ӘӨЖ 665.622.22: 66.074: 66.07: 553.982.2 Қолжазба құқығында
Қорқыт Ата атындағы Қызылорда мемлекеттік университеті
ЮСУПОВА ЛЕНА ЕРГЕНБАЙҚЫЗЫ
МҰНАЙГАЗ ӨНЕРКӘСІБІНДЕГІ ГАЗДЫ ТАЗАЛАУ ЖӘНЕ СУЫТУ ПРОЦЕСІН ҮЛГІЛЕУ МЕН ЕСЕПТЕУДІҢ ӘДІСТЕРІ
6М072400– Техникалық машиналар мен жабдықтар (сала бойынша)
мамандығы бойынша техника және технология магистрі академиялық дәрежесін алу үшін дайындалған диссертацияның
РЕФЕРАТЫ
Қызылорда, 2012 ж.
Жұмыс Қорқыт Ата атындағы Қызылорда мемлекеттік университеті политехникалық институт «Мұнай және газ өнеркәсібі машиналары мен жабдықтары» кафедрасында орындалған.
|
Ғылыми жетекшісі: |
техника ғылымдарының докторы, профессор М.Ж. Досжанов |
|
Ресми оппоненті |
техника ғылымдарының кандидаты, профессор Ғ.Д. Байманов |
|
Жетекші мекеме |
Қорқыт Ата атындағы Қызылорда мемлекеттік университеті |
Қ
орғау « 25 » желтоқсан 2012 ж. сағ. 14-00 -де Қорқыт Ата атындағы Қызылорда мемлекеттік университетінде болады.
Мекен жайы: 120014, Қызылорда қ., Абай даңғылы 66, №5 оқу ғимарат, Политехникалық институт, № 203 дәрісхана.
М
агистрлік диссертация Қорқыт Ата атындағы Қызылорда мемлекеттік университетінің ғылыми-техникалық кітапханасына қойылады.
Кіріспе
Диссертацияның көлемі мен құрылымы: Диссертация кіріспеден, 4 бөлімнен, қорытындыдан, пайдаланылған әдебиеттер тізімі мен қосымшалардан тұрады. Диссертация көлемі 87 парақ жазба беттерден, 4 кестеден, 33 суреттен құралған. Библиографияға 95 атаудағы баспа материалдары кіреді.
Түбірлі сөздері: Компьютерлік моделдеу, интерация, коагуляция, конденсация, скруббер, тамшыұстағыш, жылуалмасу, массаалмасу, бу конденсациясы, бу газ қоспалары, жылумассаалмасу аппараты, жүйелі пластиналы тұтқамалы аппарат.
Зерттеудің өзектілігі:
Жұмыстың өзектілігі газ бен сұйық фазаларының синфазалық әрекеттесу механизмі негізінде бipiккен жылу - және массаалмасу, және де газ тазалау процестерін атқаруға мүмкіндік беретін жүйені тұтқамалы тиімді күрделі және пайдаланымдық шығындарды қамтамасыз ететін аппаратты жобалауды есептеу және жобалау әдістемесін құруменен түсіндіріледі.
Дегенмен де бұл аппарат конструкциясы да қазіргі заман талаптарына жауап беретіндей жетілдіруді талап етеді. Осы бағыттағы мәселені шешудің жарамды амалдары ретінде келесілерді қарастыруға болады:
Жүйелі жылжымалы тұтқамалы жылумассаалмасу аппараты, келесі артықшылықтарға ие: конструкциясының және дайындалуының карапайымдылығы; қатты шөгінділермен және қоспаларменен бітелмейтіндігі; ықшамдылығының нәтижесіндегі төмен металлсиымдылығы; пластина түріндегі тұтқамалық элементтердің бейметаллдық материалдардан және машина құрылыстық өнеркәсіп кәсіпорындардың калдықтарынан дайындау мүмкіндігі; төмен гидравликалық кедергісінің болуы; газ жылдамдығының және себелеу тығыздығының ауқымды мәндер аралығының болуы; құйын түзілу, ағынның екпіндеуі, контактаның аймағының елеусіз биіктігінде сұйықта бірнеше рет кезекті шашыратылуы мен сепарациялануының қарастыратын белсенді гидродинамикалық тәртіптің icкe асырылуының салдарынан жоғары тиімділікке ие болуы.
Аталған артықшылықтар аппаратта біріккен жылу және массаалмасу, шаңұстау процестері үшін тиімді технико-экономикалық көрсеткішерді қамтамасыз ете отырып қолдануға мүмкіндік береді. Өзара әрекеттеуші фазалардың мұндай әсерін іске асыру жетілген жылумассаалмасу аппараттардың конструкциясын құруға бейімдейді. Осы бағыттағы зерттеулер ғылыми өзекті мәселе болып табылады.
Жұмыстың мақсаты:
Соңғы жылдары Қазақстанда жылу және массаалмасу процестерінің тиімділігін арттыру мақсатында өзара әрекеттесуші фазалардың физико-химиялық қасиеттерін мақсатты басқару бойынша зерттеулер жүргізілуде. Біріккен жылумассаалмасу процесін атқаруға арналған жоғары тиімді және су энергетикалық шығындарды қамтамасыз ететін жүйелі пластиналы тұтқамалы аппараттың конструкциясын әзірлеу, және оны есептеу мен конструкциялаудың ғылыми - тұжырымдалған әдістемесін әзірлеу болып табылады. Сонымен қатар бұл аппараттың жылуалмасымдық параметрлерін зерттеу және ғылыми нәтижелерді тұжырымдай отырып есептеу әдістемесін құру тақырыптың өзектілігін айқындайды.
