Рефераты ғылыми жетекші: техника ғылымдарының докторы, профессор М. Ж. Досжанов Қызылорда, 2012 г

Қорқыт Ата атындағы Қызылорда мемлекеттік университеті

мамандығы бойынша техника ғылымдарының магистрі

академиялық дәрежесін алу үшін дайындалған диссертациясының
РЕФЕРАТЫ

Ғылыми жетекші: техника ғылымдарының

докторы, профессор М.Ж.Досжанов
Қызылорда, 2012 г.

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

Ғылыми жетекшісі: техника ғылымдарының

докторы, профессор

М.Ж. Досжанов

Ресми оппоненті: техника ғылымдарының

докторы, профессор

Б.Е. Тыныштықбаев

Қ

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

Біріншісінде, ағындардың жылдамдылығын арттыру анықтаушы параметр болып табылады. Бұл қарқындастыру бағыты бағыттас ағымдағы аппараттарды құруға алып келеді, және де бұл энергетикалық шығындардың күрт және өтелмейтіндей энергетикалық шығындардың өсуіне алып келеді. Соңғы жылдары Қазақстанда жылу және массаалмасу процестерінің тиімділігін арттыру мақсатында өзара әрекеттесуші фазалардың физико-химиялық қасиеттерін мақсатты басқару бойынша зерттеулер жүргізілуде.

Дегенмен де бұл аппарат конструкциясы да қазіргі заман талаптарына жауап беретіндей жетілдіруді талап етеді. Осы бағыттағы мәселені шешудің жарамды амалдары ретінде келесілерді қарастыруға болады:

Пластиналы тұтқамалардың әрбір қатарын бағананың көлденең қимасына орналастырғанда, орналасу гипотетикалық табақшаны қалыптастыратын болуы тиіс. Бұл кезде әрбір тұтқама элементі өзінің конструкциялық ерекшелігіне және сымдарға бекітілу конструкциясына байланысты ағымдардың қиылысқан, соқтығысулы, құйынды және иірілмелі қозғалысын қамтамасыз ету қажет. Өзара әрекеттеуші фазалардың мұндай әсерін іске асыру жетілген жылумассаалмасу аппараттардың конструкциясын құруға бейімдейді. Осы бағыттағы зерттеулер ғылыми өзекті мәселе болып табылады.

- орындалған әдеби шолулар кезінде жүйелі жылжымалы тұтқаманың жаңа конструкциясы әзірленді;

- жүйелі жылжымалы тұтқамалы аппараттардың газұстамдылығымен ұсталған сұйық мөлшерінің режимдік және конструктивтік параметрлерге тәуелділігі анықталады;

- жүргізілген ғылыми зерттеулер негізінде алынған тәуелділіктерді ескере отырып тұтқамалы аймақтың газұстамдылығы мен ұсталған сұйық мөлшерін есептеудің өрнегі алынды.

Қазіргі таңда қиғаш орналасқан элементтерден тұратын аппараттардың тиімділігін қарастыруға ғалымдар көп назар аудара басталды. Бұл құрылғының ерекшелігі тәрелкелердің орнына конус тәріздес элементтер орналастырылған. Ол конустар газ және сұйық өтетін кесіктерден тұрады.

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

Ізденістердің нәтижесінде осындай кемшіліктерді жою мақсатында, газ бен сұйық ағындарының өзара әрекеттесуінің жаңа тәсілмен жұмыс істейтін, саптамалары алуан түрлі, конструкциялары әртүрлі аппараттар құру мүмкіндігі бар.

Қарастырылған теңдеулер газ бен сұйықтың әсерлесуі кезінде жүретін массаалмасу процесінің жылдамдығын сипаттау үшін массаберу коэффициенттерін қолданады.

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.

(ЖТ) - жылжымалы тұтқасы бар аппараттарда газ ағынының энергиясы, қозғалыс күшін тұтқа денелеріне жылжыту үшін шығындалады.

Жылжымалы тұтқасы бар аппараттарда газ ағының энергиясының қозғалыс импульсін тұтқа денелеріне беру және газды сұйық қабаттың құйынының құрылымын құру үшін пайдаланылады. Жылжымалы тұтқасы бар әмбебап аппараттарында газ ағынының энергиясы, газ бен сұйық өзара әрекеттесуінің басқа механизмдерін орындау үшін де қолданылады.

Ағымдардың жүйелі орналасқан тұтқамалар элементтері жүйесі арқылы ағып өтуінің гидродинамикалық заңдылығы қарастырылған.

