Қолжазба құқығында


ӘОЖ 622.24.084:627.13:622.233.65:627.141.24


БАҚЫТЖАН ЗАРИНА БАҚЫТЖАНҚЫЗЫ


Құйындатқышты конусты табақшалы аппараттың гидродинамикасының режимдік және конструктивтік параметірлерге тәуелділігін зерттеу


6М072400– Технологиялық машиналар мен жабдықтар (сала бойынша)

мамандығы бойынша техника ғылымдарының магистрі

академиялық дәрежесін алу үшін дайындалған диссертациясының


РЕФЕРАТЫ


Ғылыми жетекші: техника ғылымдарының

докторы, профессор Досжанов М.Ж.


Қазақстан Республикасы

Қызылорда, 2013 ж.

Жұмыс Қорқыт Ата атындағы Қызылорда мемлекеттік университетінің «Мұнай және газ өнеркәсібі машиналары мен жабдықтары» кафедрасында орындалған.


Ғылыми жетекшісі: техника ғылымдарының

докторы, профессор

Досжанов М.Ж.


Ресми оппоненті: техника ғылымдарының

докторы, профессор

Ермеков М.М.


Қ


орғау «___» _____________2013 ж. сағ. ____ -де Қорқыт Ата атындағы Қызылорда мемлекеттік университетінде болады.


Мекен жайы: 120008, Қызылорда қ., Абай даңғылы 66, №5 оқу ғимарат, Политехникалық институт, № ______ дәрісхана.


Магистрлік диссертация Қорқыт Ата атындағы Қызылорда мемлекеттік университетінің ғылыми-техникалық кітапханасына қойылады.


Кіріспе

Диссертацияның көлемі мен құрылымы: Магистранттың ғылыми зерттеу жұмысы кіріспеден, 4 бөлімнен, қорытындыдан, 86 беттен, оның ішінде 38 сурет, 82 пайдаланылған әдебиеттер тізімінен және атаулар мен тіркемелерден тұрады. Зерттеу нысанасы- белгіленген тәуелділікті массаалмасу және газ тазалау қондырғыларын құрастыруға және де оның элементтерін жобалау, конструкциялау үшін, режимдік сипаттамаларын анықтау.

Түбірлі сөздері: жылуалмасу, жылуберу, массаалмасу, бу конденсациясы, бу газ қоспалары, жылумассаалмасу аппараты, жүйелі дірілдегіш пластиналы тұтқамалы аппарат, ұсталынған сұйық мөлшері, т.б.

Зерттеу жұмыстарының өзектілігі: Бүкіл өнеркәсіптік бағыттарында түйіскен жылуалмастырғыш аппараттарының газдар мен сұйықтардың жылыну немесе салқындау процесттерінің бізге белгілідей құбырлы, пластиналы, ирелекті және басқа да жылуалмастырғыш конструкцияларының бет жағы емес тікелей контактлық арқылы жүруі практикалық түрде кеңінен қолданылады. Химиялық, мұнайгаз өңдеуші, металлургиялы және энергетикалық өндірістерде газдар немесе сұйықтарды суыту мен қыздыруға көбінесе скрубберлер мен градирналар қолданылады.

Тақырыпты әзірлеуге негіз болып, химия және онымен байланысты өнеркәсіп салаларында массаалмасу процесстерін жоғары тиімділікпен жүзеге асыру барысындағы төмен энергия және күрделі шығындардағы аппараттарды құру қажеттілік болып табылады.

Мұндай аппараттарды шаң ұстау және жылумассаалмасудың жоғары қарқындылығы мен бейімділігіне көз жеткізуге болады, бұл аппарат конструкциясы да қазіргі заман талаптарына жауап беретіндей жетілдіруді талап етеді. Дегенмен де осыған байланысты аппараттың гидродинамикалық параметрлерін зерттеу ғылыми өзекті мәселе болып табылады.

Зерттеу мақсаты: жоғары қарқынды аппараттарын құру мақсатында оның гидродинамикалық көрсеткіштерінің режимдік және конструктивтік параметрлерге тәуелділігін зерттеу, осының нәтижесінде есептеу және жобалаудың ғылыми тұжырымдалған әдістемесін әзірлеу.

