Эффективность охлаждения жидкостей в турбулентном барботажном слое на ситчатых тарелках

ЦЕЛЬ. Рассмотреть и решить задачу определения тепломассообменной эффективности и конструктивных характеристик барботажных ситчатых тарелок при охлаждении жидкой фазы и нагрева газа. Моделируется процесс контактного испарительного охлаждения воды воздухом в турбулентном барботажном слое при пенном режиме.

МЕТОДЫ. Использован подход с применением тепловых и массообменных чисел единиц переноса, где коэффициенты тепло- и массоотдачи вычисляются по критериальным выражениям или математической модели. Записано дифференциальное уравнение теплообмена в жидкой фазе с межфазным источником теплоты и уравнением баланса.

РЕЗУЛЬТАТЫ. Приняты известные допущения о идеальном вытеснении газовой фазы по высоте газожидкостного слоя. Рассмотрены частные случаи записи уравнения теплообмена в виде ячеечной модели структуры потока жидкой фазы. Дан алгоритм определения термодинамических параметров при охлаждении воды воздухом с расчетом профилей температур воды и воздуха по длине ситчатой тарелки. Показаны примеры расчетов температуры охлаждаемой воды и нагреваемого воздуха при различной структуре потока и сравнение с аналогичным процессом на макете градирни с регулярной сетчатой насадкой. Сделаны выводы об эффективности барботажных и насадочных аппаратов. Представленная математическая модель и алгоритм расчета может использоваться при проектировании или модернизации барботажных аппаратов в различных отраслях промышленности и энергетике.

1. Bespalov V.V., Belyaev L.A., Kuchman L.S. Simulation of surface-type condensing units for heat recovery from the flue gas with air heating // MATEC Web of Conferences. 2017. № 91. С. 01003.

2. Voinov N.A., Deryagina N.V., Zemtsov D.A., Bogatkova A.V., Zhukova O.P. Intensification of heat removal in diabatic columns // В сборнике: Journal of Physics: Conference Series. Krasnoyarsk, Russian Federation, 2020. С. 52080.

3. Boyadjiev C.H. R.B., Dzhonova D.B., Popova-Krumova P.G., Stefanova K.V., Pavlenko A.N., Zhukov V.E., Slesareva E.Yu. Liquid wall flow in counter-current column apparatuses for absorption processes with random packings // Bulgarian Chemical Communications. 2020. Т. 52. С. 74-79.

4. Ledukhovsky G.V., Zhukov V.P., Barochkin Y.E., Barochkin E.V. Modeling the dissolved oxygen desorption when superheated water enters the rarefaction zone // Тhermal engineering. 2021. Т. 68. № 7. С. 570-576.

5. Ledukhovsky G.V., Zhukov V.P., Barochkin Y.E. Simulation of thermal water deaeration based on a matrix approach to the design of heat-and-mass exchangers // Thermal Engineering. 2019. Т. 66. № 4. С. 287-292.

6. Sharapov V.I., Mingaraeva E.V. Energy, mass-exchange and hydrodynamic efficiency of degassers at low-temperature deaeration of water for thermal power plants // В сборнике: IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2019. С. 012026.

7. Комиссаров, Ю.А., Гордеев Л. С., Вент Д. П., Процессы и аппарата химической технологии:М.: Химия, 2011. 1230 с.

8. Разинов А.И., Клинов А.В., Дьяконов Г.С. Казань: Процессы и аппараты химической технологии. Казанский национальный исследовательский технологический университет,2017, 860 с.

9. Молоканова Л.С., Шибитова Н.В., Колоскова В.В. Современные конструкции массообменных тарелок // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2018. №9. Стр. 9-13.

10. Скобло А.И., Молоканов Ю.К., Владимиров А.И., Щелкунов В.А. Процессы и аппараты нефтегазопереработки и нефтехимии: 3е изд. –М.:ООО «Недра-Бизнесцентр», 2000. – 677с.

11. Laptev A.G., Lapteva E.A. Determination of heat and mass transfer efficiency on a bubbling plate with account for scale transition // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. 2015. Т. 88. № 4. С. 806-814.

12. Laptev A.G., Karpeev S.V., Lapteva E.A. Мodeling and modernization of tray towers for reactive distillation processes // Theoretical Foundations of Chemical Engineering. 2018. Т. 52. № 1.

13. Тарат Э. Я. Пенный режим и пенные аппараты: монография. Л.: Химия, 1977. 303 с.

14. 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.

15. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. М: Наука, 1987. 464 с.

16. Дмитриев А.В., Круглов Л.В., Хафизова А.И., Дмитриева О.С., Шешуков Е.Г. Методика расчета гидравлического сопротивления струйно-пленочных контактных устройств в теплоэнергетическом оборудовании // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2018. Т. 10. № 2 (38). С. 53-59.

17. Шарипов И.И., Круглов Л.В., Круглов В.И., Дмитриева О.С. Разработка конструкции струйно-пленочного контактного устройства с целью интенсификации тепломассобмена // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2018. Т. 20. № 9-10. С. 146-153.

18. Шарапов В.И., Кудрявцева Е.В., Пазушкина О.В. Массообмен и гидродинамика деаэраторов ТЭС при использовании в качестве десорбирующей среды природного газа. //Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2017;19(1-2):86-94. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2017-19-1-2-86-94.