Цилиндрден ағып өтуді мысал ретінде ала отырып призмалық денеден кейінгі құйынныі ізінің және құйынның түзілуін қарастырайық (1 -сурет). Бұл суретте цилиндді ағып өтіп жатқан бірқалыпты үзіліссіз қазғалып жатқан ағын және оның соңынан ерген құйын ізінің схемасы көрсетілген.

1сурет - Цилиндр артындағы құйын ізінің және құйынның түзілу схемасы
Циркуляция жылдамдығын анықтау үшін мына теңдеу алынады [10]:
(1)
немесе [8] әдебиеттегідей:

(2)
Тәжірибелік есептеулерде дәлдіктің қажетті дәрежесін анықтау үшін мына теңдеуді жазуға болады [11]:
(3)

Қарастырылған денелерді ағып өту механизмдерден байқағанымыз ол дененің пішіні құйын түзілуінің процесін белгілейді және дененің бетінде қысымның тарқау сипатын анықтайды, сәйкесінше кедергі күшінің мөлшерін де анықтайды.

Осы мәліметтерге сүйене отырып барлық денелерді ағып өтуіне байланысты үш класқа бөлуге болады.

Жылу және массаалмасу процестерін жүргізу үшін үш кластың ішіндегі екінші және үшінші топқа жататын денелер, дәлірек призмалық денелер қызығушылық тудырады. Мұндай денелерде құйынның үзілуі бүйірлі беттен кезектесіп жүреді және де сфералық денеге қарағанда процесте құйындар саны 2 есе көп.

Ағын бойында орналасқан тұтқаманың денелерді ағып өту процесінің физикалық үлгісі кеңінен зерттеліп, таралған аппараттармен ЖТ аппараттары, сонымен қатар түрлі конструктивті өзгерістері бар, олардың ұзына бойлы-көлденең секциалды тәсілдерінің көмегімен қозғалу біртектігі мен газсұйық қабатының құрылымы жақсарды.

3-ші бөлімінде зерттеулер мәселелерінің қойылуы, қондырғының сипаттамасы, зерттеуді жүргізу әдістемесі қаралған.

Берілген диссертацияда тұтқамалы массаалмастырғыш аппараттардың құрылысы мен жұмысын талдау, массаалмастырғыш жабдықтардың дамуының ең тиімді бағыттарының бірі, бұл жылжымалы тұтқасы бар аппараттарды құру болып табылады.

Әртүрлі типті тұтқалы массаалмасу аппаратына өндірістік зерттеулер, лабораториялық нәтижелер, жұмыстың анализі көрсеткендей, жан-жақты зерттеуде есептеудің дайындау тәсілі және өндірістік аппараттарды жобалауда көптеген комплексті зерттеулер жүргізу керек. Оған гидродинамикалық және массаалмасу сипаттамалары жатады.

Массаалмасу сипаттамасына зерттеулер жүргізгенде, газ бен сұйық фазасындағы массаберу коэффициентін анықтайды да зерттелетін жүйенің массаберу коэффициенті болып табылады.

Жоғарыда айтылғандарға байланысты осы жұмыстың негізгі тапсырмалары:

• 
  дірілді пластиналы элементтер қабатындағы фазалардың өзара әсерлесу механизмін анықтау;
  
• 
  ЖДПТ аппараттың массаалмасу және гидравликалық ерекшеліктерін бекіту;
  
• 
  өндірістік жағдайдағы зерттеудің негізгі нәтижелерін бағалау;
  
• 
  ЖДПТ аппаратты эксплуатациялау және жобалаудағы есептеу тәсілін дайындау.
  

0. 
   Ақпараттық гидродинамикалық және жылумассаалмасу сипаттамаларын зерттеу нәтижесінде тәжірбиелік қондырғы көрсетілген. (2 сурет)
   

6-сепаратор; 7-циркуляциялаушы бак; 8-насос; 9-газтаратушы камера; 10-напорлы бак; 11- себелеткіш; 12- реттеуші элемент; 13- термометр үшін ыдыс; 14-гидрозатвор; 15- газоход; 16- жылытқыш элемент; 17- коллорифер.

2 сурет - Тәжірибелі қондырғының технологиялық схемасы
Мұндай аппараттарда екі фазалы бір-бірімен әсерлесетін ағындардың ағу динамикасы күрделі және әрқилы. Дұрыс мағлұматтар алуан ең оңай жолы-лабораториялық қондырғыда тәжірибелік зерттеулер жүргізу.

Гидродинамикалық процестер жайында сандық мәліметтер алу үшін алынған көріністерді өңдеу-өлшеу микроскопының, сонымен қатар проекционды аппаратының көмегімен жасалады.