Химия өнеркәсібіндегі газды тазалауды ұйымдастыру, газ тәрізді және дисперсті бөлшектердің компонеттерін (қатты және сұйық) бір мезетте айыру, сонымен қатар, процестің оңтайлы температурасын ұстап тұру болып табылады. Лақтырманы шекті мөлшер нормасына дейін төмендету (ПДВ), жаңа технологияларды ендіру және атқарылып жатқан тазалаудың технологиялық процестерін жетілдіру жолымен іске асыру.
Жоғары қарқынды жылумассаалмасу аппараттарын құру мақсатында оның гидродинамикалық параметрлерінің режимдік және конструктивтік параметрлерге тәуелділігін зерттеу, осының нәтижесінде жүйелі пластиналы тұтқамалы аппаратттарды есептеу және жобалаудың ғылыми тұжырымдалған әдістемесін әзірлеу.
Зерттеу нысаны:
Химия және мұнай химия өндірістерінде шығаратын өнімдердеріне қарамай-ақ олардың конструкцияларын жетілдіру өндірістің тиімділігін арттырады және қатаң экологиялық талаптарға сай болуды қажет етеді.
Қазіргі уақытта әдеттегі табақшалы және массаалмасу аппараттардың тиімділігі және процесті өткізудің энергосыйымдылығы, құрылымның қарапайымдылығы және материал сыйымдылығы сияқты негізгі көрсеткіштермен жоғары бәсекеге түсе алатын жылжымалы тұтқасы бар массаалмастыру аппараттардың жүйесі құрылған.
Зерттеу әдісі:
Маңызды проблемалардан туындайтын мәселе ол, массаалмасу аппараттардың жаңа конструкцияларын жасау(түзу) нәтижесінде процестерді интенсивтендіру және аппараттың салыстырмалы өнімділіктің артуы мақсаттардың шешімі болып табылады. Сонымен қатар конструкциясы қарапайым болғандықтан олар, көпшілік жылу- массаалмасу, газтазалау процестерін жүзеге асыру үшін кеңінен қолданылады. Патенттік зерттеу және әдебиеттік шолуларды сараптау нәтижесінде әртүрлі конструкциялардың тиімділігі мен кемшіліктері анықталды.
Диссертацияда барлық жүргізілген ғылыми-зерттеу жұмыстарымен алынған жаңалықтар жылу-массаалмасу аппараттарына қойылатын талаптарды қанағаттандыру мақсатында олардың жаңа конструкцияларын құрастыруға бағытталған.
Қарастырылған теңдеулер газ бен сұйықтың әсерлесуі кезінде жүретін массаалмасу процесінің жылдамдығын сипаттау үшін массаберу коэффициенттерін қолданады.
Сонымен, жүргізілген талдаулар газ және сұйық фазаларындағы массаберу коэффициенттерін анықтау үшін міндетті түрде экпериментті зерттеулер жүргізілуі қажеттілігін көрсетеді. Ол зерттеулер анықталатын факторлардың массаберу коэффициентіне сапалық және сандық әсерлерін нақты анықтауға мүмкіндік береді.
Алынған нәтижелері, оның жаңашылдылығы, ғылыми және іс-тәжірбиелік құндылығы: жүйелі пластиналық тұтқамалы аппараттарды есептеудің әдістемесі, жобалау және пайдалану бойынша кепілдемелер зерттеушілердің зерттеулерінде түрлі өнеркәсіп салаларындағы жобалау - конструкторлық институттардың инженер-техникалық қызметкерлеріменен қолданылыстағы газ тазалау және суыту жүйелерін модернизациялау және жаңа жүйелерді әзірлеуде, жоғарғы оқу орындарында тақырыпқа қатысты пәндерді зерделеуде қолдануға ұсынылады.
Осыған байланысты, жоғары білікті қуаты бар ЖЖТ аппаратының өзектілігі бір жағынан, химиялық, тамақ өнеркәсібінің өндіріс көлемінің жоғарлауымен, екінші жағынан қоршаған ортаны қорғаумен, яғни өндіріс қалдықтарының тазартылуымен, сондай – ақ табиғи, ағын сулардың тазартылуымен мақсатталған. Лабораториялық зерттеулер барысында алынған графикалық тәуелділіктер мен кестеге жинақталған мәліметтер өнеркәсіптің түрлі салаларында жылумассаалмасу процестерін жүзеге асыруды басшылыққа алынуын, аппараттарды әзірлеу барысында ғылыми және инженерлік - техникалық қызметкермен, сондай-ақ жобалаушылармен қолданылуы мүмкін.
Жарияланымдар туралы мәліметтер:
Диссертацияның негізгі мазмұны бойынша 4 ғылыми жұмыс және жұмыстың нәтижелері әр түрлі ғылыми конференцияларда талқыланып басылымдарда жарияланды.
Кіріспеде диссертация тақырыбының өзектілігі, жұмыстың мақсаты мен оның практикалық маңыздылығы көрсетілген. Мұнайгаз өнеркәсібіндегі газды тазалау және суыту процесін, өндірістерінде коррозиялы белсенді орталардың өңделуімен жылу және массаалмасу процестерін жүргізуге кажетті дайындауда қымбат және тапшы жоғары қоспалы болаттарды қолдану кажеттігі, бұл процестерді бip аппаратта бipiктipe атқару мен экономикалық тұрғыдан біршама тиімділікті қамтамасыз етеді.
