Методы математического моделирования десорбции трудно растворимых газов в насадочных аппаратах
- Authors: Лаптев А.Г.1, Лаптева Е.А.1, Соловьева О.В.1, Клочкова В.А.1
-
Affiliations:
- ФГБОУ ВО “Казанский государственный энергетический университет”
- Issue: Vol 58, No 1 (2024)
- Pages: 88-96
- Section: Articles
- Published: 21.07.2024
- URL: https://journals.rcsi.science/0040-3571/article/view/260033
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0040357124010114
- EDN: https://elibrary.ru/YXGWMN
- ID: 260033
Cite item
Abstract
Для решения задач удаления трудно растворимых коррозионно-активных газов из воды в химических цехах тепловых станций и промышленных предприятий в статье рассмотрены математические модели и методы расчета эффективности тепло- и массообмена в насадочных десорберах. Представлена система двухмерных дифференциальных уравнений массообмена с частными производными и межфазным источником массопередачи. Дано выражение для межфазного источника и коэффициента турбулентной диффузии в газовой фазе, а также граничные условия к системе уравнений с учетом турбулентного перемешивания газовой фазы на входе в слой насадки. Отмечено, что представленная система уравнений массообмена решается численно и дает возможность вычислять профили концентраций компонента в газовой и жидкой фазах от входа к выходу аппарата и определять эффективность извлечения растворенных газов из воды.
Для сокращения трудоемкости и времени численного решения представленной задачи показано применение системы дифференциальных уравнений диффузионных моделей гидродинамической структуры потоков газа и жидкости. Основными параметрами моделей являются числа Пекле (критерий Боденштейна), учитывающие обратное перемешивание газа и жидкости, а также общее и частные числа единиц переноса.
Для упрощенных инженерных расчетов рассмотрен модифицированный метод единиц переноса с записью выражения для высоты насадки с дополнительными слагаемыми, учитывающими отклонения от модели идеального вытеснения фаз, т. е. с учетом обратного перемешивания потоков, что увеличивает требуемую высоту насадки при заданном режиме массопередачи. Получены выражения для массообменной и тепловой эффективностей процессов. Представлены примеры расчетов насадочного декарбонизатора с кольцами Рашига, а также с современными хаотичными насадками. В итоге получено универсальное выражение для расчета высоты насадки при заданной гидравлической нагрузки и требований к очистке жидкостей.
About the authors
А. Г. Лаптев
ФГБОУ ВО “Казанский государственный энергетический университет”
Author for correspondence.
Email: e-tvt_kgeu@mail.ru
Russian Federation, Казань, Республика Татарстан
Е. А. Лаптева
ФГБОУ ВО “Казанский государственный энергетический университет”
Email: e-tvt_kgeu@mail.ru
Russian Federation, Казань, Республика Татарстан
О. В. Соловьева
ФГБОУ ВО “Казанский государственный энергетический университет”
Email: e-tvt_kgeu@mail.ru
Russian Federation, Казань, Республика Татарстан
В. А. Клочкова
ФГБОУ ВО “Казанский государственный энергетический университет”
Email: e-tvt_kgeu@mail.ru
Russian Federation, Казань, Республика Татарстан
References
- Ледуховский Г.В., Виноградов В.Н., Горшенин С.Д., Коротков А.А. Исследование технологических процессов атмосферной деаэрации воды / Под общ. ред. Г.В. Ледуховского; Ивановского гос. энерг. ун-та, Иваново, 2016. 420 с.
- Ledukhovsky G.V., Barochkin Y.E., Zhukov V.P., Vinogradov V.N., Shatova I.A. Water deaeration in water-cooling systems of the stator winding in a turbogenerator with hydrogen-water cooling // Thermal Engin. 2018. V. 65. № 10. P. 751–755.
- Ларин Б.М., Ларин А.Б., Суслов С.Ю., Кирилина А.В. Нормирование качества водного теплоносителя на Российских ТЭС // Теплоэнергетика. 2017. № 4. С. 79–84.
- Шарапов В.И. Малинина О.В., Цюра Д.В. О предельной массообменной и энергетической эффективности термических деаэраторов // Энергосбережение и водоподготовка. 2003. № 2. С. 61.
- Шарапов В.И., Цюра Д.В. Термические деараторы // Ульяновский государственный технический университет. Ульяновск: УлГТУ. 2003. 560 с.
- Шарапов В.И., Кудрявцева Е.В. Технико-экономическая оценка применения технологий низкотемпературной деаэрации воды // Промышленная энергетика. 2017. № 6. С. 23–26.
- Лаптев А.Г., Лаптева Е.А., Шагиева Г.К. Повышение эффективности очистки воды от растворенных газов на ТЭС // Теплоэнергетика. 2017. № 1. С. 79–83.
- Лаптева Е.А. Эффективность явлений переноса в газожидкостных средах при десорбции и охлаждении жидкостей. Казань: Отечество. 2019. С. 244.
- Лаптев А.Г., Башаров М.М., Лаптева Е.А. Математические модели и методы расчетов тепломассообменных и сепарационных процессов в двухфазных средах. Казань: КГЭУ; Старый Оскол: ТНТ, 2021. 288 с.
- Костанян А.Е., Белова В.В. О масштабном переходе в химической технологии // Химическая технология. 2016. № 3. С. 118–122.
- Павлов В.П., Кулов Н.Н., Керимов Р.М. Совершенствование химико-технологических процессов на основе системного анализа // Теор. основы хим. техн. 2014. Т. 48. № 2. С. 131–135.
- Лаптев А.Г., Фарахов М.И., Лаптева Е.А. Проблемы и решения масштабного перехода в химической технологии / /Труды Академэнерго, 2019. № 4. С. 33–38.
- Розен А.М., Мартюшин Е.И., Олевский В.М. и др. Масштабный переход в химической технологии: разработка промышленных аппаратов методом гидродинамического моделирования. М.: Химия, 1980. 320 с.
- Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. М.: Наука, 1987. 464 с.
- Холпанов Л.П., Шкадов В.Я. Гидродинамика и тепломассообмен с поверхностью раздела. М.: Наука,1990. 271 с.
- Рамм В.М. Абсорбция газов. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Изд-во “Химия”, 1976. 656 с.
- Плановский А.Н., Николаев П.И. Процессы и аппараты химической и нефтеперерабатывающей технологии. 3-е изд. М.: Химия. 1987. 496 с.
- Сокол Б.А., Чернышев А.К., Баранов Д.А., Беренгартен М.Г., Левин Б.В. Насадки массообменных колонн. М., 2009. 358с.
- Каган А.М., Лаптев А.Г., Пушнов А.С., Фарахов М.И. Контактные насадки промышленных тепломассобменных аппаратов. Казань: Отечество, 2013. 454 с.
- Лаптева Е.А., Лаптев А.Г. Математическая модель и экспериментальные данные охлаждения воды в противоточных пленочных градирнях // Теор. основы хим. техн. – 2023. Т. 57. № 4. С. 399–407.