РАЗДЕЛ 2
ОБЩАЯ МЕТОДИКА И ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Целесообразность применения той или иной конструкции аппарата и установленных
в нем контактных элементов, реальный диапазон изменения технологических
параметров и оценка эффективности данного оборудования в значительной степени
зависит от правильного выбора методов и средств физического моделирования.
Равенство критериев геометрического и физического подобия в модели и
моделируемом объекте является основой этого моделирования. Однако выполнить на
практике это условие, особенно для сложных процессов с двухфазными потоками и
свободными межфазными поверхностями, достаточно трудно. Кроме этого,
уменьшенные на основании геометрического подобия элементы модели, в
особенности для тарельчатых контактных элементов, имеют совершенно другие
гидродинамические характеристики по сравнению с промышленными объектами.
Основные положения физического моделирования сформулированы следующим образом
[47-48]
- модель должна представлять собой часть промышленного аппарата с сохранением
промышленных размеров основных элементов (труб, колпаков, отверстий перфорации
и др.);
- критерий Рейнольдса для газового потока, плотность орошения и распределения
жидкости в модели и моделируемом аппарате должны быть одинаковыми;
размеры модели должны исключать влияние стенок аппарата.
В данной работе нами изучаются два основных типа межфазного контакта в колонных
аппаратах
- на фиксированной поверхности (стенке труб) при конденсации парогазовых
смесей, абсорбции-десорбции газов, термической обработке порошковых материалов
с одновременным подводом или отводом теплоты из зоны реакции;
- на межфазной поверхности, образуемой и развиваемой в результате
взаимодействия газовых и жидкостных потоков (тарельчатые контактные элементы),
в основном, при десорбции газов из жидкости.
2.1. Фиксированная поверхность контакта фаз
При изучении процесса на фиксированной поверхности контакта фаз можно наиболее
полно выполнить основные требования физического моделирования и достаточно
приблизиться к моделируемому объекту, а, именно
- основной элемент модели - труба - представляет собой часть промышленного
аппарата и может иметь промышленные размеры (диаметр и высоту);
- скорость газового потока (основной, изменяемый в широких пределах параметр,
входящий в критерий Рейнольдса), удельная плотность орошения и распределение
орошающей жидкости соответствуют этим параметрам в моделируемом аппарате;
- при проведении процесса в трубах или в межтрубном пространстве влияние
стенок аппарата практически отсутствуют.
При изучении процессов в трубах для получения корректных результатов достаточно
одной трубы, а при моделировании условий газожидкостного взаимодействия в
межтрубном пространстве минимальное количество вертикальных труб при наиболее
распространенном их расположении в вершинах равностороннего треугольника может
составлять три штуки.
Однако, этого количества труб достаточно при изучении процессов с
газожидкостными потоками, интенсивно не образующими на поверхности труб
инкрустациями. В процессах же, например, карбонизации, образующийся
гидрокарбонат натрия сравнительно быстро оседает на поверхности труб в
холодильной зоне, а также на тарельчатых контактных элементах, установленных
между трубчатками и предназначенных для равномерного распределения газа по
сечению аппарата, при моделировании необходимо наличие всего блока контактных
устройств.
2.2. Поверхность контакта, образуемая в результате
взаимодействия фаз
Образование межфазной поверхности в результате взаимодействия фаз в колонных
аппаратах содового производства происходит на тарельчатых контактных элементах
- колпачковых или плосколистовых крупной перфорации. Для этих процессов,
согласно первому положению физического моделирования, необходимо сохранить
промышленные размеры основных элементов, в случае перфорированных КЭ - это
диаметр отверстий перфорации, а также его соотношение с диаметром аппарата.
Многочисленные исследовательские работы по гидродинамике и массообмену
перекрестноточных перфорированных (ситчатых) тарелок проводились при диаметре
перфорации 2-8 мм и они надежно моделировались в используемых для большинства
исследований лабораторных колоннах, в основном, диаметрами 50-200 мм [49] .
Поскольку до настоящего времени не были изучены масштабные переходы при
моделировании процессов тепло- и массообмена аммиачно-содового производства,
постараемся ориентировочно оценить величину минимального диаметра модели. При
изучении одной из важнейших гидродинамических характеристик перфорированных
тарелок - скорости газа в режиме захлебывания было обнаружено [50], что
предельно допустимая скорость газа при диаметре модели D <1,0 м тем выше, чем
больше диаметр аппарата, а при, D >1,0 м эта скорость от диаметра аппарата не
зависит. Учитывая это, а также указанные выше преимущества крупной перфорации
с диаметром отверстий 30-120 мм, можно принять достаточным для получения
достоверных результатов моделирования в интенсивных гидродинамических режимах
диаметр модели в интервале 1,0 - 1,4 м.
Вторым основным условием физического моделирования колонн с тарельчатыми КЭ
является равенство расстояний между тарелками в моделируемом промышленном
объекте, т.е. модель должна быть построена по методу «вертикальной вырезки». В
этом случае при конструировании модели необходимо выбрать такие поперечные
размеры, при которых режимы движения потоков в контактных устройствах
моделируемого объекта и его модели будут достаточно близки [48].
2.3. Методы измерений и обработки экспериментальных данных
Исследования таких сложных
- Київ+380960830922