Газды фазадағы масса беру коэффициенті келесі өрнекпен анықталады:

(4)
Мұнда; - аппаратқа кіру және одан шығу жеріндегі ылғалды ауаның ылғал мөлшері, құрғақ бөлігінің.

Осыған сәйкес ылғалды атмосфералық ауаның қысымы оның құрғақ бөлігінің және сулы булардың қосындысына тең.

Қабаттың газұстанымдылығы қабаттағы орын алған газ көмегімен тұтқама аймағы көлеміне қатынасы түрінде есептеу жолымен анықталды.

3 сурет - Аппараттың гидравликалық кедергісінің газдың жылдамдығына тәуелділігі

Жүйелі пластиналы тұтқамалы аппараттардың гидродинамикалық сипаттамаларын режимдік параметрлерге тәуелді зерттеулер нәтижелері, яғни газ ағынының жылдамдығы себелеу тығыздығы L, түрлі жағдайлар үшін келесідей тұжырым жасауға мүмкіндік береді.

Режимдік параметрлермен бірге біз конструктивтік параметрлердің де әсерін зерттедік, яғни тұтқамалық аймақ көлеміндегі тұтқама элементтерінің тік және көлденең ағымдарының зерттелініп отырған параметрлерге әсерін.

Бұл режимдерде құйындардың бір-бірін толықтыруының нәтижесінде олардың ұсақталуы және жоғары дамыған фазааралық бетті құру бойынша үлкен жұмыс атқарылады.

t_р=1,5В

1,3 және 4-, φ және һ₀- L=25 м³ /м² сағ., W_г =4 м/с болғанда;

2- с, W_г = 4 м/с болғанда.

4 сурет - Қабаттың газұстамдылығының , ұсталатын сұйық мөлшерінің һ₀, гидравликалық кедергісінің тұтқамалы элементтер арасындағы тік ағымға t_в/в тәуелділігі.

Зерттеулер көрсеткендей тік бағыттағы тұтқамалық элементтер арасындағы адымның тиімді мәні, бұл жоғары дамыған фазалардың өзара әрекеттесуінің бетін, осының нәтижесінде аппараттың жылумассаалмасымдық сипаттамаларының жоғары мәнін сипаттайтын бірмезетті құйын түзілу тәртібіне қал жеткізуге мүмкіндік беретін ағым. Бұл режимде аппараттың

жылумассаалмасымдық сипаттамаларының фазалардың өзара әсерлесуінің дамыған бетінің салдарынан жоғары мәнге ие болады.


5 сурет - Қабаттың газұстамдылығының , ұсталатын сұйық мөлшерінің һ₀, гидравликалық кедергісінің саптамалы элементтер арасындағы көлденең адымға t_в/в тәуелділігі.

Осыған орай келесідегідей тұжырым жасауға болады: егер де жылу немесе массаалмасу процестерін жүргізуге қажетті энергия шығындары шектелмесе, онда тұтқамалардың тік бағыттағы орналасу адымы t_в/в=2 деп қабылдауға болады. Егер де энергия шығындары бойынша шектеулер болса, онда адым шамасын t_в/в=1деп қабылдайды, себебі t_в/в=1 болғанда тұтқамалы элементтерді дайындау және монтаждауға материалдық шығындар өседі. t_в/в=3 болғанда аппараттың биіктігі өседі.

(ҰСМ) - ұсталатын сұйық мөлшерінің һ₀ және қабаттың ұстамдылығын есептеу өрнегін алу жұмыстарды баяндаған тәсілдерді қолданамыз [5,8,41].

Тұтқаманың көлемінде сұйықтық біркелкі таралады, деп ұйғара отырып ұсталынатын сұйық мөлшерін есептеуге [5,6] арналған өрнекті келесі түрде жазуға болады:

(6)
Мұнда: - бір қатардағы тұтқамалы элементтердегі пленка түріндегі

және бағананың көлденең қимасына шаққандағы сұйықтың

шартты биіктігі,

- бір секциядағы жоғары және төменде орналасқан тұтқама

элементтерінде түзілген ҰСМ тамшылық құраушысы.

Химия және мұнай химия өндірістерінде шығаратын өнімдердеріне қарамай-ақ олардың конструкцияларын жетілдіру өндірістің тиімділігін арттырады және қатаң экологиялық талаптарға сай болуы қажет етеді. Осы процестерді жүргізуге кең таралған тұтқалы, табақшалы жанасу құрылғылары бар аппараттарды пайдаланады. Олардың қарқындылығы төмен, гидравликалық кедергісі жоғары және олар қатты қоспалармен ластанған газ бен сұйық ағындарды өңдеуге жарамсыз.

