Совершенствование тепло-диффузионных аппаратов на базе математического моделирования температурных полей (на примерах аппаратов производства монометиланилина и изолирующих дыхательных аппаратов) - Автореферат
Принципы расчета нестационарных температурных полей в регенеративном теплообменнике. Модернизация производства монометиланилина, обеспечивающая повышение производительности оборудования и снижение энергопотребления за счет использования вторичного тепла.
Аннотация к работе
Совершенствование тепло-диффузионных аппаратов на базе математического моделирования температурных полей (на примерах аппаратов производства монометиланилина и изолирующих дыхательных аппаратов)Стремительное развитие вычислительной техники и методов математического моделирования создает уникальные предпосылки для решения важнейшей задачи химической технологии - повышения уровня энерго-и ресурсосбережения химических производств за счет применения в расчетах аналитических решений математических моделей нестационарных процессов тепло-и массопереноса. Условия осуществления процессов тепло-и массопереноса, особенно при наличии химических превращений и фазовых переходов, часто определяют уровень энерго-и ресурсосбережения производств и, как следствие, себестоимость и конкурентоспособность выпускаемой продукции. Работа выполнялась в рамках ФЦНТП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники на 2002 - 2006 гг.» (шифр РИ - 16.0/008/223), ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007 - 2012 гг.», государственного контракта № 02.513.11.3377 от 26 ноября 2007 г. аналитический расчет нестационарных температурных полей в регенеративном теплообменнике (РТ) при проектировании изолирующих дыхательных аппаратов (ИДА), обеспечивающих комфортные условия работы (температура смеси на вдохе, сопротивление дыханию, объем вдыхаемой смеси, частота дыхания). Разработаны математические модели нестационарных процессов теплообмена (в многокомпонентной парожидкостной смеси при наличии фазовых переходов; в насыпном слое катализатора при наличии химических превращений) и метод аналитического решения уравнений математических моделей, с использованием которых усовершенствовано аппаратурно-технологическое оформление производства ММА по критерию энергосбережения.В первой главе дан обзор методов математического моделирования температурных полей теплообменных аппаратов; приведен анализ технологических схем (ТС) производства ММА, представлены конструкции используемых контактных аппаратов и теплообменного оборудования; рассмотрены особенности РТ индивидуальных дыхательных аппаратов. Приводятся постановки и вид решения линейных задач, используемых для моделирования температурных полей в потоках теплоносителей и конструкционных элементах рассматриваемых аппаратов: 1) задача нестационарной теплопроводности для двухслойного неограниченного полого цилиндра, описывающая температурное поле теплоизолированного корпуса аппаратов; 3) задача стационарной теплопроводности для однослойного ограниченного полого цилиндра с переменной температурой окружающей среды, описывающая температурное поле стенки труб трубного пучка контактного аппарата в процессе регенерации катализатора; Разработаны математическая модель процесса парциальной конденсации многокомпонентной парожидкостной смеси, расчетная методика и пакет компьютерных программ, позволяющих определить температурное поле аппарата, а также текущий состав жидкой и паровой фаз в процессах конденсации и испарения. Определение температурного поля в аппарате предполагает выполнение многократного последовательного расчета всех локальных областей, составляющих аппарат; при наличии фазовых превращений рассчитываются покомпонентные количества теплоносителей, изменяющих свое агрегатное состояние.