Газ немесе сұйықты кешенді өңдеу өнеркәсіптік тыс шығарылатын газдарды немесе ақаба суларды өңдеуге арналған технологиялық қондырғыларды үнемді етіп жобалауға мүмкіндік береді. Біріншіден, жылу және массаалмасу процесін бip аппаратта біріктipe атқару қондырғыдағы техникалық нысандар санын елеулі қысқарта отырып қондырғының металл сыйымдылығын ықшамдауға мүмкіндік берсе, екіншіден, қондырғыны құрудағы күрделі қаржыларды және де пайдаланумен байланысты шығындарды елеулі үнемдеуге мүмкіндік береді. Сонымен қатар скрубберлер химия өндірістерінде техникалық және экологиялық жабдықтар ретінде кеңінен қолданыла отырып, атқарылатын процесс пен карқындылығы мен тиімділігі кәсіпорынның техника - экономика көрсеткіштерін анықтау диссертациялық жұмыстың негізгі мақсаты болып табылады.
Бірінші бөлімінде құрылғылардың конструктивтік сипаттамалары мен орналастырылуы сұйық фазаның дисперсиялығын, таратылуының біркелкілігін, сұйық тамшысының аппараттың жұмыс аймағында болу уақытын, және де жалпы алғанда жылу - және массаалмасу процестерінің қарқынды жүруін анықтайды.
Өзіндік конструктивті орындалуы бойынша пленкалы ортадантепкіш контакталық аппараттар сөзсіз аппараттың әсерлесу аймағында тікелей газ бен сұйық әрекеттесуіне мүмкіндік беретін бip немесе бірнеше шеңберлі жылуалмасу элементтері болады.
Дегенменде ортадантепкіш әсерден скрубберлердің келесідегідей кемшіліктері бар: оларды үлкен көлемдегі газ бен сұйықты өңдеуге қолданудың мүмкін болмауы, масштабтық ауалаудың қиындығы, елеулі металл сыйымдылығы мен газ беру бөлігінің эррозияның қарқынды тозуы. Сонымен қатар аппараттың тиімді жұмысы елеулі дәрежеде бугазды фазалық жылдамдығына тәуелді болады және беті де бұл скрубберлік процесстерде байқалады.
Қaзipгi таңда үлкен мөлшерде қозғалмалы тұтқамалы аппараттар әзірленді. Бұл аппараттарда тұтқамалық элементтер, жалған сұйылу жағдайларында бола отырып бейберекет және екпінді қозғалыстар жасайды.
Tүрлi конструкциядағы жылуалмасу аппараттарына жасалған (тұтқамалы, табақшалы, соққы - екіпінді әсердегі және т.б.) шолулар олардың басым артықшылықтарын түсінуге мүмкіндік береді Сондықтан да әpi қарай біз, тек жүйелі жылжымалы тұтқама аппараттарды зерттеу және есептеу әдістемелеріне тоқталамыз.
Ол жүйелі жылжымалы тұтқамалы аппараттарды есептеудің гидродинамикалық заңдылықтары, барлық зерттелген жүйелі пластиналы тұтқамалы аппараттардағы қабаттың газұстамдылығын есептеуді белгілі баланстық теңдеу негізінде орындайды.
(1)
Мұнда, ho- ұсталған сұйық мөлшері, Н – аппарат биіктігі,
– шекті функцияның мағынасы.
Соныменен гидродинамиканы зерттеулер нәтижелерін тұжырымдай отырып, гидравликалық кедергіні есептеу барысында екі ұстанымды қолданады: біріншісі әсерлесуші фазалар кедергілерінің аддетивтілігіне шоғырланатын болса, екіншісі бейдәстүрлі ұстаным, мұнда құйындық ағындардың әрекеттесу механизмін ескереді.
Eкінішi ұстаным гидравликалық кедергі үшін біршама дұрыс, өйткені тұтқамалық элементтерден кейінгі түзілетін тік және радиустік бағыттардағы құйынды ағындардың әрекеттесу механизмдері ескеріледі.
Жүйелі жылжымалы тұтқамалы аппараттардың массаалмасымдық сипаттамалары
Келтірілген жұмыс авторлары газсұйықты қабаттың турбуленттелуіне жиілігі газ жылдамдығының өсуіменен өсетін тұтқамалық денелерден кейінгі орын алған құйындардың түзілу, қозғалу және әрекеттесу процесіне елеулі үлес косады деп есептейді Сонымен қатар тұтқамалық элементтердің өздерінің қимылы газ және сұйық фазаларындағы массаберілу коэффициенттерінің артуына үлес қосады, және де жылу мен массаалмасу процестерін жүзеге асыру үшін, анықтауға ұсынылып отырған өрнектер аппараттық режимдік және конструктивтік параметрлерін, сондай – ақ әрекеттесуші ағындардың физикалық қасиеттерін ескереді.
Фазалардың әрекеттесуі мен шаң түйіршіктерінің тұну заңдылықтары
Екінші бөлімінде зерттеулерді жүргізу процесінде ауа ағыны желдеткіш 1 көмегімен алдын ала коллориферге 17 қыздырылып аппаратқа 3 жіберіледі. Сымдарда 4 жүйелі орналастырылған саптама элементтерінен 5 тұратын жұмысшы ортадан өтіп, себелеткіш 11 арқылы алдын ала белгіленген температураға дейін қыздырылған сұйықтың газды ағынмен әрекеттеседі, содан соң тамшыұстағыш 6 және газ құбыры 15 арқылы өтіп атмосфераға сұйықтық тамшылары су өлшегіш бачок 14 арқылы циркуляциялық бакқа 7 ағып түседі.
Сурет 1 - Жүйелі пластиналы саптамалы аппарат қондарғысының технологиялық сұлбасы.
Газ ағынының шығынын дифманометрі бар стандартты диафраграмманың көpceткiштepімен задвижка көмегімен реттелінеді. Себелетін сұйықтық циркуляциялық бактан 7 сорап 8 көмегімен арынды бакқа 10 жіберледі, ол жерден қыздыру элементтері 16 көмегімен қыздырылып, себелеткіш 11 арқылы себелеуге түседі. Суды арынды бакқа 10 және себелеткіш 11 арқылы себелеуге, дифференциалды манометр және ДСР типті қондырғылар диафрагма комплекісінің көрсеткіштері бойынша вентильмен 12 реттелінеді.
