с учетом основного уравнения массопередачи, уравнений теплового и материального баланса. Установить влияние коэффициента избытка жидкости на распределение концентраций компонентов по высоте слоя насадки.
5. На основе результатов математического моделирования и результатов экспериментов разработать практические рекомендации по интенсификации абсорбции аммиака и метиламинов из многокомпонентных газовых смесей и по выбору параметров технологических режимов эксплуатации абсорбционных колонн.
Методология и методы исследования. Поставленные задачи решались с применением теории экспериментов, положений теории гидродинамики, физических и химических методов исследования и математического моделирования.
В ходе экспериментов использовались стандартные средства контроля, при обработке экспериментальных данных применялись методы математической статистики и анализа.
Степень достоверности результатов работы. Достоверность полученных результатов, выводов и разработанных рекомендаций основывается на высокой надежности применяемых методов исследования, а также на результатах моделирования процесса абсорбции и согласованности результатов расчета процесса массопередачи на ленточной насадке двумя методами.
Научная новизна работы:
1. Установлено, что в диапазонах значений давления (0,99-1,05 ат) и температуры (20-23ОС) абсорбционной колонны гидравлическое сопротивление сухой ленточной насадки существенно зависит от таких конструктивных параметров как свободный объем абсорбера, проходное сечение и регулярность компоновки элементов в слое. В связи с этим сухая ленточная насадка (d3=0,011 м), созданная с учетом влияния данных параметров, обеспечивает снижение гидравлического сопротивления по сравнению с кольцами Рашига (d3=0,0085 м) в среднем в 4,4-6,5 раза, а в сравнении с седлами Берля (d3=0,012 м) в среднем в 1,5-2,2 раза.
2. Установлено, что в режиме орошения ленточной насадки действует механизм формирования развитой поверхности контакта фаз за счет конструктивно организованных перетоков жидкости с одного элемента на-садки на другой, при этом гидравлическое сопротивление орошаемой лен-точной насадки (d,=0,011 м) становится ниже сопротивления орошаемых колец Рашига (d3=0,0085 м) в среднем в 3,4-4,4 раза, и ниже сопротивления орошаемой регулярной листовой рифленой насадки (d3=0,01 м) в среднем в 1,06-1,23 раза в исследованном диапазоне плотностей орошения.
3. Установлено, что на регулярной насадке интенсификация поглощения аммиака обеспечивается за счет увеличения удельной поверхности контакта фаз, равномерности распределения жидкости и увеличения объемных коэффициентов массопередачи, при этом объемный коэффициент массопередачи при абсорбции аммиака на регулярной ленточной насадке (J3=0,011 м) в среднем в 1,11-1,28 раза выше, чем на хордовой насадке, в 1,45-1,55 раза выше, чем на кольцах Рашига (25x25x3), и в 2,61-4,49 раза выше, чем на трубчатой насадке.
4. Установлено, что учет основных параметров массопередачи (коэффициента массопередачи в жидкой фазе, коэффициента избытка расхода воды) в математической модели процесса абсорбции аммиака и метилами-нов позволяет определить распределение компонентов по высоте слоя на-садки и объемные коэффициенты массопередачи. Показано, что при коэффициенте избытка расхода жидкости q=2на кривой распределения триметиламина возникает экстремум, объясняющийся относительным снижением скорости абсорбции в результате снижения расхода воды и увеличения ее температуры.
Теоретическая значимость работы. Получена теоретическая зависимость распределения концентрации триметиламина в газовой фазе по высоте слоя насадки от коэффициента избытка жидкости, анализ которой позволил выработать рекомендации по поддержанию коэффициента избытка жидкости не менее 3 с целью увеличения интенсивности абсорбции триметиламина. Получены уравнения для расчета гидравлического сопротивления регулярной ленточной насадки, которые могут быть использованы при анализе гидродинамики насадочных аппаратов. Предложена методика расчета насадочного аппарата для абсорбции аммиака и метиламинов из газовых смесей с новой ленточной насадкой, которая рекомендуется к использованию при разработке промышленных высокоэффективных аппаратов.
Практическая ценность работы обусловлена тем, что разработана высокоэффективная регулярная ленточная насадка, предназначенная для интенсификации процесса абсорбции аммиака и метиламинов из газовых смесей, которая позволит на 10% снизить потери метиламинов на стадии абсорбции уст. 71/2 цеха 39/71 химического завода ОАО «АНХК» при существенном снижении материалоемкости насадки. Ожидаемый экономический эффект от внедрения насадки составит 1,213 млн. руб. в год.