Көп жағдайда өнеркәсіптердің барлық салаларында әсерлеуші жылумассаалмастырғыш аппараттар кеңінен қолданылады және де энергия ағындарын толық пайдаланудың негізгі бағыттарының бірі, яғни технологиялық процестердің тиімділігін жоғарылату үшін, газды сұйық қабаттың құйынды құрылымын құру болып табылады. Себебі, олар тиімді түрде газ бен сұйық ағының энергиясын пайдаланады.

Бірақта, қазіргі уақытта пластиналы тұтқаның діріл қозғалысының, гидродинамика мен массаалмасуға тигізетін әсерінің зерттеу нәтижелері жоқ.

Жылжымалы жүйелі тұтқамалы аппараттардағы жылумассаалмасу процесін қарқынды етудің екі жолы бар: режимдік және конструктивтік. Соңғы жылдары Қазақстанда жылу және массаалмасу процестерінің тиімділігін арттыру мақсатында өзара әрекеттесуші фазалардың физико-химиялық қасиеттерін мақсатты басқару бойынша зерттеулер жүргізілуде.

Дегенмен де бұл аппарат конструкциясы да қазіргі заман талаптарына жауап беретіндей жетілдіруді талап етеді. Осы бағыттағы мәселені шешудің жарамды амалдары ретінде келесілерді қарастыруға болады:

Пластиналы тұтқамалардың әрбір қатарын бағананың көлденең қимасынада орналастырғанда, орналасу гипотетикалық табақшаны қалыптастыратын болуы тиіс. Бұл кезде әрбір тұтқама элементі өзінің конструкциялық ерекшелігіне және сымдарға бекітілу конструкциясына байланысты ағымдардың қиылысқан, соқтығысулы, құйынды және иірілмелі қозғалысын қамтамасыз ету қажет. Өзара әрекеттеуші фазалардың мұндай әсерін іске асыру жетілген жылумассаалмасу аппараттардың конструкциясын құруға бейімдейді. Осы бағыттағы зерттеулер ғылыми өзекті мәселе болып табылады.

Жұмыс барысында жүйелі пластиналы аппараттағы ұсталынған сұйық мөлшерінің режимдік және конструктивтік параметрлерге тәуелділігі зерттелінген. Зерттеулер нәтижесінде аппараттағы ұсталынған сұйық мөлшерінің режимдік және конструктивтік параметрлері ескеріле отырып тұтқамалы аймақтың газұстамдылығы мен (ҰСМ) ұсталған сұйық мөлшерін есептеудің өрнегі алынды. Осыған байланысты, жоғары білікті қуаты бар ЖЖТ аппаратының актуальділігі бір жағынан, химиялық, тамақ өнеркәсібінің өндіріс көлемінің жоғарлауымен, екінші жағынан қоршаған ортаны қорғаумен, яғни өндіріс қалдықтарының тазартылуымен, сондай –ақ табиғи, ағын сулардың тазартылуымен мақсатталған. Лабораториялық зерттеулер барысында алынған графикалық тәуелділіктер мен кестеге жинақталған мәліметтер өнеркәсіптің түрлі салаларында жылумассаалмасу процестерін жүзеге асыруда басшылыққа алынуы мүмкін. Жүйелі тұтқамалы аппараттарды әзірлеу барысында ғылыми және инженерлік - техникалық қызметтермен, сондай-ақ жобалаушылармен қолданылуы мүмкін.

1. Досжанов М.Ж., Мырзабаева Д.С., Бектас Д.Б. Ағымдардың жүйелі орналасқан тұтқамалар элементтері жүйесі арқылы ағып өтуінің гидродинамикалық заңдылығы, // Акмешит хабаршысы №3, 2010ж. Кызылорда қ.

2. Досжанов М.Ж., Мырзабаева Д.С., Бектас Д. Б. Жүйелі пластиналы тұтқамалы аппараттың гидравликалық кедергісін есептеу, //Международные научные Надировские чтения 2011г., г.Алматы

РЕЗЮМЕ
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТЕЙ РЕЖИМОВ И КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ МАССООБМЕННЫХ АППАРАТОВ С РЕГУЛЯРНОЙ ПЛАСТИНЧАТОЙ НАСАДКОЙ
Объем и структура диссертации: диссертация состоит из введения,

5 разделов, заключения, списка использованных источников и приложения. Объем диссертации 82 страницы текста, 16 рисунков, а также плакаты A1 – 9 шт. Библиография включает 88 наименовании.