Аппараттың жұмыс ортасында газды ағынмен әрекеттескеннен кейін қыздырылған (суытылған) сұйықтық циркуляциялық бакқа 7 түседі. Циркуляциялық бак 7 сонымен қатар «отсечке» әдісімен анықталатын саптама ұстайтын сұйық мөлшерін анықтау үшін де қолданылады.
Жүйелі жылжымалы тұтқамалы аппараттың жылумассаалмасу және гидродинамикалық сипаттамаларын зерттеуге арналған бірқатар жұмыстарда [4-5, 8-12] негізінен төрт гидродинамикалық тәртіптің орын алатындығы айтылады. Цилиндрлік, пластиналы дірілді және айналмалы тұтқамалы аппараттарда соңғы зерттеулер [5] бұл аппараттарда газ жылдамдығының 5 м/с және себелеу тығыздығының 0-100 м3/м2∙сағ аралықтағы өзгеруінде үш гидродинамикалық тәртіптің орын алатыны жөнінде айтылады. Бізбенен жүргізілген зерттеулерде де, үш гидродинамикалық тәртіптің орын алғандығына көз жеткіздік.
Жүйелі пластиналы аппараттың режимдік параметрлеріменен қатар тұтқамалардың конструктивті параметрлерінің әcepi де зерттелінді, яғни тұтқамалық элементтердің аппараттық жұмыс аймағындағы тік және радиустік бағытта орналасуының әсерін зерттеу барысында тұтқамалық элементтердің орналасу адымдарының аппараттың гидродинкамикалық және жылумассаалмасымдық сипаттамаларына әсерлері анықталды.
Сурет 2 – Гидравликалық кедергінің Р, ұсталған сұйық мөлшерінің
, қабаттың газұстамдылығының тұтқамалық элементтер арасындағы тік адымға 
тәуелділігі.
Сурет 3 – Массаберілуі
, жылуберілу 
коэффициенттерінің және сұйықтың суытылу дәрежесінің 
тұтқамалар аралығындағы тік адымға тәуелділігі.
Бұл тәртіптерде газ фазасындағы массаберілу, жылуберілу және жылуалмасу қарқындылығы коэффициенттері дамыған фазалардың әрекеттесу беттерінің есебінен экстремалды мәнге ие болады. Бұл әрекеттесу беттерi негізінен диаметрі 2 мм кіші және оған тең диаметрдегі тамшыларменен және тұтқамалық денелердің бетіндегі сұйық пленкасыменен түзіледі.
Сурет 4 – Тұтқаманың гидравликалық кедергісінің Р ұсталған сұйық мөлшерінің ho, қабаттың газ ұстамдылығының тұтқамалар арасындағы радиустік адымға
тәуелділігі.
Синфазалық тәртіптің пластиналық тұтқамалар жұмысындағы бұзылуы кезінде гидродинамикалық параметрлердің және жылумассаалмасымдық сипаттамалардың мәндері бәсеңсиді. Бұл құйындардың әрекеттесу процесінің түбегейлі өзгеруіменен байланысты және де бұл кезде құйындардың түзілуі мен қозғалуы сәйкес келмейді. Тәртіпке тән құбылыс құйын санының кемуі және атқарылушы жұмыстың әлсінділігі.
тәуелділік қисығының өзгеру сипатының ұқсастығы бірмезетті құйынтүзілу тәртібінде радиустік адымның tв өзгеруіменен де байқалады. Тәуелдік қисығының бұлай өзгеру сипаты көптеген жүйелі жылжымалы тұтқамалы аппараттар үшін [4, 5] тән құбылыс. Бұл алдында жүргізілген зерттеулер нәтижесіне [4, 5] сай бұл құбылыс құйынның түзілу механизміменен түсіндіріледі, және де мұнда құйынның түзілу жиілігі адымдылықтың tв/в < 2 мәнінде қатар орналасқан екі тұтқаманың арасындағы аралықпенен анықталатын болса, ал tв/в ≥ 2 болғанда газ ағынымен есептік тұтқамалық элементтің енімен анықталады. Құйынның түзілу механизмінің tв/в = 2 болғандағы қайта құрылуы зерттелінуші параметрлердің тұрақталуына алып келеді және адым мәнінің кейінгі өсуінде зерттелінуші параметрлердің мәндері елеусіз өзгереді.
Сурет 5 – Газ фазасындағы массаберілу
, жылуберуші 
және сұйықтың суытылу дәрежесінің 
тұтқамалар арасындағы радиустік адымға tр/в тәуелділігі.
Үшінші бөлімінде жүйелі пластиналы тұтқамалы скрубберді есептеудің әдісі мен гидродинамикалық негіздері көрсетілген.
Ол гидравликалық кедергінің тәжірибелік мәліметтерін өңдеу 
негізінде және де құйынның түзілу сәтіндегі ығысу шамасын құйынның өзара радиустік бағытта әрекеттесу дәрежесін яғни құйындардың қозғалысының ығысу факторларын 
ескере отырып құрғақ аппарат үшін кедергі коэффициентін келесідегідей есептейміз: (2)
Себеленуші аппарат үшін кедергі коэффициентін келесі өрнек бойынша анықтаймыз:
(3)
Гидравликалық кедергінің өрнекпенен есептеулер нәтижелерсіз тәжірибелік мәліметтерменен салыстыру жақсы сәйкестік береді. Ауытқулар құрғақ аппарат үшін ± 8%; ал себеленуші аппарат үшін ±14% құрады.