Применение ленточной насадки обеспечивает снижение затрат энергии на преодоление потоком газа гидравлического сопротивления колонны в 2 раза.
Результаты исследований описанных в данной диссертации используются в учебном процессе ФГБОУ ВПО «Ангарская государственная техническая академия» при изучении следующих дисциплин: «Технологические процессы и производства», «Гидравлика», «Процессы и аппараты химических технологий».
На защиту выносятся:
1. Механизм формирования развитой поверхности контакта фаз и интенсификации массообмена при абсорбции аммиака и метиламинов за счет конструктивных особенностей регулярной ленточной насадки, обеспечивающих организованный переток жидкости с одного элемента насадки на другой.
2. Математическая модель процесса абсорбции аммиака и метилами-нов из газовых смесей на высокоэффективной регулярной ленточной на-садке, позволяющая определить распределение концентраций компонентов по высоте слоя насадки, значение концентрации каждого компонента в га-зовой фазе на выходе из колонны, а так же значение объемного коэффициента массопередачи при разных условиях абсорбции.
3. Зависимость распределения концентрации триметиламина в газо-вой фазе по высоте слоя насадки от коэффициента избытка жидкости, в соответствии с которой при коэффициенте избытка q=2на кривой распределения возникает экстремум, объясняющийся относительным снижением скорости абсорбции триметиламина водой в результате снижения расхода воды и увеличения ее температуры.
Апробация работы. Основные результаты по теме диссертационной работы были доложены и обсуждены на XXIV международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях ММТТ - 24» (г. Саратов, Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А., 2011 г.); на V Всероссийском конкурсе молодых ученых (РАН, г. Миасс Челябинской обл., 2013); на 41, 42 и 43 научно-технической конференции аспирантов и студентов (г. Комсомольск-на- Амуре, ФГБОУ ВПО Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет, 2011, 2012, 2013); на IV Региональной научно-технической конференции молодых специалистов ОАО «Ангарская нефте-химическая компания» (Ангарск, 2011); на межвузовской научно-технической конференции «Современные технологии и научно=технический прогресс» (г. Ангарск, АГТА, 2011 г., 2014 г.).
Получено 2 патента РФ на изобретение №2467792 «Регулярная на-садка для массообменных аппаратов», №2461419 «Способ изготовления регулярной насадки для массообменных аппаратов».
Публикации. По теме диссертации опубликовано 21 работа, в том числе 5 статей в журналах из перечня ВАК и получено 2 патента на изобретение РФ.
Личный вклад состоит в том, что автор принимал участие в планировании и проведении экспериментов по определению гидравлического сопротивления сухой и орошаемой насадки, по определению объемных коэффициентов массопередачи при абсорбции аммиака водой, проводил анализ экспериментальных данных, разработал математическую модель абсорбции многокомпонентной газовой смеси, содержащей аммиак и метиламины, разработал практические рекомендации по ведению процесса.
1. Конструктивные параметры регулярной ленточной насадки (J3=0,011 м), созданной на основе положений гидродинамической теории, обеспечивают снижение гидравлического сопротивления по сравнению с кольцами Рашига (15*15*2) в 4,5-6,5 раза, а по сравнению с седлами Берля в среднем в 1,5-2,2 раза в исследованном диапазоне приведенных скоростей газа и критерия Рейнольдса. Полученные эмпирические уравнения для расчета гидравлического сопротивления сухой ленточной насадки рекомендуются к использованию при разработке промышленных абсорберов.
2. Конструкция предложенной ленточной насадки (J3=0,011 м), отличающаяся большим свободным объемом, позволяет в режиме орошения снизить гидравлическое сопротивление по сравнению с кольцами Рашига (J3=0,0085 м) в 3,4-4,4 раза, а по сравнению с регулярной листовой рифленой насадкой (А 0,01 м) в 1,06-1,23 раза в исследованном диапазоне плотностей орошения. Внедрение регулярной ленточной насадки обеспечит снижение затрат энергии на преодоление гидравлического сопротивления слоя ленточной насадки.
3. Использование предложенной высокоэффективной регулярной лен-точной насадки обеспечивает интенсификацию процесса абсорбции аммиака и метиламинов из газовых смесей и повышение степени очистки газа за счет создания развитой поверхности контакта фаз. Интенсификация процесса абсорбции позволяет на 10% повысить степень очистки газа и, соответственно, снизить концентрацию аммиака и метиламинов на выходе с колонны, при существенном снижении материалоемкости насадки. Ожидаемый экономический эффект от внедрения насадки на ОАО «Ангарская нефтехимическая компания» составит 1,213 млн. руб. в год.