Зерттеу обьектісінің дамуының болжамы-белгіленген тәуелділікті массаалмасу және газ тазалау қондырғыларын құрастыруға және де оның элементтерін жобалау және конструкциялау үшін негіз бола алады.

Соңғы жылдары Қазақстанда жылу және массаалмасу процесстерінің тиімділігін арттыру мақсатында өзара әрекеттеуші фазалардың физико-химиялық қасиеттерін мақсатты басқару бойынша зерттеулер жүргізілуде.

Зерттеу әдісі: Жұмыс барысында тоғысушы ағындағы аппараттардың гидравликалық кедергісінің режимдік және конструктивтік параметрлерге тәуелділігі зерттеледі. Зерттеулер құйындатқыш аумағында жүргізіледі. Зерттеулер нәтижесінде аппараттың гидравликалық кедергісін режимдік және конструктивтік параметрлерге тәуелділігі графигі алынды. Көп жағдайда

өнеркәсіптердің барлық салаларында әсерлеуші жылумассаалмастырғыш аппараттар кеңінен қолданылады. Осыған байланысты магистрлік диссертацияның тақырыбында кеңінен белгілі зерттеу әдістері орын алды. Ол:

- режимдік және конструктивті параметрлерге қатысты құйындатқышы бар конустық контактылық құрылғылы жылумассаалмасу аппаратының гидродинамикалық параметрлерін зерттеу;

- зерттеу нәтижелеріне талдаулар жасау негізінде ағындардың пленкалы- тамшылы әрекеттесуі барысындағы аппараттың режимдік және конструктивті параметрлеріне қатысты жылумассаалмасу процесінің гидродинамикалық заңдылықтары мен тиімділігін анықтау;

Алынған нәтижелері, оның жаңашылдылығы, ғылыми және іс-тәжірбиелік құндылығы: тәжірибеде осының барлығы, сол бір режимге әртүрлі атаулардың қолданылуына алып келеді.

Жасалған сараптама негізінде төмендегідей қорытынды жасауға болады.

Құйындатқышы бар конусты әрекеттестіруші құрылғылы аппараттың конструкциясы, оның гидродинамикалық параметрлерін ғылыми-тұжырымдалған әдістемесі және аппаратты жобалау бойынша кепілдемелер ұсынылды.

Жоғарыда айтылған ойлар негізінде, магистрлік диссертацияның міндеттері төмендегідей болып анықталады:

- құйындатқышы бар конустық контактылық элементті аппараттың мүмкін жұмыс тәртібінің шекарасын анықтау;

- құйындатқышы бар конусты әрекеттестіруші элементті аппараттың гидродинамикасын зерттеу барысын қолдана отырып компьютерлік моделдеуді орындау.

- газ сұйықты қабаттың гидравликалық кедергісі мен сұйықтың статикалық бағанасы арасындағы бара барлық тұрғысынан әрекеттесу аймағындағы ұсталған сұйық мөлшерін ( ҰСМ ) анықтауға арналған өрнек алынды.

Алынған мәліметтер ағынындағы массаалмасу және шаңұстау жабдықтарын жобалау барысында конструктивтік және технико-экономикалық көрсеткіштері, аппараттардың тиімді гидродинамикалық параметрлері процесінің қарқындылығын арттыру негізінде қолданылуы мүмкін.


Жұмыстың негізгі мазмұны


Кіріспе де жұмыс мақсаты, негізгі режимдік, конструктивтік, технико- экономикалық көрсеткіштері, тақырыптың өзектілігі, енгізу дәрежесі мен қолдану обылысы, тақырыпты әзірлеуге алғаш мәліметтер, бұл құйындатқыш аппараттардың оң және теріс белгілері сондай –ақ массаалмасу процесінің гидродинамикасы және кинетикасы салаларындағы ғылым мен техниканың жетістіктері көрсетілген.

