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

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в химической, металлургической и нефтедобывающей промышленности для определения эффективного коэффициента продольной диффузии и пристенного коэффициента массоотдачи неподвижного продуваемого слоя, содержащего погруженные массообменные поверхности. Целью изобретения является повышение информативности способа путем обеспечения дифференцированного определения эффективного коэффициента продольной диффузии и пристенного коэффициента массоотдачи. Цель достигается дополнительным измерением распределения концентрации примеси по высоте слоя при поддержании постоянной концентрации примеси на массообменных поверхностях. Искомые коэффициенты рассчитывают математической обработкой полученного распределения. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) (111 (51) 5 G 01 N 13 j00 списочник изоьгкткния

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГНКТ СССР

1 (21) 4289852/24-25 (22) 27.07.87 (46) 15,04.90. Бюл. ¹ 14 (71) Одесский технологический институт холодильной промышленности (72) B.À. Календерьян и В,А. Теслюк (53) 535.15 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 996916, кл, С 01 Х 13/00, 1981, Аэров М.Э. и др. Аппараты со стационарным зернистым слоем, Л,: Химия, 1979, с. 93-130. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ

МАССОПЕРЕНОСА ПРИМЕСИ В НЕПОДВККНОМ

ПРОДУВАЕМОМ СЛОЕ С ПОГРУЖЕННЫМИ ПОВЕРХНОСТЯМИ (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 промьппленности при оптимизации процессов в аппаратах с продуваемым слоем.

Целью изобретения является повышение информативности способа путем дифференцированного определения эффективного коэффициента продольной ленности для определения эффективного коэффициента продольной диффузии и пристенного коэффициента массоотдачи неподвижного продуваемого слоя, содержащего погруженные массообменные поверхности. Целью изобретения является повышение информативности способа путем обеспечения дифференцированного определения эффективного коэффициента продольной диффузии и пристенного коэффициента массоотдачи. Цель достигается дополнительным измерением распределения концентрации примеси по высоте слоя при поддержании постоянной концентрации примеси на массообменных поверхностях. Искомые коэффициенты рассчитывают математической обработкой полученного распределения. 1 ил., 1 табл. диффузии и пристенного коэффициента массоотдачи.

На чертеже приведена схема устройства для реализации способа.

Устройство состоит из корпуса 1, в котором размещены газораспределительная решетка 2 и трубный пучок

3 (массообменная поверхность) . Корпус

1 соединен с камерой 4 для добавления примеси в основной поток через вентилятор 5. В стенку корпуса 1 вмонтированы отборники 6 проб. Устройство содержит также трубки-имитаторы 7, расположенные в корпусе 1, подпиточные бачки 8, соединенные с трубным пучком 3, регулирующий шибер 9, установленный на выходе вентилятора 5 и

1557486 соединенный с корпусом 1 через расходомерное сопло 10, снабженное жидкостным манометром 11. На поверхностях трубок трубного пучка 3 установлены термокамеры 12, соединенные через переключатели 13 с вольтметром 14, В верхней части стенки корпуса 1 установлена трубка Пито 15, снабженная жидкостным манометром 16, В нижней 10 части корпуса 1 установлены термопара 17 и манометр 18.

Кроме того, в устройстве предусмотрены газоанализаторы для проведения анализа проб (не показаны), ф:

В устройстве создание и поддержание определенной концентрации примеси на поверхностях обусловлено подачей жидкой примеси через пористые структуры поверхнОстей, подпитка которых производится из бачков, Корпус устройства 1 представляет собой вертикальную шахту, в которой размещен пучок 3 из трубок с порис- :25 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. Подача газа в слой осуществляется с помощью вентилятора 5 через газораспределительную решетку 2, регулировка расхода производится с помощью шибера 9. На всасывающем патрубке вентилятора расположена камера 4, предназначенная для добавления определенного количества примеси в поток газа (например, оросительная камера).

Расход газа измеряется с помощью расходомерного сопла 10, соединенного с жидкостным манометром 11, температура потока измеряется с помощью термопары 17, соединенной через переключатель 13 с вольтметром 14, давление на входе и выходе — манометра50 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 качестве

55 примеси используется вода) . Кроме того, в 2-3 сечениях расположены несколько отборников проб для контроля одномерности поля концентраций.

