Способ определения параметров массопереноса примеси в неподвижном продуваемом слое с погруженными поверхностями

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1 1111 51)5 С 01 М 13/О. ГОСУДАРСТВЕННЫЙПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ ИПРИ ГКНТ СССР МИТЕТТНРЬПИЯМ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ АМЕТРОВОДВККНОМНЫМИ ПОявляется пособа пупределенита продол Целью изобретения ние информативности дифференцированного фективного коэдхЪицие повышетемя эфй(46) 15,04.90, Бюл. М 14 (71) Одесский технологический институт холодильной промышленности (72) В.А. Календерьян и В,А, Теслюк (53) 535.15 (088,8)(56) Авторское свидетельство СССР Р 996916, кл, С 01 В 13/00, 1981,Аэров М,Э, и др, Аппараты со стационарным зернистым слоем, Л,: Химия, 1979, с. 93-130.(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАР МАССОПЕРЕНОСА ПРИМЕСИ В НЕП ПРОДУВАЕМОМ СЛОЕ С ПОГРУЖЕН ВЕРХНОСТЯМИ(57) Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в химической, металлургической и нефтедобывающей промышИзобретение относится к измерительной технике, предназначено для комплексного экспериментального определения эффективного коэффициента продольной диффузии и пристенного коэффициента массоотдачи неподвижного продуваемого слоя, содержащего погруженные поверхности, и может быть использовано в химической, металлургической и нефтеперерабатывающей отраслях промьпцленности при оптимизации процессов в аппаратах с продуваемым слоем. ленности для определения эффективного коэффициента продольной диффузии и пристенного коэффициента массоотдачи неподвижного продуваемогослоя, содержащего погруженные массообменные поверхности. Целью изобретения является повышение информативности способа путем обеспечения дифференцированного определения эффективного коэффициента продольной диффузии и пристенного коэффициентамассоотдачи, Цель достигается дополнительным измерением распределенияконцентрации примеси по высоте слояпри поддержании постоянной концентрации примеси на массообменных поверхностях. Искомые коэффициентырассчитывают математической обработкой полученного распределения. 1 ил.,1 табл,диффузии и пристенного коэффициентамассоотдачи,На чертеже приведена схема устройства для реализации способа,Устройство состоит из корпуса 1,в котором размещены газораспределительная решетка 2 и трубный пучок3 (массообменная поверхность), Корпус1 соединен с камерой 4 для добавленияпримеси в основной поток через вентилятор 5. В стенку корпуса 1 вмонтированы отборники 6 проб, Устройство содержит также трубки-имитаторы 7, расположенные в корпусе 1, подпиточныебачки 8, соединенные с трубным пучком 3, регулирующий шибер 9, установленный на выходе вентилятора 5 исоединенный с корпусом 1 через расходомерное сопло 10, снабженное жидкостным манометром 11. На поверхностяхтрубок трубного пучка 3 установленытермокамеры 12, соединенные черезпереключатели 13 с вольтметром 14,В верхней части стенки корпуса 1 установлена трубка Пито 15, снабженнаяжидкостным манометром 16, В нижней 10части корпуса 1 установлены термопара 17 и манометр 18,Кроме того, в устройстве предусмотрены газоанализаторы для проведения анализа проб (не показаны),фВ устройстве создание и поддержание определенной концентрации примеси на поверхностях обусловлено подачей жидкой примеси через пористыеструктуры поверхнОстей, подпитка которых производится из бачков,Корпус устройства 1 представляет собой вертикальную шахту, в которой размещен пучок 3 из трубок с порис той структурой. Подпитка трубок осуществляется из подпиточных бачков 8," .которые выполняют также Функцию термо. статов, обеспечивая необходимую температуру примеси например, воды) . 30 В нижней части корпуса 1 размещены три горизонтальных ряда трубок-иммитаторов 7, которые имеют такой же диаметр, как и массообменные. Подачагаза в слой осуществляется с помощью вентилятора 5 через газораспреде" лительную решетку 2, регулировка расхода производится с помощью шибера 9. На всасывающем патрубке вентилятора расположена камера 4, пред назначенная для добавления определенного количества примеси в поток газа (например, оросительная камера). Расход газа измеряется с помощью расходомерного сопла 10, соединенного 45 с жидкостным манометром 11, температура потока измеряется с помощью термопары 17, соединенной через переключатель 13 с вольтметром 14, давление на входе и выходе - манометра 50 ми 18. В корпусе по высоте расположен ряд (6-8 и более) отборников 6 проб газа, подключаемых к газоанализаторам (к примеру, измерителем влажности. различного типа, если в качестве55 примеси используется вода). Кроме того, в 2-3 сечениях расположены несколько отборников проб для контроля одномерности поля концентрацийКонцентрации примеси на поверхностях определяют по температурам поверхностей, которые, в свою очередь, измеряются с помощью термопар 12, соединенных также через переключатель с вольтметром. Для контроля равномерности распределения:газа по сечению на выходе из слоя установлена трубка Пито 15, связанная с жидкостным манометром 16. В процессе эксперимента применяется система автоматического регулирования температур массообменных поверхностей, Полученные данные используют для расчета искомых параметров массопереноса по Формулам со сстИф хС = С + Р, + У 7 - е - )е р, р,д.