Закономірності тепло-масообмінних процесів концентрування розчину хлориду натрію в апараті прямого контакту - Автореферат

Це завдання повязано із правильним вибором контактного пристрою й способу контактування потоків повітря й рідини, які дозволяли б тривалий час у сталому режимі працювати апарату в умовах кристалізації солі. Таким чином, проведення досліджень тепломасообмінних процесів, що мають метою розробку й проектування нових контактних апаратів, придатних для концентрування розчинів, зокрема хлориду натрію, і кристалізації з них солей методом випарного охолодження є актуальною науковою задачею на вирішення якої спрямовано цю дисертаційну роботу. Метою дисертаційної роботи є встановлення закономірностей тепломасообмінних і гідродинамічних процесів випарного концентрування сольових розчинів за для створення перспективних апаратів, що дозволяють реалізувати процес одержання повареної солі з її очищеного розчину за рахунок ВЕР содового виробництва. створити лабораторну установку й розробити методику розрахунку коефіцієнтів переносу ентальпії й масопередачі в процесі випарного охолодження розчину хлориду натрію, яке супроводжується кристалізацією солі; перевірити технічну можливість роботи апарату в умовах кристалізації солі в процесі випарного концентрування розчину хлориду натрію;Аналіз наявних у літературі даних по тепло-масообміну й гідродинаміці провальних тарілок показав, що гідродинаміка газорідинної взаємодії на провальних тарілках вивчена досить повно, однак, головним чином на системі вода - повітря. З відомих методів розрахунку процесу випарного охолодження найбільший інтерес представляє метод, заснований на уяві про тепло-і масообмін як про єдиний процес переносу ентальпії, де різниця ентальпій повітря, рівноважного з рідиною, і фактично контактуючого з нею, є рушійною силою процесу випарного охолодження рідини, а його кінетика визначається наступною формулою Конструкція стенда включала комплект приладів для виміру параметрів процесу (витрат повітря й рідини, їх температури, абсолютного тиску повітря на вході в стенд і втрати тиску в апараті). Перевірка придатності відомих даних по гідравлічному опору й гідродинамічних режимах роботи провальних тарілок до системи розчин хлориду натрію - повітря показало, що в цілому істотних розходжень між результатами дослідів із цією системою й результатами розрахунку по формулах, відомим з літератури не спостерігається. Що ж до значущості впливу на цей процес температури вихідного розчину хлориду натрію, температури повітря, що входить в апарат, діаметра отворів у тарілці й відстані між тарілками то були певні сумніви.У дисертації обґрунтовано рішення науково-практичної задачі, що полягає у встановленні основних тепло-масобмінних і гідродинамічних закономірностей процесу випарного концентрування розчину хлориду натрію. Досліджено гідродинамічні характеристики провальних тарілок з вільним перетином 30-55 % і діаметром отворів 50-100 мм на системі насичений розчин повареної солі (розчин хлориду натрію) - повітря. Отримано рівняння для розрахунку гідравлічного опору тарілок. Перевірено можливість кристалізації повареної солі в процесі випарного концентрування розчину хлориду натрію. Швидкість “обростання” тарілки відкладеннями збільшується з ростом перепаду температур на ній, причому для зменшення швидкості утворення відкладень необхідно підвищувати щільність зрошення й знижувати температуру вихідного розчину хлориду натрію.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У дисертації обґрунтовано рішення науково-практичної задачі, що полягає у встановленні основних тепло- масобмінних і гідродинамічних закономірностей процесу випарного концентрування розчину хлориду натрію. Отримано наступні висновки.

1. Досліджено гідродинамічні характеристики провальних тарілок з вільним перетином 30-55 % і діаметром отворів 50-100 мм на системі насичений розчин повареної солі (розчин хлориду натрію) - повітря. Отримано рівняння для розрахунку гідравлічного опору тарілок. Уперше встановлена наявність гістерезису висоти пінного шару й гідравлічного опору протитечійних тарілок.

2. Вивчено вплив геометрії контактного елемента й гідродинамічних факторів на коефіцієнти передачі ентальпії й маси. Отримано рівняння для розрахунку коефіцієнтів передачі ентальпії й маси.

3. У процесі вивчення впливу температури на кінетику випарного концентрування розчину хлориду натрію розроблена методика роздільного визначення коефіцієнтів тепловіддачі в рідині й масоотдачі в газі. Отримано розрахункові залежності для обчислення цих коефіцієнтів залежно від швидкості газу, щільності зрошення й вільного перетину тарілки.

4. Перевірено можливість кристалізації повареної солі в процесі випарного концентрування розчину хлориду натрію. Знайдено, що незалежно від умов проведення дослідів до 90 % кристалів, що утворюються, мають розмір від 40 до 60 мкм. На поверхні тарілок і, особливо, на краях отворів утворюються щільні відкладення солі. Швидкість “обростання” тарілки відкладеннями збільшується з ростом перепаду температур на ній, причому для зменшення швидкості утворення відкладень необхідно підвищувати щільність зрошення й знижувати температуру вихідного розчину хлориду натрію.

