Закономірності масопередачі в процесі вакуум-імпульсної десорбції легколетких компонентів із рідких відходів хімічних підприємств - Автореферат

Один з методів інтенсифікації цих процесів полягає у здійсненні масообміну в режимі інверсій фаз, коли у процесі безперервного оновлення міжфазної поверхні почергово кожна з фаз становиться то дисперсною, то дисперсійною. Цей метод є особливо ефективним у системах, де спостерігається кипіння рідини при температурі нижчій за нормальну температуру кипіння, при чому підчас кипіння з рідини десорбуються легколеткі гази. Однак, розробка цього процесу і створення десорбера для його реалізації ускладнюється відсутністю теоретичного обґрунтування процесу і надійних експериментальних даних, які можна було б покласти в основу методики розрахунку і вибору основних параметрів процесу і апарату. Дисертацію виконано на кафедрі хімічної техніки та промислової екології Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут” в рамках проведення досліджень відповідно до Державної науково-технічної програми та координаційного плану “Розробка наукових основ хімічної технології, створення нових неорганічних речовин і матеріалів, комплексної хімічної переробки мінеральної сировини України” (№ 0196W000134), а також відповідно до госпдоговірної теми “Розробка концепції та нових технологій рекультивації полігонів і переробки промислових і побутових відходів” з ОАТ “Укр.промекологія” (м. Обєктом дослідження є процес десорбції легколетких компонентів із рідких відходів хімічних підприємств, що мають температуру нижчу за нормальну температуру кипіння (далі “недогріта рідина”), за рахунок організації процесу кипіння шляхом циклічної зміни тиску в апараті (вакуум-імпульсного режиму).У першому розділі наведено аналітичний огляд теоретичних і експериментальних даних щодо процесу десорбції легколетких компонентів із рідких відходів хімічних підприємств, засобів інтенсифікації масообмінних процесів при десорбції, теоретичних і практичних основ кипіння рідини при температурах, нижчих за нормальну температуру кипіння. У другому розділі “Теоретичні основи процесу десорбції легколетких компонентів із недогрітої рідини з застосуванням імпульсно-вакуумного режиму” розглянуто моделі формування барботажного шару при кипінні недогрітої рідини і динаміки парових бульбашок, а також модель процесу кипіння недогрітої рідини при вакуум-імпульсному режимі. Відомо, що процес пароутворення практично не залежить від розміру поверхні апарату та висоти рівня рідини над нею, тому обємне пароутворення і поверхня контакту фаз залежить від швидкості росту газової бульбашки, частоти відриву (створення) парових бульбашок та їх коалесценції. На основі аналізу відомих літературних джерел і власних попередніх експериментів було встановлено, що тиск в системі і частота зміни тиску суттєво впливають на інтенсивність використання тепла, акумульованого в рідині. В третьому розділі “Методи дослідження процесу десорбції легколетких компонентів із рідких відходів хімічних підприємств з застосуванням імпульсних режимів” наведено методики: проведення досліджень на лабораторній і дослідній установках, визначення масових концентрацій легколетких компонентів в рідині, ступеню відгонки компонентів, а також основні рівняння для визначення коефіцієнтів масопередачі, масовіддачі і основних критеріїв Nu, Re, Pr.У дисертації наведено вирішення актуальної науково-практичної задачі розробки теоретичних основ і шляхів інтенсифікації десорбції легколетких компонентів із рідких відходів хімічних підприємств в апараті миттєвого кипіння з циклічними змінами тиску, та зроблені наступні висновки: 1 Розроблені математичні моделі формування барботажного шару і процесу кипіння недогрітої рідини при вакуум-імпульсному режимі. 2 Для досліджуваного процесу отримані дані по величині коефіцієнтів масовіддачі при проведенні процесу десорбції аміаку із рідких відходів хімічних підприємств з застосуванням вакуум-імпульсних режимів, підтверджена адекватність моделей і доведено, що напрямок інтенсифікації масообмінних процесів має перевагу перед всіма відомими. 3 Встановлено кінетичні закономірності і механізм процесу десорбції легколетких компонентів при кипінні недогрітої рідини з використанням вакуум-імпульсних режимів, що дає змогу розробити математичну модель та рекомендації щодо проектування апарату. 5 В результаті аналізу якісних експериментів по десорбції морфоліну із рідких відходів хімічних підприємств і розпарювання рідких відходів хімічних підприємств травильних відділень було показано, що модельні уявлення про метод інтенсифікації масообмінних процесів з використанням імпульсно-вакуумних режимів застосовні в цих випадках, що дає підставу судити про універсальності математичних моделей, розроблених в дисертації. 6 Практична цінність отриманих результатів полягає у виборі типу десорбера для проведення процесу, розробки методики і алгоритму його розрахунку , створенні апаратурно-технологічної схеми процесу підготовки рідких відходів хімічних підприємств.

Основний зміст роботи

У дисертації наведено вирішення актуальної науково-практичної задачі розробки теоретичних основ і шляхів інтенсифікації десорбції легколетких компонентів із рідких відходів хімічних підприємств в апараті миттєвого кипіння з циклічними змінами тиску, та зроблені наступні висновки: 1 Розроблені математичні моделі формування барботажного шару і процесу кипіння недогрітої рідини при вакуум-імпульсному режимі. Використовуючи моделі, обґрунтовано і визначено цикли зміни тиску в апаратах для десорбції легколетких компонентів.