(1-Ь),при Х е 20фСпособ осуществляют следующим образом.Пространство между газораспределительной решеткой верхней образующей последнего ряда труб трубного пучка 3 заполняют частицами. По мере заполнения в корпус вставляют отборники 6 проб. Затем включают вентилятор 5 и с помощью шибера 9 устанавливают заданный расход газа. В камеру 4 через Аорсунки поступает примесь (например, вода), при этом такую же примесь в жидком состоянии с заданной температурой подают из подпиточных бачков 8 в трубки трубного пучка 3. После достижения стационарного режима по концентрациям производят измерение следующих величин; расход температуры и давления газового потока, концентраций примеси на входе, выходе и в 6-8 сечениях по высоте слоя," температур погруженных поверхностей (с помощью которых по имеющимся справочным данным определяется концентрация примеси на погруженных поверхностях); распределение скоростей газа по сечению на выходе из слоя,7486бразмерами 0,32 х 0,2 и, Высота массообменного участка составляла 0,29 м.В качестве погруженной массообменнойповерхности использовали шахматный5трубный пучок 3 из 11 труб с наружным диаметром й т = 0,01 м. Наружнаяповерхность труб представляла собойпористую структуру, подпитываемуюдистиллированной водой. Перед массообменным участком организован участок аэродинамической стабилизации,вкотором расположены три горизонтальных ряда обычных труб 7 диаметром0,01 Ь м. В качестве основного потокаиспольэовали воздух, Пробы воздухаотбирали при помощи специальных трубок отборников 6 проб, расположенныхв слое. Анализ проб воздуха производили конденсационно-термометрическим методом с использованием гигрометров АКФ,В процессе опыта измеряли относительную влажность, а затем ее пересчитывали на влагосодержание (массовую концентрацию) водяного пара. Вкачестве насадки испольэовали стеклянные частицы диаметром с 1 т =5,10м, при.этом площадь погру 30 женных поверхностей в единице объемаслоЯ составлЯла Уст =. 19 86 мз/мз,доля сечения, занятая погруженнымиповерхностями, Г 1= О, 10, Температураповерхностей С = 30 С, скоростьфильтрации воздуха У ф = 0,01 м/с.Изменение концентрации водяногопара в потоке воздуха по высоте слояпредставлено в таблице. Фстр стффтекущая концентрация примеси, кг/кг,концентрация примеси на Сст погружных поверхностях,кг/кг,С - концентрация примеси наовходе в слой, кг/кг- скорость Фильтрации потоФка, м/с,У - эффективный коэффициентпродольной диффузии,мг/с, - доля сечения, занятая погруженными поверхностями;Х - текущая координата, м,Р - площадь погруженных постверхностей в единице объема м 2/мз- пристенный коэффициентмассоотдачи, м/с,Различных вариантов выполненияустройства может быть достаточно много (например, массообменные поверхности могут быть покрыты слоем сублимирующегося вещества, либо слоемкатализатора, на котором протекаетхимическая реакция и т.п,)П р и м е р. Корпус 1 устройствапредставлял собой вертикальную шахту 0,04 0,13 О, 16 0,07 О, 10 Х, м кг/кг 10 з26,4Таким образом, указанные зависимости позволяют найти искомые значения параметров массопереноса О 50 =70210 м/с; Концентрация водяного пара в потоке на входе в слой составляла6,0 10кгукг, концентрация напогруженных поверхностях27,510- кг/кг (что соответствует100%-ной относительной влажностипри 30 С).Методом последовательных приближений определяли границуприменимостиФормул (1) и (2). В итоге получено,что при ХО, 126 м необходимоиспользовать Формулу (1), а при Х 7 Э, 126 мформулу 2),р = 5 17 10-з Формула из обретенияСпособ определения параметров мас- сопереноса примеси в неподвижном продуваемом слое с погруженными поверхностями, заключающийся в создании концентрация примеси на погруженных поверхностях, подаче газа в слой, измерении стационарной концен 12,6 16,7 19,8 21,8 23,4 25,3 25,8по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС-35, Раушская наб., д. 4/5,Производственно-нздательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101 трации примеси на выходе из слоя при постоянном расходе газа через слой и расчете параметров массопереноса по измеренным величинам концентрации5 примеси на поверхности и расхода газа, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения информативности коэффициента продольной диффузии и пристенного коэффициента массо1 отдачи, концентрацию примеси на всех погруженных поверхностях поддерживают постоянной, дополнительно измеряют зависимость концентрации примеси в слое от высоты слоя, пристенный коэффициент массоотдачи рассчитывают поизмереннь 1 м величинам и зависимостипримеси от высоты слоя на участкеслоя Х ъ 1,к, где Х - текущая высотаслоя, Ь- критическое расстояние,рассчитываемое по физическим параметрам слоя и потока газа, а эффективный коэффициент продольной диффузии рассчитывают по зависимостиконцентрации от высоты слоя на участке Х (1. Р с учетом вычисленногопристенного коэффициента массоотдачи.