Пластиналы жүйелі тұтқамалы аппараттағы жылумассаалмасуды анықтаушы параметрлердің бipi, бұл тұтқамалық аймақтағы сұйық фазасының дисперсиялық құраушылары (сұйық пленкасы, сорғамалар мен тамшылар). Дисперсиялық сұйық фазасының құраушылары беттepi фазалардың тоғысу бетін анықтайды.
Пластиналар беттерінен сұйық пленкалары тамшыларға үлесетін, сорғамалар түрінде ағып түседі. Сорғамалардың тамшыларға үлесуі сорғаламалардың беттерінде орын алған толқындар салдары болып табылады. [1] сай толқындардың ұзындықтарын кeлeci өрнек көмегіменен анықтауға болады:
(4)
Мұнда, - сұйықтың жылу өткізгіштік коэффициенті.
Тамшылардың диаметрін анықтау үшін сорғаламалық ағыстың тұрақсыздық шартын қолданамыз. Шынында да, «лазерлік» пышақты қолдана отырып біздің тәжірибелер көрсеткендей, ұзындығы өрнекпенен анықталатын сұйық сорғаламалары тамшыларға айналады. Сондықтан да сорғаламалық ағыс түсінігі сырт көзбенен бақылау жағдайы үшін ғана ақиқат. Шын мәнінде біз жинақы тамшылы ағысты байқаймыз.
Келесі ұйғарымды қабылдайық.
- тамшылар сәйкесінше диаметрі және толқын ұзындығы анықталатын сұйық сорғаламалары ұсақталған жағдайда үзіледі;
- әpi қарайғы газ ағынының екпінді әсеріменен ұсақталатын тамшы өлшемдері, алғашқы диаметрге пропорционал.
Бұл ұйғарымдар ақиқат, өйткені көптеген классикалық еңбектерде [18, 25] келтіріледі.
Бірінші шартты негізге ала отырып, сорғаламалардың шағылу жағдайында түзілген тамшылар көлемі, мынаған тең.
(5)
Ескергеніміздей:
(6)
Сондай-ақ (4) ескере отырып алатынымыз:
(7)
Немесе келесі өрнекті ескере отырып:
(8)
Зерттеу жұмыстарын орындау барысында жүйелі пластиналы тұтқамалы скруббердегі жылумассаалмасу процесін, оның газ фазасындағы массаберілу коэффициентін анықтауы келтірілген.
Жылжымалы пластиналы тұтқама қабаты ағып өтетін денелер жүйесін құрайды, сондықтан да онда газ бен сұйық фазаларының әрекеттесуі кезінде бүкіл қабаттың екпінді қозғалысы генерацияланады. Осының салдарынан, сондай-ақ газ ағынының тамшылар мен тұтқамалық элементтерден кейінгі үзілмелі ағысының нәтижесінде фазаларды бөліп тұрушы беттің деформациялануы жүреді. Бұл жағдайда, фазалар беттеріне іргелес eкi тұстағы қабаттарда әлсіз құйындаулар орын алады, бұл құбылыс Ламонт тұжырымына сай массаберілуде негізгі роль атқарады. Яғни құйындалудың ену тереңдігіне тербелмелі шекаралық қабаттың калыңдық өлшемі болып табылатын, дисперсиялық және тұтас ағындардағы масса және жылу өтуінің қарқындылығы тәуелді болады.
Фиктің бірінші заңына сай жазатын болсақ:
(9)
Мұнда: D -диффузия коэффициенті;
q -диффузиялық ағын;
C/Z - концентрация градиенті.
Тамшының кедергі коэффициенті, көпіршік кедергісіне ұқсас түрлі өрнектерменен анықталады. Дегенімен де бұл өрнектердің көпшілігі сыртқы күштер ықпалыменен тамшы пішінінің өзгеретіндігін ескермейді. Тек О.С.Балабековпен [4] тамшы пішінін ескеруге арналған өрнек берілді және де бұл тұтас фазадағы массаалмасу жылдамдығын есептеуде қолданылды. Өрнек келесі түрге ие:
(10)
Мұнда в - эллипсайдты тамшының кіші жарты oci
We - Вебер саны
(11)
k =1,1 - пропорционалдылық коэффициенті.
Осы келтірілген тәуелділіктер негізінде О.С. Балабековпенен тамшы кедергісін есептеу үшін келесі өрнек ұсынылды:
Ск= Cш Ф2 (12)
Мұнда, Cш - тұтас ағында қозғалу тәртібіне қатысты анықталатын сфералық (шар тәріздес) тамшының кедергі коэффициенті
Бұл бөлімде жылуалмасу қарқындылығы коэффициенті, жылуберілу коэффициенті және де мұнда форсункалық камералардағы ауаны өңдеу процестерін сипаттау үшін қабылданған өлшемсіз көрсеткіштер үшін тәжірибелік орнатылған тәуелділіктің бар екендігін жорамалдайды. Сондықтан да жылу және массаберілу процестері орталардың қозғалыс сипатыменен шартталатын сұйық немесе газдың макротүйіршіктерінің (үлкен мөлшердегі молекулалары бар) алмасу құбылыстарыменен анықталады. Жылуменен массаның бұлай таралуы конвективті жылу және массаберілу үшін тән құбылыс.
Жылу және массаалмасудың формальды мағынасы олардың өрнектерінің және міндеттілік шарттарының бара - барлығында.
Ағындардың геометриялық, физикалық сипаттамаларының жылдамдықтар мен статикалық қысымдар өзгepici өрнектерінің, температуралар мен порциалдық қысымдар өрнектерінің өзгерістерінің ұқсастықтарын қарастыра отырып келесі екі шарттың орындалуында:
-
жылу мен массалық шекараларының геометриялық теңдігінің сәйкестігі; -
аппараттың ұқсас нүктелерінде температура мен порциалдық қысымдар өзгерісінің ұсастығының сақталуы, [28] авторларменен жылу мен массаның тасымалдану коэффициенттерінің қатынасының тұрақтылығының сақталатындығы көрсетілді:
(13)
ескере отырып (13) өрнек келесі түрге түрленеді:
(14)
Мұнда В - контакталық жылуалмасу бетін ескеретін тәжірибелік коэффициенті.