1-ші бөлімінде Маңызды проблемалардан туындайтын мәселе ол, массаалмасу аппараттардың жаңа конструкцияларын жасау(түзу) нәтижесінде процестерді қарқындататын және аппараттың салыстырмалы өнімділік артуды мақсаттардың шешімі зерттелінді. Сонымен қатар конструкциясы қарапайым болғандықтан олар, көпшілік жылу- массаалмасу, газ тазалау процестерін жүзеге асыру үшін кеңінен ұсынылды. Патенттік зерттеу және әдебиеттік шолуларды сараптау нәтижесінде әртүрлі конструкциялардың тиімділігімен кемшіліктері анықталды. Қарастырылған теңдеулер газдың төменгі жылдамдығында жұмыс істейтін онын салдарынан теориялық талдау жүргізілді.

Қазіргі таңда газ толасын шиырылтудағы құйынды аппараттардың түрлі конструкциялары әзірленіп өнеркәсіптік сынақтан өткізілді, және де кейінгі дамуында пленкалы - тамшылы сындағы аталуға ие болды.

Диссертацияда барлық жүргізілген ғылыми-зерттеу жұмыстарымен алынған жаңалықтар жылу-массаалмасу аппараттарына қойылатын талаптарды қанағаттандыру мақсатында олардың жаңа конструкцияларын құрастыруға бағытталған.

Ізденістердің нәтижесінде кейбір кемшіліктерді жою мақсатында, газ бен сұйық ағындарының өзара әрекеттесуінің жаңа тәсілмен жұмыс істейтін, саптамалары алуан түрлі, конструкциялары әртүрлі аппараттар құру мүмкіндігі бар. Қазіргі кезде түрліше тағайындалудағы құйынды аппараттардың елеулі мөлшердегі түрлері құралып мақсатта қолдануда, атап айтқанда олардың ішінде.

Сонымен, жүргізілген анализ газ және сұйық фазаларындағы массаберу коэффициенттерін анықтау үшін міндетті түрде экпериментті зерттеулер жүргізілуі қажеттілігін көрсетеді. Ол зерттеулер анықталатын факторлардың массаберу коэффициентіне сапалық және сандық әсерлерін нақты анықтауға мүмкіндік береді.

Көпшілік жағдайда жаңадан ойлап табылатын, түзілетін аппараттардың конструкциялары бойлай-көлденең секциялау принциптеріне сай келе бермейді, сондықтан өндірістік масштабтағы аппараттар жасалғанда, олардың тиімділігі мен сенімділігі қазіргі талаптарды қанағаттандыра алмайды. Жоғары айтылған ойлар негізінде, магистрлік диссертацияның міндеттері төмендегідей болып анықталды:

- зерттеулер нәтижелеріне теориялық тұрғыдан негіздемелер жасау.

Өйткені, тамшылардың қосылуы мен бөлінулері болмайды. Мұндай алып кетудің бір бөлігі аппараттың режимдік жұмыс параметрлеріне, газ жылдамдығына және газ сұйықтық; қабаттың кұрылысына байланыссыз болып келеді. Тамшыны алып кетудің екінші бөлігі - ол, газ қабыршақтарының бөлінуі кезіндегі фазааралық беттегі бос энергияның бірден өзгеруінің нәтижесінде пайда болатын тамшылар болып табылады.

Конструкцияның басты кемшіліктері бұл: дайындалудың еңбексиымдылығы; қатты тұнбаларменен бітеліп қалуы; гидравликалық кедергінің салыстырмалы жоғары болуы; осының салдарынан энергиясиымдылықтың орын алуы. Табақшаның басқа конструкцияға қарағандағы артықшылығы: конструкцияның материалды кідірту қабілетінің жоғарылығы, ал бұл тиімділіктің артуының себебі болып табылады. Жоғарыда келтірілген барлық артықшылығыменен қатар дайындалуының күрделілігі, қатты қалдықтарменен бітеліп қалуы, салдарынан пайдалану шығынының артуы сынды кемшіліктерге ие. Қарастырылып отырған табақша конструкциясының ерекшелігімен қатар дайындалуы еңбексиымдылықты талап етеді және тілік пен арна қуыстарының шөгінді түзе отырып бітелуі ықтимал. Осы басқа да аппарат тұрлері қарастырылып талдау жасалған және де құйындатқышты конусты табақшалы апараттардың сипаттамасы келтірілген. Ол: аппараттың цилиндрлік бөлігінің биіктігін ықшамды ету 1- суретте көрсетілген құйындатқышты қолданумен қамтамасыз етуі мүмкін.

