Изучение массоотдачи в газовой фазе при конденсации паров в присутствии неконденсируемого компонента
- Авторы: Крючков Д.А.1, Григорян Л.Г.1, Лесухин М.С.2
-
Учреждения:
- Самарский государственный технический университет
- ООО «Волга НИПИТЭК»
- Выпуск: Том 25, № 1 (2017)
- Страницы: 103-108
- Раздел: Статьи
- URL: https://journals.eco-vector.com/1991-8542/article/view/20251
- DOI: https://doi.org/10.14498/tech.2017.1.%25u
- ID: 20251
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Полный текст
Известно, что процесс конденсации паров из многокомпонентной смеси в присутствии даже незначительного количества неконденсируемого компонента (инерта) существенно замедляется по причине того, что диффузионное сопротивление процессу массопереноса становится соизмеримым с термическим сопротивлением пленки конденсата [1]. Суммарный перенос тепла в этом случае может быть лимитирован коэффициентом массоотдачи в газовой фазе by. Во фракционирующих конденсаторах с вертикальными контактными решетками (ФКВР) [2] слой неконденсируемого компонента над поверхностью пленки постоянно разрушается за счет удара капель конденсата, позволяя пару достичь поверхности пленки (рис. 1). Более того, в контактной камере за счет распыла конденсата на вертикальной сетке создается холодная капельная межфазная поверхность, доступная для конденсирующегося пара. Зависимость коэффициента массоотдачи в газовой фазе by от гидродинамических параметров на ступени контакта ФКВР ранее изучалась на углеводородных и паровоздушных смесях в работах [3, 4, 5]. Однако при изучении конденсации парогазовых смесей часто используют упрощенный метод оценки степени влияния концентрации неконденсируемого компонента на коэффициент теплоотдачи, тем самым исключая громоздкие вычисления коэффициентов массоотдачи. Для определения влияния диффузионного сопротивления неконденсируемого компонента на коэффициент теплоотдачи была проведена серия из 22 экспериментов по конденсации смеси паров нефраса с азотом. Результаты экспериментов в двухмерной и трехмерной системах координат представлены на рис. 2, 3. Для расчета коэффициентов теплоотдачи для парогазовых смесей aкп+и использовалось уравнение (1), которое было дополнено функцией jи, учитывающей влияние диффузионного сопротивления неконденсируемого компонента на теплоотдачу: , (1) где jи - эмпирическая функция, характеризующая влияние диффузионного сопротивления неконденсируемого компонента на теплоотдачу: ; (2) yи - мольная концентрация неконденсируемого компонента (инерта); jк - эмпирическая функция, характеризующая влияние гидродинамического параметра П1 в зонах со слабовыраженным капельным орошением на теплоотдачу при конденсации [4]: . (3) Рис. 2. Изменение коэффициента теплоотдачи при конденсации смеси паров нефраса с азотом в зависимости от содержания азота Рис. 3. Изменение коэффициента теплоотдачи при конденсации смеси паров нефраса с азотом в зависимости от концентрации азота (yи) и гидродинамического параметра П1 Предложенная функция jи позволила описать весь массив экспериментальных данных со средней ошибкой 10 %. Сравнение расчетных и экспериментальных значений коэффициента теплоотдачи при конденсации нефраса в присутствии азота представлено на рис. 4. Рис. 4. Сравнение расчетных и экспериментальных значений коэффициента теплоотдачи при конденсации паров нефраса в присутствии азота в аппарате ФКВР Рис. 5. Относительное изменение коэффициента теплоотдачи при конденсации парогазовой смеси в зависимости от содержания неконденсируемого компонента: 1 - одиночная горизонтальная труба [1]; 2 - горизонтальный трубный пучок [1]; 3 - ФКВР (водяной пар/воздух); 4 - ФКВР (нефрас/азот) Значения αк при содержании азота более 25 % в большинстве опытов относятся к зоне конвективного теплообмена от парогазовой смеси, и поэтому дисперсия значений в этой области несколько больше, чем в зоне конденсации. Отдельного изучения зоны конвективного теплообмена не проводилось. Зависимость коэффициента теплоотдачи от содержания неконденсируемого компонента, представленная в виде функции jи, приведена на рис. 5. Полученная зависимость также подтверждается результатами серии экспериментов на смеси водяного пара с воздухом [6, 7]. Значения функции jи, полученные в экспериментах на смесях нефрас/азот и водяной пар/воздух, демонстрируют существенно меньшее (в 2-4 раза) влияние диффузионного сопротивления на теплоотдачу при конденсации в аппарате ФКВР по сравнению с горизонтальным трубным пучком и одиночной горизонтальной трубой [1]. Это доказывает перспективность применения данного класса аппаратов для интенсификации процесса конденсации парогазовых смесей.Об авторах
Дмитрий Александрович Крючков
Самарский государственный технический университет
Email: mahp@inbox.ru
д.т.н., профессор кафедры «Машины и оборудование нефтегазовых и химических производств» Россия, 443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244
Леон Гайкович Григорян
Самарский государственный технический университетд.т.н., профессор кафедры «Машины и оборудование нефтегазовых и химических производств» Россия, 443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244
Михаил Сергеевич Лесухин
ООО «Волга НИПИТЭК»
Email: mcles@yandex.ru
инженер ООО «Волга НИПИТЭК» Россия, 443001, г. Самара, ул. Ульяновская/ул. Ярмарочная, 52/55, 11-й этаж, оф. 27
Список литературы
- Исаченко В.П. Теплообмен при конденсации. - М.: Энергия, 1977. - 240 с.
- Лесухин М.С., Григорян Л.Г. Создание конденсатора нового типа на базе аппарата с вертикальными контактными решетками // Вестник Самарского государственного технического университета. Сер. Технические науки. - 2013. - № 2 (38). - С. 206-209.
- Григорян Л.Г. Гидродинамика, массо- и теплообмен при взаимодействии жидкости и газа на вертикальных контактных решетках колонных аппаратов: дис.. докт. техн. наук: 05.17.08 / Григорян Леон Гайкович. - Л., 1986. - 333 с.
- Лесухин С.П. Интенсификация тепломассообменных процессов в технологии промысловой подготовки нефти на основе принципа газожидкостного взаимодействия на вертикальных контактных решетках: дис.. докт. техн. наук: 05.17.08 / Лесухин Сергей Петрович. - Самара, 2000. - 372 с.
- Крючков Д.А. Водовоздушное охлаждение в аппаратах с вертикальными контактными решетками: дис. … канд. техн. наук: 05.17.08 / Крючков Дмитрий Александрович. - Самара, 2006. - 161 с.
- Лесухин М.С., Крючков Д.А., Григорян Л.Г. Экспериментальное изучение тепло- и массообмена при конденсации водяного пара из паровоздушной смеси в аппарате с вертикальными контактными решетками // Вестник Самарского государственного технического университета. Сер. Технические науки. - 2015. - № 3 (47). - С. 180-187.
- Лесухин М.С., Крючков Д.А., Григорян Л.Г. Экспериментальное изучение тепло- и массообмена при конденсации водяного пара из паровоздушной смеси в аппарате с вертикальными контактными решетками // XII Международная научно-практическая конференция «Ашировские чтения», Туапсе, 20-26 сент. 2015 г. - Самара: СамГТУ, 2015. - С. 329-330.