5. Установлено, що відмивання відкладень солі на тарілках може бути проведена близьким до насичення розчином з концентрацією NACL 5,0-5,1 моль/л. Після роботи установки в режимі кристалізації протягом 16 год на відмивання відкладень треба було витратити 12 год.

6. Розроблено математичну модель апарату для випарного концентрування розчину повареної солі, показана її адекватність експерименту. Модель може бути використана також для компютерного моделювання концентрування будь-яких водних розчинів нелетких речовин. З використанням цієї моделі розроблено методику рішення зворотної задачі - знаходження коефіцієнтів передачі ентальпії й маси за результатами визначення параметрів вхідних і вихідних потоків градирні.

7. Розроблено технологічну схему та практичні рекомендації щодо проектування градирні для охолодження розчину хлориду натрію, які забезпечать зниження втрат аміаку зі скидними газами на 40 % і відповідне зниження забруднення навколишнього середовища.

8. Розроблено практичні рекомендації для проектування градирні для одержання твердої повареної солі за рахунок теплоти ВЕР содового виробництва. Рекомендований напрямок використання твердої солі - підвищення концентрації технологічних рідин, що дозволить збільшити утилізацію натрію у виробництві не менш чим на 3,5 % і відповідно скоротити, витрату сировини, енергії та обсяг стоків.

9. Практичні рекомендації передано до головної організації з проектування содових підприємств - Науково-дослідний і проектний інститут основної хімії (НДІОХІМ) для впровадження. Основні рішення будуть використані у проектах реконструкції на Красноперекопському ВАТ “Кримський содовий завод”, про що є акти впровадження.

1. Эстефан П. Х. Компьютерное моделирование водоиспарительного охлаждения растворов / П.Х. Эстефан, Л.М. Цейтлин, В.Ф. Райко // Холодильная техника и технологии. - Одесса: ОДАХ, 2006.- С. 222-226.

Здобувач розробив алгоритм роботи компютерної моделі апарату для випарного концентрування розчинів

2. Математическая модель тепломассообменного аппарата и ее использование для решения обратной задачи - нахождения кинетических характеристик переноса массы и тепла / М.А. Цейтлин, В.Ф. Райко, П.Х. Эстефане, Л.М. Цейтлин // Вісник Хмельницького національного університету. - Хмельницький. - 2007 - № 1: Сер. Технічні науки. - С. 223-226.

Здобувач розробив методику ітеративного добору кінетичних коефіцієнтів та алгоритм роботи програми.

3. Эстефане П.Х. Исследование тепло и массообмена при водоиспарительном концентрировании рассола / В.Ф. Райко, П.Х. Эстефане, М.А. Цейтлин // Східно-Європейский журнал передових технологій. - Харків: Технологічний центр. -2007. - № 5/4(29). - С. 40-44.

Здобувач виконав експериментальну частину роботи та приймав участь в опрацюванні одержаних результатів.

4. Эстефане П.Х. Гидродинамические характеристики провальных тарелок с крупной перфорацией и большим свободным сечением / П.Х. Эстефане, В.Ф. Райко, М.А. Цейтлин // Вісник національного технічного університету “ХПІ”. - 2007.- № 30.- С. 78- 82.

Здобувач виконав експериментальну частину роботи та приймав участь в опрацюванні одержаних результатів.

5. Эстефане П.Х. Лимитирующие стадии переноса тепла и массы в процессе испарительного охлаждения раствора / П.Х. Эстефане, В.Ф. Райко, М.А. Цейтлин // Інтегровані технології та енергозбереження. - Харків: НТУ „ХПІ”, 2007.- № 4.- С. 64-69.

Здобувач виконав експериментальну частину роботи та зробив розрахунки, якими виявив стадії, що лімітують процеси масо- та теплообміну.

6. Эстефане П.Х. Оценка степени влияния различных факторов на интенсивность водоиспарительного охлаждения / П.Х. Эстефане, В.Ф. Райко, М.А. Цейтлин // Молодь у вирішенні регіональних та транскордонних проблем екологічної безпеки: матеріали VI міжнародної конф.- Чернівці: Зелена Буковина. - 2007. -С. 170.

Здобувач розрахував можливість та доцільність концентрування відходів дистиляції содового виробництва.

7. Эстефане П.Х. Оценка кинетических характеристик тепло- массообменных аппаратов с использованием математических моделей / П.Х. Эстефане, В.Ф. Райко, М.А. Цейтлин // Математическое моделирование и информационные технологии: сборник тезисов V семинара.- Одесса: ОДАХ. - 2007.- С. 66.

Здобувач розробив методику ітеративного добору кінетичних коефіцієнтів та алгоритм роботи програми.

8. Утилизация твердых отходов содового производства / Райко В.Ф., Цейтлин М.А., Шестопалов А.В. Эстефане П.Х. // Людина та навколишнє середовище - проблеми безперервної екологічної освіти в вузах: збірник наукових праць XII наук.-методичної конф. - Одеса: ОДАХ. - 2007.- С. 110.

Здобувач розрахував можливість та доцільність концентрування відходів дистиляції содового виробництва.