Және де осы бөлімде фазалардың төмен температурадағы скрубберлік процесінің математикалық моделі құрастырылған.
Жылуалмасу процесін сипаттау үшін тұтас ағын құрылымының қиыстырылған моделін қарастырамыз және де қиыстырылған модель ner=h/t ұяшықтардан, жуықша бірпараметрлік диффузиялық моделдің өрнегіменен анықталатын газдың көлденең араласу коэффициентін ескеретін уяшықтардан тұрады.
Фазалардың аражік шекараларында жылулық ағындардың тепе-теңдігі орын алатынын ескере отырып:
(15)
мұнда Fк - тамшы беті;
r’ - тамшының қарастырылып отырған жағдайдағы радиусі;
ж - сұйықтың жылу өткізгіштік коэффициенті.
Ұсынылып отырған математикалық модельдің шешімдік нәтижелері газ температурасының тұтқамалы аймақтық биіктігіндегі өзгepici тәуелділік қисығы түрінде (6 сурет) келтірілген.
Сурет 6 – Газ температурасының Т аппарат биіктігі Н бойынша газдың түрлі шығынында өзгеру.
6 суретте ұсынылып отырған зерттеу әдістемесі бойынша алынған тәжірибелік нүктелер келтірілген.
Соныменен, газдың тұтқама аймағының ұяшығындағы газдың көлденең араласу коэффициентін ескере отырып жылжымалы пластиналы тұтқамалы скрубберден жылуалмасу процесін сипаттауға мүмкіндік беретін тұтас ағымның қиыстырылған моделі әзірленді. Ұсынылып отырған математикалық модельдің адекваттылығы ±14%.
Әрине, компьютерлiк моделдеу күрделi жүйелерді зерделеудегі тиімді әдістердің бipi болып есептеледі. Өйткені нақты тәжірибелер қаржылай және басқа да мүмкіндіктермен, сондай-ақ нәтиженің межеленбеген мәлімметтер беру мүмкіндігімен байланысты қиыншылықтар туындауына алып келетін болса, компьютерлік моделдеуде есептемелік тәжірибенің және зерттелу нысанын вертуалды елестетудің нәтижесінде үлкен жеңілдіктер туындайды және көп факторлы мәселені шешуге мүмкіндік аламыз.
Жүйелі пластиналы тұтқамалы аппараттағы газды суыту және тазалау процесін сипаттайық.
1 – қаңқа; 2 – себелеу құрылғысы; 3 – пластина; 4 – газ беру патрубкасы; 5 – газ тарату камерасы; 6 – тазартылған газ шығу патрубкасы; 7 – сым.
Сурет 7 – Жүйелі пластиналы тұтқамалы скруббердің моделі.
Төртінші бөлімінде химия өндірісіндегі ЖПТ скруббердің қарқындылығын өнеркәсіптік бағалау шешімдері қарастырылған. Оның ішінде мұнайгаз және химия өндірісіндегі газды тазалау және суыту қарастырылған.
Реконструкциялау процессінде үлкен скруббердің жұмыс аймағында биіктігі 2,0м болатын жүйелі пластиналық тұтқама (ЖПТ) блогы орнатылды. Екі кішi скруббердің орнына диаметрі 1,2м, жұмыс аймағының биіктігі 2,0м, ал жалпы биіктігі 4,0м болатын бip скруббер орнатылды. Сонымен қатар газкұбырларындағы барлық форсункалар алынып тасталды.
Реконструкцияланған газды тазалаудың технологиялық схемасы 8 суретте келтірілген.
1 - үздіксіз әсердегі реактор; 2,3 - ЖПТ аппараттар; 4 - желдеткіш; 5 - тамшы тұтқыш; 6 - санитарлық құбыр; 7 - айналымды су сорабы; 8 - су ыдысы; 9 - монохроматтық шелон беру сораптары; 10 – ыдыс, 11 – сұйықтық.
Сурет 8 – Химия өндірісіндегі үздіксіз әсерден реакторлардан бөлінген газды тазалау және суытудың технологиялық схемасы.
Хромангидриді реакторынан 1 ұштық желдеткішпенен 4 сорапталған газ ағыны ЖПТ үлкен скруббердің жұмыс аймағынан өте отырып, онда монохроматтық шелокаменен себеленген. Суытылып тазартылған газдың бip бөлігі екінші ЖПТ скрубберге 3 беріліп отырады, ал монохроматтық шелокқа циркуляциялық ыдыста 10 жиналды. Екінші скрубберде cіңіргіш ретінде 8 ыдыстан сораппенен 7 берілетін айналымдық су қолданылды. Тазартылып суытылған газ тамшытұтқыштар 5 санитарлық құбырлар 6 арқылы атмосфераға тыс шығарылады.
Алынған мәліметтер газ ағынының елеусіз энергия шығынында газды тазалау мен суыту дәрежесінің елеулі артқандығын дәлелдейді.
Өткізілген зерттеулер нәтижелері мен негізгі қорытындылар
1. Жылуауысуды қарқындастырудың негізгі бағыттарын талдаулар негізінде біріккен жылумен массаалмасу процестерін жүзеге асыру үшін газсұйықты ағындаудың құйынды қозғалысын қолдану ұсынылды, және де бұл жүйелі пластиналық тұтқамалы контакталық жылуалмастырғыштарды құрудағы жаңа ұстанымды тұжырымдауға мүмкіндік берді.