2 Для досліджуваного процесу отримані дані по величині коефіцієнтів масовіддачі при проведенні процесу десорбції аміаку із рідких відходів хімічних підприємств з застосуванням вакуум-імпульсних режимів, підтверджена адекватність моделей і доведено, що напрямок інтенсифікації масообмінних процесів має перевагу перед всіма відомими. Показано, що коефіцієнт масовіддачі, при проведенні вакуум-імпульсних режимів в 1,5...2 рази вищий в порівнянні з методом інтенсифікації, заснованим на збільшенні відносних швидкостей контакту фаз, в 1,3 - 1,5 вище в порівнянні зі стаціонарними вакуумними режимами.

3 Встановлено кінетичні закономірності і механізм процесу десорбції легколетких компонентів при кипінні недогрітої рідини з використанням вакуум-імпульсних режимів, що дає змогу розробити математичну модель та рекомендації щодо проектування апарату.

4 Визначені найбільш раціональні параметри циклів для десорбції NH3 із рідких відходів хімічних підприємств: повний цикл ф1-4 ф3-2 =5 хв.,ф3-2 - висмоктування паро-газової суміші з повним виводом газових бульбашок - 3,6 хв., ф1-4 - підвищення тиску - 1,33 хв., зміна тиску від 0,133 МПА до 0,05 МПА. Ці значення узгоджуються з розрахунками по формулам математичних моделей. Розбіжності в значеннях не перевищують 3 %.

5 В результаті аналізу якісних експериментів по десорбції морфоліну із рідких відходів хімічних підприємств і розпарювання рідких відходів хімічних підприємств травильних відділень було показано, що модельні уявлення про метод інтенсифікації масообмінних процесів з використанням імпульсно-вакуумних режимів застосовні в цих випадках, що дає підставу судити про універсальності математичних моделей, розроблених в дисертації.

6 Практична цінність отриманих результатів полягає у виборі типу десорбера для проведення процесу, розробки методики і алгоритму його розрахунку , створенні апаратурно-технологічної схеми процесу підготовки рідких відходів хімічних підприємств. Практична цінність також підтверджується розрахунками очікуваного економічного ефекту від впровадження розробки на Лисичанському содовому заводі (Україна), очікуваний економічний ефект становить 743 тис. грн. за рік. Рекомендації прийняті до впровадження також виробничим обєднанням ВО „Чернівцілегмаш”.

Перелік робіт, опублікованих за темою дисертації

1. А.Ю. Масикевич, В.Ф. Райко, В.П. Шапорев, О.А. Лопухина. О формировании барботажного слоя при кипении недогретой жидкости // Восточноевропейский журнал передовых технологий. - Харьков: Техн. центр, 2005. - № Ѕ (13).- С. 107-111.

Особистий внесок: здобувач запропонував фізичну модель рівноваги бульбашок у недогрітій рідині

2. А.Ю. Масикевич, В.П. Шапорев, О.А. Лопухина. Исследование процесса десорбции аммиака из сточных вод в аппарате с вакуум-импульсным режимом // Інтегровані технології та енергозбереження. - Харьков: НТУ „ХПІ”, 2005 - № 1. - С. 53-61.

Особистий внесок: здобувач провів експеримент процесу десорбції аміака зі рідких відходів хімічних підприємств в апараті

3. А.Ю. Масикевич, В.П. Шапорев, В.Ф. Райко, О.А. Лопухина. Экспериментальное изучение кинетики десорбции NH3 из сточных вод при использовании вакуума и вакуум-импульсного режима // Вісник Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”.- Харків: НТУ “ХПІ”, 2004.- № 41 (13).- С. 35-47.

Особистий внесок: здобувач провів експеримент процесу вивчення кінетики десорбції NH3 і виконав обробку експериментальних даних

4. В.П. Шапорев, В.Ф. Райко, А.Ю. Масикевич. К теории процесса кипения недогретой жидкости при вакуум-импульсном режиме // Вісник Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”. - Харків: НТУ “ХПІ”, 2005.- № 27.- С. 159-167.

Особистий внесок: здобувач прийняв участь у створенні математичної моделі процесу кипіння і запропонував методи рішення рівнянь моделі з заданими граничними умовами

5. В.П. Шапорев, В.Ф. Райко, А.Ю. Масікевич. Згідно теорії процесу кипіння недогрітої рідини при вакуум-імпульсному режимі // Тези четвертої міжнародної наукової конференції „Молодь у вирішенні регіональних та транскордонних проблем екологічної безпеки”. - м. Чернівці: Зелена Буковина, 2005.- С. 337-346.

Особистий внесок: здобувач розробив теорію процесу кипіння недогрітої рідини при вакуумно-імпульсному режимі.

6. А.Ю. Масикевич, С.А. Терещенко, В.П. Шапорев, Способ очистки промышленных сточных вод от свободного аммиака // Тези третьої міжнародної наукової конференції „Молодь у вирішенні регіональних та транскордонних проблем екологічної безпеки. - м. Чернівці: Зелена Буковина, 2004.- С. 209-210.

Особистий внесок: здобувач запропонував схему очистки рідких відходів хімічних підприємств

7. А.Ю. Масикевич, В.П. Шапорев. Исследование процесса очистки сточных вод от свободного аммиака // Тези доповідей учасників науково-практичної конференції „Інтелектуальні системи прийняття рішень та інформаційні технології”.- м. Чернівці: 2004.- С. 85-86.

Особистий внесок: здобувач провів експеримент.