Ресурсоощадні процеси і апарати для кондиціювання води абсорбцією, десорбцією і окисленням домішок - Автореферат

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИДисертацію присвячено дослідженню кінетики ресурсоощадних процесів абсорбції кисню з повітря, десорбції діоксиду вуглецю та сірководню в краплях і плівках, які утворюються внаслідок розбризкування води при невеликих напорах (0,2 - 0,5 м), окислення двовалентного заліза та нафтопродуктів в електролізері та кавітаційному реакторі. Створені структурні математичні моделі кінетики масообміну в краплях та плівках, на основі експериментальних досліджень визначено кінетичні коефіцієнти та підтверджена адекватність математичних моделей. Виконана техніко-економічна оцінка результатів роботи, запропоновано новий спосіб окислення забруднень води та пристрій для нього з використанням нової конструкції кавітаційного реактора. Ключові слова: ресурсоощадження, абсорбція, десорбція, окислення, краплі, плівки, кавітаційний реактор, електролізер. В экспериментальной части получены следующие результаты: на лабораторных стендах определены диаметры капель, образующиеся при вытекании воды из отверстий, диаметрами 2 - 6 мм, скорости их падения и время пребывания в воздухе; определены толщина пленок, скорость их движения и время стекания при линейной плотности орошения q = м2/с и высоте трубы Н = 2 - 6,5 м;Зекономити ресурси доцільно попереднім частковим кондиціюванням води у найпростіших безнасадкових апаратах для абсорбції О2, десорбціїї СО2, H2S і окислення Fe2 , нафтопродуктів з розбризкуванням води під невеликими напорами (до 0,5 м) з малих висот падіння крапель і стікання плівок. Удосконалення існуючих та розробка нових процесів і апаратів для кондиціювання підземних та стічних вод з метою економії ресурсів; розробка методик розрахунку на підставі теоретичних та експериментальних досліджень гідродинаміки і кінетики абсорбції О2 повітря, десорбції СО2, H2S, окислення Fe2 , нафтопродуктів в краплях, плівках з використанням малих напорів у розбризкувачах та висот падіння, а також в електролізерах і кавітаційних реакторах; розробка нових способів, апаратів та рекомендацій по використанню результатів роботи. Для досягнення поставленої мети вирішувалися такі завдання: вибір напрямку дослідження; розроблення нових і використання відомих найбільш прогностичних структурних математичних моделей процесів абсорбції, десорбції в краплях, плівках та через поверхню води в резервуарах; з урахуванням літературних рекомендацій та математичних моделей розроблення методик та виготовлення експериментальних стендів; вивчення закономірностей гідродинаміки і кінетики процесів дифузійного масообміну та окислення в системі рідина - газ, аналіз та узагальнення результатів; дослідження кінетики окислення Fe2 та нафтопродуктів в електролізерах і кавітаційному реакторі (КР), визначення кінетичних констант та розробка методик і прикладів розрахунку крапельно-плівкових десорберів СО2 та КР для окислення нафтопродуктів; розроблення нових конструкцій апаратів і їх впровадження, рекомендацій з використання результатів роботи та їх загальна економічна оцінка. Вперше одержані та узагальнені наступні наукові результати, які виносяться на захист: розроблені і перевірені на адекватність найбільш прогностичні структурні математичні моделі процесів абсорбції і десорбції в краплях та через горизонтальну поверхню води; чисельно розвязана математична модель переносу маси в плівках (раніше це робилось у вигляді узагальнення експериментальних даних критеріальними рівняннями або чисельними методами); вивчена кінетика процесів абсорбції О2, десорбції СО2, Н2S та окислення іонів Fe2 в краплях, струминах, плівках води під малими напорами в розбризкувачах; одержано величини кінетичних коефіцієнтів для інженерних розрахунків при проектуванні апаратів;У першому розділі розглянуто вимоги до якості води, критично проаналізовані існуючі процеси і апарати для абсорбції, десорбції, генерації озону для окислення домішок, а також основні фактори, які впливають на кінетику цих процесів. Стенд для дослідження гідродинаміки і кінетики масообміну та окислення Fe2 в краплях складався з ємностей для порцій розчину чи води у вигляді циліндрів з органічного скла діаметром 40 мм і висотою 800 мм, з отворами в дні діаметрами d0 =2, 4, 6 мм; для струмин і плівок використовувались баки ємністю 5 л, розташовані на висоті 6,5 м, з яких вода через шланг подавалась до насадок (струмини) під кутами 30, 45о або до розбризкувачів, які фіксувались на різних висотах (2 - 6,5 м) у пластмасовій трубі висотою 6 м і внутрішнім діаметром 80 мм. Методика дослідів по гідродинаміці полягала у вимірюванні діаметрів крапель, які витікали з отворів d0 та часу їх падіння з різної висоти Н (1 - 24 м); часу стікання плівки з різної висоти в трубі (2 - 6 м).

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