Концентрации 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 Сст 1 Иф „х

<(+ - )j р, р, В(1- Z,), при Х (20

+ (С - С, ) е

0" (1- Р,)

Мф (2) С=ССТ при Х ) 20

Способ 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 форсунки 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.

155

4ф

2П"т \ — E,)С ст

0,04

0,13 О, 16

0,07 О, 10 и кг/кг

С 10Э

126167198218234253258

26,4

p = 5 17 t(4 M/c

Ec " ст э М

Ф текущая концентрация примеси, кг/кг, концентрация примеси на погружных поверхностях, кг/кг, С вЂ” концентрация примеси на о входе в слой, кг/кг — скорость фильтрации потоФ ка, м/с, D+ — эффективный коэффициент продольной диффузии, мг/с

f, — доля сечения, занятая погруженными поверхностями ;

Х вЂ” текущая координата, м, У вЂ” площадь погруженных пост верхностей в единице объема м2/мз — пристенный коэффициент массоотдачи, м/с.

Различных вариантов выполнения устройства может быть достаточно много (например, массообменные поверхности могут быть покрыты слоем сублимирующегося вещества, либо слоем катализатора, на котором протекает химическая реакция и т.п.) °

Пример. Корпус 1 устройства представлял собой вертикальную шахту

Концентрация водяного пара в потоке на входе в слой составляла

6,0 .10 кг/кг, концентрация на погруженных поверхностях

27,5 -10- кг/кг (что соответствует

100%-ной относительной влажности при 30 0) .

Методом последовательных приближений определяли границу применимости формул (1) и (2) . В итоге получено, что при Х <О, 126 м необходимо использовать формулу (1), а при Х 0,126 мформулу 2) .

7486 б размерами 0,32 х 0,2 и, Высота массообменного участка составляла 0,29 м.

В качестве погруженной массообменной поверхности использовали шахматный

5 трубный пучок 3 из 11 труб с наружным диаметром dт = 0,01 м. Наружная поверхность труб представляла собой пористую структуру, подпитываемую дистилированной водой. Перед массообменным участком организован участок аэродинамической стабилизации,в котором расположены три горизонтальных ряда обычных труб 7 диаметром

0,016 м. В качестве основного потока испольэовали воздух. Пробы воздуха отбирали при помощи специальных трубок отборников 6 проб, расположенных в слое. Анализ проб воздуха производили конденсационно-термометрическим методом с использованием гигрометров Al К-212 Ф.

В процессе опыта измеряли относительную влажность, а затем ее пересчитывали на влагосодержание (массовую концентрацию) водяного пара. В качестве насадки испольэовали стеклянные частицы диаметром d т =

5,10 м, при. этом площадь погруЗО женных поверхностей в единице объема слоя составляла У cT =. 19 86 м2/мз, доля сечения, занятая погруженными поверхностями, f1= О, 10, Температура поверхностей t = 30 С, скорость фильтрации воздуха M ф = 0,01 м/с.

Изменение концентрации водяного пара в потоке воздуха по высоте слоя представлено в таблице.

Таким образом, указанные зависимости позволяют найти искомые значения параметров массопереноса D*

5О = 7 02 -lU м /с;

Формула изобретения

Способ 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 концен1557486

Составитель А. Кощеев

Техред М.Ходаниц Корректор О, Ципле

Редактор Е. Копча

Заказ 714 Тираж 481 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5, Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãîðîä, ул. Гагарина,101 трации примеси на выходе из слоя при постоянном расходе газа через слой и расчете параметров массопереноса по измеренным величинам концентрации

5 примеси на поверхности и расхода га. ° за, отличающийся тем, что, с целью повышения информативности коэффициента продольной диффузии и пристенного коэффициента массо- 10

1 отдачи, концентрацию примеси на всех погруженных поверхностях поддерживают постоянной, дополнительно измеряют зависимость концентрации примеси в слое от высоты слоя, пристенный коэффициент массоотдачи рассчитывают IIQ измереннь1м величинам и зависимости примеси от высоты слоя на участке слоя X )> L, где Х - текущая высота слоя, L „- критическое расстояние, рассчитываемое по физическим параметрам слоя и потока газа, а эффективный коэффициент продольной диффузии рассчитывают по зависимости концентрации от высоты слоя на участке Х (1. „р с учетом вычисленного пристенного коэффициента массоотдачи.