2. Пластиналық тұтқаманың жазық бетінде қозғалатын сұйық пленкасына әсер eтушi күштердің, сұйық сорғаламаларының тамшыларға шағылуының толқындық механизмі және бөлу бетіне іштен әсер етуші динамикалық тегеурін мен тамшыдағы капилярлық қысымдардың тепе - теңдік шартын талдаулар тұрғысынан сұйық пленкасының қалыңдығы мен оның орташа шығындық жылдамдығы, сорғаламаның диаметрі мен жылдамдығы, сондай-ақ тамшылар диаметрі анықталды. Анықтауға ұсынылып отырған өрнектер аппараттың режимдік және конструктивті параметрлерін, сондай-ақ әрекеттесуші ағындардың физикалық қасиеттерін ескереді.
3. Газ бен сұйықтың тікелей әрекеттесуі кезіндегі бip-бipінe жанасып жатқан қаныққан және қанықпаған газ қабаттарының бірдей пішінi менен шартталған мен массаалмасу процестерінің ұқсастығы тұрғысынан жылуалмасу және массаалмасу үшін айнымалы температура мен концентрацияға қатысты жылуберілу коэффициентін есептеу өpнегi алынды.
4. Газ фазасының ұзынабойғы араласуын ecкерушi және талап етілген газдың суытылу дәрежесі үшін бағананың қажетті биіктігін есептеуге мүмкіндік беретін әсер eтуші фазалардың бірыңғай температураларындағы тұтас ағын құрылымының қиыстырылған моделі ұсынылды.
5. Заманауи әдістер мен құралдарды қолдана отырып орындалған, бipiккeн гидродинамика, масса және жылуалмасу процестерін тәжірибелі зерттеулер негізінде жүйелі пластиналық тұтқамалы қабаттағы контакталық жылуалмасуда есептеу өрнектері мен математикалық моделдеу адекваттылығы дәлелденеді.
6. Нове – Стокс теңдеуі негізінде тұтқаманың әрекеттесуші ағындарға ықпалын анықтауға мүмкіндік беретін гидродинамикалық процестердің компьютерлік моделі қолданылды.
7. Алынған есептеу өpнeктepi лабораториялық және өнеркәсіптік сынаулар нәтижелері негізінде біріккен жылу және массаалмасу процестерін атқаруға арналған жүйелі пластинкалық тұтқамалы скрубберді есептеу әдістемесі әзірленіп іс - тәжірибеде жобалаудың кепілдемелері ұсынылды.
Теориялық зерттеудің, олардың бағасы, ағындардың құйындық әрекеттесуі мен кұйындардың түзілу заңдылықтарын, жылумассаалмасу процестерін тәжірибелі зерделеу нәтижелері диссертацияда алға қойылған мәселеге толық сай келеді.
Орындалған жұмыстың осы саладағы үздік жетістіктермен салыстырғандағы ғылыми деңгейінің бағасы. Жүйелі пластиналық тұтқамалы скруббер фазалар әрекеттесуінің құйындық тәртібін жүзеге асыруға мүмкіндік береді және белгілі жылумассаалмасу аппараттары конструкцияларыменен салыстырғанда едәуір жоғары тиімділік пен салыстырмалы төмен энергия шығындарына ие.
Диссертация тақырыбы бойынша жарияланған мақалалар тізімі:
-
Юсупова Л.Е. Экологические проблемы от сжигания попутного газа. // Қазақстан Республикасының әлеуметтік ғылымдар-академиясының академигі Б.С. Сейсеновтың 70 жасқа толуына арналған республикалық ғылыми - тәжірибелік конференция материалдары. Қазақстан қоғамының дамуы тенденциялары: әлеуметтік саяси, инновациялық аспектілері. - Қызылорда, 2011.- 604 – 608 б б. -
Досжанов М.Ж., Юсупова Л.Е., Омарова Б., Бахытжан З.Б. Жүйелі пластиналы аппарат жұмысына конструктивті параметрлерінің әcepi. // Жоғарғы кәсіптік білім берудің инновациялық дамуы: тәжірибесі, мәселелері және келешегі. Халықаралық ғылыми - тәжірибелік конференция. - Қызылорда, 2012.- 143 – 148 б б. -
Досжанов М.Ж., Юсупова Л.Е., Омарова Б., Бахытжан З.Б. Жүйелі пластиналы тұтқамалы скрубберді есептеудің гидродинамикалық негіздері. // Жоғарғы кәсіптік білім берудің инновациялық дамуы: тәжірибесі, мәселелері және келешегі. Халықаралық ғылыми - тәжірибелік конференция. - Қызылорда, 2012.- 180 – 184 б б. -
Юсупова Л.Е., Досжанов М.Ж., Ержанова А.Т., Бақытжан З.Б. Өнеркәсіптік газдарды газтәрізді және дисперсті қоспалардан тазарту. // Ғылыми зерттеулер әлемі – Мир научных исследований.-Астана, 2012.- №9-10.- 63-64 б б.
Резюме
Методы расчета и моделирования процесса очистки и охлаждения газа в нефтяной промышленности
Объем и структура диссертации: диссертация состоит из введения, 4 разделов, заключения, списка использованных источников и приложения. Объем диссертации 87 страницы текста, 33 рисунка и 4 таблицы. Библиография включает 95 наименований.
Ключевые слова: Компьютерное моделирование, интерация, коагуляция, конденсация, скруббер, каплеуловитель, теплообмен, массаобмен, паровая конденсация, парогазосодержание, тепломассообменный аппарат, системные пластинчатые насадочные аппараты.
