IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Пленочное тепло- массообменное оборудование широко распространено в химической промышленности, в частности пленочный аппарат применяется для осуществления процесса хемосорбции цианистого водорода с целью получения цианистого натрия. Аппарат представляет собой пленочную абсорбционную колонну рис. 1 с орошаемыми стенками, выполненную в виде вертикальной системы труб по типу кожухо - трубчатого теплообменника. В верхнюю часть колонны из генератора подается газовая смесь, содержащая цианистый водород, азот, окись и двуокись углерода. Раствор едкого натра, подаваемый из хранилища, поступает на верхнюю трубную решетку, где эффективно распределяется по трубам с помощью инжекторов и стекает по их внутренней поверхности в виде тонкой пленки. Из газовой смеси, движущейся по трубам прямотоком с пленкой, поглощается группа компонентов, главным образом цианистый водород и двуокись углерода. В результате реакции с едким натрием протекающей в стекающей пленке между цианистым водородом получается целевой продукт цианистый натрий, а с двуокисью углерода образуется карбонат натрия. Образование последнего вещества нежелательно, так как это ведет к расходу едкого натрия и как следствие уменьшению выхода целевого продукта. Чтобы этого избежать необходимо либо уменьшить содержание двуокиси углерода в поступающей из генератора смеси газов, что не представляется возможным либо, подобрать такие технологические параметры проведения процесса, при которых по возможности достигается минимальное поглощение двуокиси углерода.

В общем случае математическая модель процесса включает: нестационарные уравнения сохранения массы, энергии, количества движения и диффузии, дополненные начальными и граничными условиями. Практическое использование такой математической модели представляется трудноразрешимой задачей, поэтому на указанные уравнения необходимо наложить ряд ограничений и ввести соответствующие упрощения. Тогда получим систему уравнений для пленки включающая уравнение движения неразрывности сохранения энергии диффузии компонентов А и В

, , ,

, .

Граничные условия имеют вид: при y=0: , , , , ; при y = : u = v = 0, , , . Начальные условия: при x = 0: , , , .

Для описания гидродинамической структуры потока газа используется модель идеального вытеснения. Уравнения материального и теплового баланса по газовой фазе, для элементарного объема высотой dх, имеют вид:

, .

Начальные условия: при x = 0: , .

Полученная система уравнений, граничные и начальные условия являются математической моделью, которая описывает процесс хемосорбции цианистого водорода. Анализ модели выполнен численным методом. С помощью модели было проанализировано влияние различных факторов на производительность и качественные показатели работы хемосорбера. В результате проведенного анализа в ходе которого также оценивались условия охлаждения установлено, что при увеличении интенсивности теплоотдачи в межтрубном пространстве повышается поглощение цианистого водорода и двуокиси углерода. Так по сравнению с результатами расчета полученных для условия отсутствия теплового потока через стенку при =50 Вт/м²К, что примерно соответствует воздушному охлаждению поглощение цианистого водорода увеличивается на 1% и двуокиси углерода на 0.2%, а при =500 Вт/м²К, что соответствует жидкостному охлаждению на 6.9% и 1.2%. При дальнейшем увеличении  интенсивности поглощения двуокиси углерода снижается до нуля. Полученные данные могут служить основой для разработки рекомендаций по увеличению производительности аппарата.

Код для цитирования: Скопировать