4. Интенсификация процесса абсорбции аммиака и метиламинов в абсорберах с регулярной ленточной насадкой достигается путем создания гидродинамического механизма с развитой поверхностью контакта фаз за счет высокой удельной поверхности насадки и равномерного распределения жидкости, обеспечиваемого конструктивно организованными перетоками жидкости с одного элемента насадки на другой, при этом объемный коэффициент массопередачи в жидкой фазе на регулярной ленточной насадке (модификация 2, J3=0,011 м) в среднем в 1,11-1,28 раза выше, чем на хордовой насадке, в 1,45¬1,55 раза выше, чем на кольцах Рашига (25x25x3), и в 2,61-4,49 раза выше, чем на трубчатой насадке.
5. Математическая модель процесса абсорбции, предложенная на основе учета многокомпонентности газовой смеси, позволяет установить характер распределения концентрации триметиламина по высоте слоя насадки, который зависит от коэффициента избытка расхода жидкости. При коэффициенте избытка q=2на кривой распределения возникает экстремум, объясняющийся относительным снижением скорости абсорбции триметиламина водой в результате снижения расхода воды и увеличения ее температуры. Это позволяет рекомендовать в расчетах по абсорбции аммиака и метиламинов из газовых смесей использовать коэффициент избытка расхода воды не менее 3 (q>3).
6. Методика расчета промышленного абсорбера с регулярной ленточной насадкой, разработанная на основе математической модели процесса и учета влияния конструктивных особенностей ленточной насадки на скорость абсорбции, является адекватной и позволяет определить основные параметры слоя насадки (высоту, диаметр), а также объемный коэффициент массопередачи и распределение концентраций компонентов по высоте слоя насадки.
2. Конструкция предложенной ленточной насадки (J3=0,011 м), отличающаяся большим свободным объемом, позволяет в режиме орошения снизить гидравлическое сопротивление по сравнению с кольцами Рашига (J3=0,0085 м) в 3,4-4,4 раза, а по сравнению с регулярной листовой рифленой насадкой (А 0,01 м) в 1,06-1,23 раза в исследованном диапазоне плотностей орошения. Внедрение регулярной ленточной насадки обеспечит снижение затрат энергии на преодоление гидравлического сопротивления слоя ленточной насадки.
3. Использование предложенной высокоэффективной регулярной лен-точной насадки обеспечивает интенсификацию процесса абсорбции аммиака и метиламинов из газовых смесей и повышение степени очистки газа за счет создания развитой поверхности контакта фаз. Интенсификация процесса абсорбции позволяет на 10% повысить степень очистки газа и, соответственно, снизить концентрацию аммиака и метиламинов на выходе с колонны, при существенном снижении материалоемкости насадки. Ожидаемый экономический эффект от внедрения насадки на ОАО «Ангарская нефтехимическая компания» составит 1,213 млн. руб. в год.
4. Интенсификация процесса абсорбции аммиака и метиламинов в абсорберах с регулярной ленточной насадкой достигается путем создания гидродинамического механизма с развитой поверхностью контакта фаз за счет высокой удельной поверхности насадки и равномерного распределения жидкости, обеспечиваемого конструктивно организованными перетоками жидкости с одного элемента насадки на другой, при этом объемный коэффициент массопередачи в жидкой фазе на регулярной ленточной насадке (модификация 2, J3=0,011 м) в среднем в 1,11-1,28 раза выше, чем на хордовой насадке, в 1,45¬1,55 раза выше, чем на кольцах Рашига (25x25x3), и в 2,61-4,49 раза выше, чем на трубчатой насадке.
5. Математическая модель процесса абсорбции, предложенная на основе учета многокомпонентности газовой смеси, позволяет установить характер распределения концентрации триметиламина по высоте слоя насадки, который зависит от коэффициента избытка расхода жидкости. При коэффициенте избытка q=2на кривой распределения возникает экстремум, объясняющийся относительным снижением скорости абсорбции триметиламина водой в результате снижения расхода воды и увеличения ее температуры. Это позволяет рекомендовать в расчетах по абсорбции аммиака и метиламинов из газовых смесей использовать коэффициент избытка расхода воды не менее 3 (q>3).
6. Методика расчета промышленного абсорбера с регулярной ленточной насадкой, разработанная на основе математической модели процесса и учета влияния конструктивных особенностей ленточной насадки на скорость абсорбции, является адекватной и позволяет определить основные параметры слоя насадки (высоту, диаметр), а также объемный коэффициент массопередачи и распределение концентраций компонентов по высоте слоя насадки.