Аппарат келесідей жұмыс істейді. Газ жанама орналастырылған патрубка 5 арқылы беріледі де, шиырыла деңгейі қалыпты шамада ұсталатын сұйық қабаты арқылы өтеді. Әрі қарай ол конустық түпке түсіп, онда қалақшалармен 10 түзілген конустық құйындатқышқа 7 беріледі. Сұйық қаңқаның цилиндрлік бөлігіне 1 патрубка арқылы беріліп, құйындатқышқа ағып түседі де шиырылған газбенен қармалып айналмалы динамикалық көбік қабатын түзеді.

Қолданылған сұйық 6 келтеқұбыр арқылы шығарылса, ал газ тамшыұстағыштан өтіп 2 патрубка арқылы тыс шығарылады.

Одан кейін, газ бен сұйықтың әсерлесуінің гидродинамикалық кейбір негіздері

келтірілген.

Жылумассаалмасу және шаңұстау процестерін қарқындастырудағы анықтаушы факторлардың бірі, бұл фазалардың пленкалы-тамшымалы әсерлесуін қамтамасыз ете отырып әрекеттесу бетін дамыту. Мұндай аппараттардың гидродинамикасын зерттеп, негізгі гидродинамикалық сипаттамаларын есептеудің әдістемесін әзірлеу, конструктивті ерекшелігі бойынша кепілдемелер тұжырымдауда және ондағы өтетін процестерді қарқындастыруда өте маңызды. Газды сұйық қабаты арқылы өткізу барысында қалыптасатын түрлі режимдердің болуы, және олардың шекарасын бөлуге көптеген ғалымдардың еңбектері арналды. Әдебиеттерде гидродинамикалық режимдердің басқа да атаулары кездеседі. Мағынасы бойынша бірдей режимдер түрліше аталады.




1-Сурет - Құйындатқыш аппарат

Сондықтан да екі фазалы қабаттың құрылымы мен қалыптасу ерекшелігін, фазалардың әрекеттесу бетін, газұстамдылығын, газ көпіршіктерінің пішіні мен өлшемін және т.б. сипаттамаларын зерттеу үлкен мағынаға ие. Динамикалық қосфазалы қабаттың газұстамдылығы газ көлемінің жалпы көлемге қатынасы түрінде сипатталады: φ_г=V_г/V_п . Аппараттың басты сиипаттамасы болып табылатын гидравликалық кедергісін зерделеуге көптеген жұмыстар орындалды.

Түрлі типтегі улиткалардың гидравликалық кедергісін АР анықтау үшін келесі өрнек ұсынылады:


(1)


Мұнда: - статикалық қысымның дифманометр бойынша айырмасы;

W_вх-улиткаға кірер патрубкадағы газ жылдамдығы;

W_г - аппараттың цилиндрлік немесе конустық бөлігіндегі газ

жылдамдығы;

р_г - газ тығыздығы.


Циклондық-көбікті аппараттың гидравликалық кедергісін зерттеу нэтижесінде келесі тәуелділік алынды:


(2)


мұнда: Н- көбіктің (газсұйықты қабаттың) биіктігі;

р_г - газдың тығыздығы;

д_г- газдың динамикалық тұтқырлық коэффициенті;

- аппараттың кірер және шығардағы қысым айырмасы;

Газсұйықтық қабаттың гидравликалық кедергісін анықтау үшін келесі өрнек ұсынылды:

(3)


Мұнда: U_Г- кинематикалық тұтқырлық коэффициенті;

S- газсүйықты қабаттың биіктігіне эсер етуші, сызықтық өлшем.

Егерде сүйық қабатының алғашқы биіктігі һ₀ мәлім, ал газсұйықтық қабат биіктігі белгісіз болғанда, келесі тәуелділік қолданылды:



(4)

Шиырылған ағындағы қысымдар айырмасын есептеу барысында, әдеттегідей, радиус бойынша қысым градиенті тек центрден тебу күшімен анықталады депұйғарылған. Қысым айырмасын анықтау үшін центрден тебу-барботаждық қабат үшін келесі қатынас алынды:

(5)


Мұнда: -көбік қабатының қалыңдығы;

r₀- газсұйықты сақинаның орташа радиусы.


