Марценюк Олександр Степанович. Науково-технічні основи інтенсифікації масообміну в газорідинних апаратах з регулярними насадками

Краткое описание

Марценюк Олександр Степанович. Науково-технічні основи інтенсифікації масообміну в газорідинних апаратах з регулярними насадками : дис... д-ра техн. наук: 05.18.12 / Національний ун-т харчових технологій. - К., 2006

Марценюк Олександр Степанович. Науково-технічні основи інтенсифікації масообміну в газорідинних апаратах з регулярними насадками. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.18.12 процеси й обладнання харчових, мікробіологічних і фармацевтичних виробництв. Національний університет харчових технологій, Київ. 2005.
Дисертацію присвячено інтенсифікації масообміну, розробленню та експериментальному дослідженню перфорованих зубчастими отворами нових видів регулярних насадок на основі аналізу роботи масообмінних протитечійних насадкових колон і коливально-хвильових та поверхневих явищ у газорідинних системах.
Розглянуто закономірності руху неперервних і динамічних хвиль та взаємодії їх, проаналізовано ефекти в стисливих двофазних потоках під час проходження динамічних хвиль. Виведено капілярні співвідношення і встановлено визначальний лінійний розмір, що дорівнює капілярній сталій, для конструювання регулярних насадок із зубчастими отворами.
Наведено результати експериментальних досліджень гідродинамічних і масообмінних характеристик запропонованих насадок трьох типових різновидів, проаналізовано особливості їх застосування та розроблено методику конструювання.

На основі огляду літератури та теоретичного аналізу коливально - хвильових і поверхневих явищ у газорідинних системах запропоновано і реалізовано новий метод інтенсифікації масообміну висіканням у листах регулярних насадок зубчастих отворів, за допомогою яких плівкова течія замінюється на краплинно-плівкову.
Виходячи з аналізу і систематизації відомих з гідромеханіки закономірностей поширення неперервних і динамічних хвиль за моделлю одновимірного гомогенного середовища, розроблено концепцію про доцільність використання динамічних хвиль та уповільнених стрибків ущільнення для інтенсифікації масообмінних процесів у газорідинних системах. Розраховано зміну параметрів газорідинної системи (швидкості, густини, тиску, температури) внаслідок уповільненого стрибка ущільнення. Показано, що неперервні й динамічні хвилі, та ефекти Марангоні, які утворюються внаслідок локальних нестаціонарностей масообміну, можуть змінювати гідродинамічні умови й інтенсивність масообміну, що знижує точність моделювання масообмінних процесів на гідродинамічних стендах.

3. Показано, що сили поверхневого натягу забезпечують зв’язок між фізико-хімічними, гідродинамічними і тепломасообмінними процесами на міжфазній поверхні та всередині рідкої фази, суттєво впливають на ефективність масообміну і можуть бути використані для інтенсифікації масообміну в газорідинних системах, у яких визначальний геометричний розмір частинок дисперсної фази співмірний або менший від капілярної сталої.
4. Експериментально підтверджено зв’язок між характером течії рідини, гідравлічним опором та інтенсивністю масообміну в апаратах з насадками трьох типів.
5. Запропоновано класифікацію та встановлено межі існування таких режимів утворення крапель при стіканні рідини з зубців: рівноважного, вільного, резонансного, ланцюгового, струменевого. Для однофазної течії рідини в досліджених насадках встановлено існування та межі реалізації не описаних раніше режимів краплинно-плівкової течії: з ініційованою течією крапель, з ініційованою течією крапель і ділянками ланцюгової течії, окремими струмінцями, широкими струменями.
6. В умовах краплинно-плівкової течії протитечійний газовий потік взаємодіє з рідиною інтенсивніше, ніж в умовах плівкової течії. Запропоновано класифікацію інтенсивностей взаємодії фаз: слабка, відчутна, інтенсивна, сильна. В зонах інтенсивної і сильної взаємодій фаз встановлено існування нових режимів краплинно-плівкової течії: з рівномірною, нерівномірною і нестійкою течіями крапель.
7. Аналізом кривих відгуку на імпульсне введення індикатора встановлено, що за відношенням максимальної і середньої швидкостей краплинно-плівкова течія належить до перехідної зони між ламінарним і турбулентним режимами.
8. Встановлено, що насадка із зубчастими отворами без будь-яких додаткових конструктивних елементів є найдосконалішою щодо використання енергії газового потоку для інтенсифікації масообміну і ефективнішою за плоскопаралельну насадку.
9. Насадка із зубчастими отворами і гофрами має вищий питомий гідравлічний опір, ніж насадка без гофрів. Її можна рекомендувати для процесів з переважаючим опором масопередачі у газовій фазі та для апаратів з нестабільним поданням зрошення.
10. Насадку із зубчастими пелюстками не доцільно використовувати в апаратах з обмеженими перепадами тиску, але вона може замінити нерегулярні насадки, забезпечуючи при цьому значно нижчий гідравлічний опір і вищу пропускну спроможність.
11. Розв’язанням рівнянь балансу об’ємних і поверхневих сил встановлено капілярні співвідношення та визначальний геометричний розмір для розрахунку конструктивних елементів насадок. Цей розмір дорівнює капілярній сталій. Розглянуто особливості конструювання насадок досліджених різновидів.
12. На розроблені конструкції одержано 17 авторських свідоцтв СРСР та 16 патентів України. Апарати з дослідженими насадками впроваджено у виробництво на чотирьох підприємствах харчової промисловості. Технічну документацію на насадки використано механічним заводом при виготовленні обладнання для спиртової та виноробної промисловості.
Результати досліджень відображено в підручнику і двох навчальних посібниках з процесів і апаратів харчових виробництв.