Актуальность исследования: Актуальность работы заключается в расчете проектирования и разработке методики проектирования системного пластинчатого насадочного аппарата, позволяющего проводить совместные процессы тепло- и массообмена на основе механизма синфазного взаимодействия газожидкостной фаз, а также очистки газа и обеспечивающего высокую эффективность и экономичность расходов.
К преимуществу можно отнести возможность применения аппарата для процессов совместного тепло и массообмена, пылеулавливания, обеспечивая эффективность технико – экономических показателей. Осуществление процессов влияния таких взаимодействующих фаз приводит к разработке модернизированных конструкций тепломассообменных аппаратов. Исследования в данном направлении являются научно актуальной проблемой.
Цель исследования: В последние годы в Қазахстане с целью повышения эффективности процессов тепло- и массообмена проводятся исследования по целевому управлению физико-химическими свойствами взаимодействующих фаз.
В химической промышленности организацией очистки газа является одновременное разделение компонентоы газообразных и дисперсных частиц (твердые и жидкие), а также оптимальное поддержание температуры процесса. Уменьшение до предельных норм выброса достигается путем внедрения новых технологий и совершенствования существующих технологических процессов очистки.
Объект исследования: Несмотря на выпускаемую химическим и нефтехимическим производством продукцию совершенствование конструкции аппаратов повышает эффективность производства и требует строгого соблюдения экологических требований.
В настоящее время эффективность пластинчатых и массообменных аппаратов с такими основными показателями как энергоемкость проведения процессов, простота конструкции и материалоемкость, обеспечивающими высокую конкурентноспособность разработана система массообменных аппаратов с подвижной насадкой.
Методы исследования: Решением задач, возникающих из важных проблем является интенсификация процессов и повышение относительной производительности аппарата в результате создания новых конструкций массообменных аппаратов.
Проведенными научно-исследовательскими работами полученная в диссертации новизна с целью удовлетворения требований к массообменным аппаратам направлена на разработку их новых конструкций.
Рассмотренные уравнения для характеристики скорости процесса массообмена при взаимодействии газа и жидкости используют коэффициент массоотдачи.
Полученные результаты, их новизна, научная и практическая значимость: Методика расчета регулярных пластинчатых, насадочных аппаратов, по проектированию и использованию рекомендуются к применению в исследованиях инженерно-технических работников проектно-конструкторских институтов различных отраслей промышленности при модернизации используемых систем очистки и охлаждения газа и создании новых систем, изучении в высших учебных заведениях дисциплин по данной теме.
В связи с этим актуальность высокомощных аппаратов с РПН определена с одной стороны увеличением объема производства химической, пищевой промышленности, с другой стороны охраной окружающей среды, т.е. очисткой производственных отходов, а также очисткой природных и сточных вод. Полученные в ходе лабораторных исследований графические зависимости и собранные в таблицы данные могут быть приняты к руководству при осуществлении тепломассообменных процессов в различных отраслях промышленност при создании аппаратов научными и инженерно-техническими работниками, а также могут быть использованы проектировщиками.
Summary
Calculation method, designing the purification process and gas cooling in oil industry
Volume and structure of the dissertation: The thesis consists of an introduction, four chapters, conclusions, list of references and applications. The volume of dissertation 87 pages of text, 33 figures and 4 tables. The bibliography includes 95 references.
Keywords: Computer model operation, integration, coagulation, condensation, scrubber, liquid trap, heat exchange, mass transfer, steam condensation, steam-gas-contents, heat-mass exchanging tool, systemic lamellar packed devices.
Relevance of the research: The relevance of work consists of calculating the design and development of a methodology of designing a system of plate packed device that allows for the joint processes of heat and mass transfer based on the mechanism of interaction-phase gas-liquid phase and gas sweetening providing high performance and profitability of expenses.
Benefits include the possibility of using the device for joint processes of heat and mass transfer, dust control, ensuring the effectiveness of techno - economic indicators. Implementation of the impact of such processes interacting phases leads to the development of modernized design of heat and mass transfer devices. Researches in this direction are scientifically actual problem.
Research objective: In recent years in Kazakhstan to improve the efficiency of heat and mass transfer there are researching for the intended management of physical and chemical properties of the interacting phases.
In the chemical industry the organization of gas sweetening is simultaneous division of components of gaseous and dispersible particles (solid and fluid), and optimum maintaining of temperature of process. Decrease to the limit rates of emission is reached by introduction of new technologies and perfecting of existing technological processes of cleaning.
Object of study: Despite the manufactured chemical and petrochemical products improving, the design of devices increases production efficiency and requires strict compliance with environmental requirements.
Now effectiveness of lamellar and mass-exchanged devices with such main indexes as power consumption of carrying out processes, simplicity of a design and the material capacity, providing high competitiveness is developed system of mass-exchanged devices with the relative frame nozzle.
Methods: The solution of problems arising from the important problems is the intensification of the processes and increase the relative performance of the device as a result of the creation of new structures of mass transfer devices.
Carrying out research work in the thesis received the novelty in order to meet the requirements for mass-transfer apparatus focused on the development of new designs.
The considered equations for the characteristic of speed of process of a mass transfer at interaction of gas and liquid use coefficient weight return.
The received results, their novelty, scientific and practical significance: Method of calculation of the regular lamellar packed devices, on projection and use are recommended for application in researches of technical officers of design institutes of various industries at modernization of used systems of cleaning and cooling of gas and creation of new systems, studying in higher educational institutions of disciplines on this subject.
In this regard, relevance of high-performance devices with RPN is defined on the one hand by increase in output of the chemical, food industry, on the other hand environmental protection, i.e. cleaning of a production wastage, as well as natural and waste waters. The graphic dependences received during laboratory researches, the data collected in tables can be accepted to the management at exercise in the implementation of heat, and mass transfer processes in various branches industries to create devices scientific and technical officers, and can be used by designers.