Поликанальная математическая модель разделения жидких аэрозольных систем в насадочных скрубберах-охладителях

АКТУАЛЬНОСТЬ исследования заключается в полученной математической модели расчета эффективности разделения аэрозольных систем, которая учитывает неравномерный профиль скорости газа в насадочном газосепараторе-скруббере.

ЦЕЛЬЮ является на основе разработанной математической модели создание инженерной методики расчета эффективности насадочных скрубберах-охладителей совместно с разделением аэрозолей с привлечением данных по гидравлическому сопротивлению локальных зон слоя хаотичной насадки и неравномерного профиля скорости газа.

МЕТОДЫ заключаются в применении дифференциального уравнения массопереноса аэрозольных частиц с локальным объемным источником массы переноса и осаждения частиц на поверхность хаотичной насадки. Для этого используется теория турбулентно-инерционного механизма осаждения частиц при больших скоростях движения аэрозольных систем. Объемный источник массы связан с коэффициентом скорости турбулентный миграции частиц, разностью концентраций и с удельной поверхностью насадки. Уравнение массопереноса частиц записано в одномерной постановке для ряда параллельных условных каналов насадочного слоя с различной скоростью движения газа. Научная новизна состоит в математической модели сепарации аэрозолей, которая с небольшими вычислительными затратами позволяет прогнозировать влияние неоднородности размещения насадки и неравномерность профиля скорости газа на эффективность процесса разделения.

РЕЗУЛЬТАТАМИ является установленное влияние неравномерного профиля скорости газа в насадочном слое на профиль концентрации частиц и на эффективность сепарации аэрозолей, что очень важно при проектировании или модернизации скрубберов-охладителей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. В результате применения разработанной математической модели и методики расчетов выявлено влияние различной скорости газа в хаотичном насадочном слое на эффективность разделения аэрозольных систем. Показано, что наличие неравномерностей снижает эффективность разделения на 5-33%, что необходимо учитывать при проектировании контактных скрубберов с насадками при очистке газа от дисперсной фазы на предприятиях топливноэнергетического комплекса.

1. Бирюков А.Б., Лебедев А.Н., Каминский К.Д. Использование комбинированных устройств глубокого охлаждения дымовых газов на водогрейных котлах системы ЖКХ // Вестник Донецкого национального университета. Серия Г: Технические науки. 2024. № 1. С. 69-81.

2. Платонов Н.И. Расчет тепломассообмена между газом и свободной жидкостной пленкой в контактном теплообменнике// Теплоэнергетика. 2008. № 3. С. 18-23.

3. Алешин В.И., Рубан В.С., Сазоненко В.М. Ресурсосберегающие способы охлаждения сжимаемого газа// Известия вузов. 2020. Пищевая технология. №1 (373) с. 73-77.

4. Хайбулов Р.А. Исследование гидродинамических характеристик контактного устройства массообменного аппарата с направленным вводом газа // Вестник Астраханского государственного технического университета. 2024. № 1(20) с. 231-238.

5. Широков В.А., Орлова М.Н. Методика расчета эффективности использования теплоты продуктов сгорания природного газа в контактных теплообменниках // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. 2023. №1 (310) с. 50-54.

6. Покрышкин К.В. и др. Современные схемы конечного охлаждения коксового газа // Кокс и химия. 2024. №8. с.26-35.

7. Бахронов Х.Ш., Ганиева С.У. Ход развития аппаратов для очистки газов от пыли // Journal of agvanes in engineering technology. 2022.№2. с. 33-38.

8. Орлов А.О., Чернушевич Е.Э., Макамович С.С., Лепетило С.И. Очистка дымовых газов от оксида азота и угольной пыли // Современные достижения научно-технического прогресса. 2023. №2(7). С.14-18.

9. Маслобитов М.В., Козлов Д.А., Булгаков Д.М., Рязанцева А.В. Методы очистки от угольной пыли уходящих газов на ТЭЦ // Тенденции развития науки и образования. 2021. № 73-3. С. 104-109.

10. Karimov L., Qo`choarov B. Resistan coefficients the apparatus with mesh wet cleaning of gust gases // Fergana Polytechie Instute. 2023. № 1-5 (106). С. 8-13.