Бұл тәуелділіктің өлшемсіз түрде жазылуы келесі түрге ие:


(6)


мұнда: W₀- газ сүйықтық қабатқа үрленуші газ толасының жылдамдығы.

2-ші бөлімінде Құйындатқышты конусты табақшалы аппараттың

гидродинамикалық сипаттамаларын зерттеу жұмысы жасалған.

Тәжірибелі қондырғының схемасы 2- суретте келтірілген. Қондырғы құрамы келесілерден тұрады: жұмыс аймағында әрқайсысының ортаңғы бөліктерінде 8 секторлы пропеллерлі құйындатқыштар 3 орнатылған конусты табақшасы 2 бар тік бұрышты қимадағы 1 аппараттан, желдеткіштен 12, сораптан 13, сұйық жинағыш 8 және қарқындату багынан 9, газды аппаратқа беру 7 және газды тыс әкету 6 келтеқұбырларынан, тамшы ұстау аймағынан 5, сұйық беруге арналған себелеу құрылғысынан 4, сонымен қатар сұйық пен газ толастарын реттеуге арналған ротаметр 10 және шиберден 11 және 14 вентильден тұрады.




2-Сурет - Тәжірибелі қондырғының технологиялық сұлбасы

Құйынды конусты табақшалы аппарат келесідегідей жұмыс істейді (сурет 3) Сұйық фаза бір мезетте себелегіш арқылы 2 қаңқаға 1 жалғасып жатқан құю құрылғысына 3 беріледі. Әрі қарай сұйық пленка түрінде секцияның қиғаш қабырғасы бетімен 4 ағып төменгі ұқсас секцияға түседі. Себелегіш 2 арқылы шашыратылған сұйық тамшы түрінде құйындатқышқа 5 түседі. Аппараттың төменгі бөлігіне берілген газ ағыны әрекеттестіруші құрылғы қимасында біркелкі таралады. Газ ағынының бір бөлігі секцияның сыртқы бетімен өте отырып жұмыс аймағына жоғары орнатылған секцияның кіші өлшемі мен төмен орналаскан секцияның үлкен өлшемі аралығында түзілген қуыс арқылы беріледі. Бұл кезде газ ағыны сұйық пленкасы қозғалысын үдетеді. Газ ағынының қалған бөлігі секциялардың ортаңғы бөлігі арқылы өтіп, құйындатқыш қалақшалары арқылы 5 өтіп айналмалы қозғалысқа келеді.

а)цилиндрлік қаңқа


1-қаңқа; 2-түтік; 3-құйылу құрылғысы; 4-конус; 5- құйындатқыш

3- Сурет - Массаалмасу және шаңұстау процестеріне арналған

әрекеттестіргіш құрылғы


Одан соң тәжірибелік зерттеулерді орындау әдістемелері және оның құйындатқышты конустық табақшалы аппараттың гидродинамикалық сипаттамаларын зерттеу қондырғысында келесілер зерттелді:

- аппараттың режимдік және конструктивті параметрлерге сай жұмысының гидродинамикалық тәртіптерін және олардың орын алу шектерін;

- құйындатқышты конустық әрекеттестіруші құрылғының конструктивті аймақтарының себелеу сұйығының қатысуымен және онсыз гидравликалық кедергісін;

- әрекеттесуші жұмыс аймағындағы ұсталған сұйық мөлшерін.

Құрғақ жағдай үшін аппараттың жұмыс аймағының фототүсірілімі 4- суретте келтірілген.Тоғысу аймағындағы ұсталған сұйық мөлшерін (ҰСМ) бірден қию әдісіменен анықтаймыз.



4- Сурет - Фазалардың пленкалы-тамшылы әрекеттесуі "құрғақ

" жағдайдағы құйындатқышты конусты табақша


"Ылғал" жағдай үшін аппараттың жұмыс аймағының фототүсірілімі 5- суретте

келтірілген.





5- Сурет - Фазалардың пленкалы-тамшылы әрекеттесуі "ылғал" жағдайдағы құйындатқышты конусты табақша