11. D. Dorhjie, D. Pereponov, T. Aminev, A. Gimazov, D. Khamidullin, D. Kuporosov, M. Tarkhov1, A. Rykov, I. Filippov, E. Mukhina, E. Shilov, P. Grishin and A. Cheremisin. Kinetics of Phase Separation and Saturation Profile of Gas Condensates: a Microfluidic and Numerical Analysis // European Association of Geoscientists & Engineers 85th EAGE Annual Conference & Exhibition (including the Workshop Programme), Jun 2024, Volume 2024, p.1 – 5.

12. Fei Zhang, Youyu Lu, Shaoyan Zhu, Funian Han, Guanghua Wen, Ping Tang, Zibing Hou. Mathematical model and numerical investigation of the influence of spray drying parameters on granule sizes of mold powder. Particuology Volume 85, February 2024, Pages 280-295

13. Vasyl Mykhailiuk, Michał Zasadzień, Mikhailo Liakh, Ruslan Deineha, Yurii Mosora and Oleh Faflei. Analysis of the Possibility of Modeling Gas Separators using Computational Fluid Dynamics // Management Systems in Production Engineering Volume 32 (2024): Issue 1 (March 2024)

14. Lele Yang a, Xiaodong Chen a, Chengyu Huang a, Sen Liu b, Bo Ning c, Kai Wang b A review of gas-liquid separation technologies: Separation mechanism, application scope, research status, and development prospects // Chemical Engineering Research and Design. Volume 201, January 2024, Pages 257-274.

15. O. Liaposhchenko et al., "Improvement of Parameters for the Multi-Functional Oil-Gas Separator of “HEATER-TREATER” Type," 2019 IEEE 6th International Conference on Industrial Engineering and Applications (ICIEA), Tokyo, Japan, 2019, pp. 66-71.

16. Эффективность прямоугольного сепаратора в зависимости от оформления элементов внутри аппарата / А. В. Дмитриев, В. Э. Зинуров, О. С. Дмитриева, В. Л. Нгуен // Вестник Казанского государственного энергетического университета. – 2018. – Т. 10, № 1(37). – С. 74-81.

17. Сравнение технических характеристик мультивихревого сепаратора с циклонами различных модификаций / В. Э. Зинуров, А. В. Дмитриев, Р. Я. Биккулов [и др.] // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. – 2023. – Т. 25, № 3. – С. 117-127.

18. Сокол, Б. А., Чернышев А. К., Баранов. Д. А. Насадки массообменных колонн : – Москва : Галилея-принт, 2009. – 358 с.

19. Контактные насадки промышленных тепломассообменных аппаратов: монография / А. М. Каган, А. Г. Лаптев, А. С. Пушнов, М. И. Фарахов / под ред. А. Г. Лаптева. – Казань: Отечество, 2013. – 454 с.

20. Витковская, Р. Ф. Аэродинамика и тепломассообмен насадочных аппаратов / Р. Ф. Витковская, А. С. Пушков, С. Шинкунас. — Санкт-Петербург : Лань, 2019. – 288 с.

21. 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.

22. Медников, Е. П. Турбулентный перенос и осаждение аэрозолей: монография / Е. П. Медников. – Москва : Наука, 1980. – 176 с.

23. Сугак, Е. В., Войнов Н. А., Николаев Н. А. Очистка газовых выбросов в аппаратах с интенсивными гидродинамическими режимами // Сибирская аэрокосмическая акад., Сибирский гос. технологический ун-т, Казанский гос. технологический ун-т. - 2-е изд. - Казань : Отечество, 2009. - 222 с.

24. Снижение потерь масла в компрессорных установках при охлаждении и перекачивании природного газа. Часть 1. Описание технологической схемы и математическая модель процесса / Т. Ф. Кадыров, А. А. Касьяненко, А. Г. Лаптев [и др.] // Газовая промышленность. – 2023. – № 9(854). – С. 72-80.

25. Лаптев, А.Г. Гидромеханические процессы в аппаратах химической технологии. учебносправочное пособие для вузов / А.Г. Лаптев – Санкт-Петербург: Лань, 2024 – 592 с.

26. Laptev A.G., Lapteva E.A., Basharov M.M. Separation and energy efficiency of packed apparatuses for purifying gases from aerosols // Theoretical Foundations of Chemical Engineering. 2017. Т. 51. № 5. С. 639-646.