Первым определением параметра является увеличение пропускной способности потока, что приводит к большим энергитическим затратам. В последние годы в Казахстане с целью повышения эффективности тепломассообменного аппарата предусматривают разработку и методы расчета процессов взаимодействия физико-химических фаз. Одноко конструкции существующих аппаратов еще недостаточно совершенны.

В этом направлении разработка современных методов их расчета является актуальной научно- технической проблемой.

Цель исследования:

В настоящее время массообменные аппараты их эффективность и энергоемкость проводимых процессов, простота конструкции, является основным показателем. Разработка конструкции высокоэффективного аппарата с регулярной вибрирующей спиральной насадкой, создание научно-обоснованного метода расчета, опытно-промышленная проверка работы аппарата.

По прогнозам развития химической и нефте перерабатывающей промышленности зависимость тепломассообмена и очистка газов является основым параметром при проектировании таких оборудований и ее элементов. Конструкции разрабатываемых массообменных аппаратов должны отвечать производственным требованиям, обладать новизной, оригинальностью технических решений. Разработанные математические модели описания и расчета процессов взаимодействия обрабатываемых потоков соответствуют современным требованиям теоретической обоснованности, эффективности производства, охраны окружающей среды и экологии.

- анализ и обобщение существующих данных по конструкциям массообменных аппаратов с подвижными насадками, методов расчета гидродинамических и массообменных характеристик;

- установление особенностей работы массообменного аппарата в условиях взаимодействия вихрей в объеме насадочной зоны;

- получены расчетные уравнения для количества удерживаемой жидкости, газосодержания и гидродинамических параметров.

Результаты экспериментальных и теоретических исследований представлены в виде графиков и критериальных формул.

Полученные результаты, их новизна, научная и практическая значимость:

- раскрыта физическая картина образования, движения и взаимодействия вихрей;

- выявлено возникновение периодного режима одновременного вихреобразования, способствующего интенсификации взаимодействия фаз;

- с учетом выявленных гидродинамических закономерностей взаимодействия вихрей получены расчетные уравнения для определения коэффициентов сопротивления регулярно расположенных спиральных насадок;

- исходя из условий устойчивости движения вихрей за насадочными телами, взаимодействия их между собой, одновременности вихреобразования и характера движения насадок, определены параметры рационального размещения элементов насадки в объеме рабочей зоны аппарата, при которых достигается наибольшая эффективность проводимых процессов;

- получены расчетные уравнения для количества удерживаемой жидкости, газосодержания и гидродинамических параметров – гидравлического сопротивления.

- получены данные по изучению влияния конструктивных и технологических параметров на частоту и амплитуду вибраций спиральной насадки, гидравлическое сопротивление, коэффициенты массоотдачи.

1. Досжанов М.Ж., Мырзабаева Д.С., Бектас Д.Б. Ағымдардың жүйелі орналасқан тұтқамалар элементтері жүйесі арқылы ағып өтуінің гидродинамикалық заңдылығы, //Акмешит хабаршысы №3,2010ж. Кызылорда қ.

2. Досжанов М.Ж., Мырзабаева Д.С., Бектас Д.Б. Жүйелі пластиналы тұтқамалы аппараттың гидравликалық кедергісін есептеу,//Международные научные Надировские чтения 2011 г., г.Алматы
SUMMARY

THE RESEARCH OF DEPENDING THE REGIME AND CONSTUCTIONAL PARAMETRES OF MASSCHANGING EQIPMENTS WITH REGULAR PLASTIC EXSTENSION

The first definition of the parameter is to increase the capacity of the stream, which leads to large energiticheskoe costs. In recent years, in Kazakhstan in order to improve the efficiency of heat and mass transfer unit, and include the development of methods for calculating the interaction of physical and chemical phases. Lift l design of existing devices still not perfect.

In this regard the development of modern methods of their calculation is an urgent scientific and technological challenge.

The purpose of the study: Currently, mass transfer devices and energy efficiency of ongoing processes, simple construction, is the main indicator. Development of high-performance device structures with a regular spiral vibrating nozzle, the creation of science-based method of calculation, experimental-industrial testing of the device.

Object of study: According to the forecasts of development of chemical and petroleum processing industries dependent heat and mass transfer and purification ofgases is based on parameters in the design of such equipment and its components. Designs developed by mass-transfer devices must meet operational requirements, have a new, original technical solutions. The developed mathematical models describing and calculating the interaction of processing threads meet the current requirements of theoretical validity, efficiency, environmental protection and ecology.

Methods: In many cases in different industries are widely used heat-mass exchange apparatus. However, to date insufficient research results of hydrodynamic interaction and mass transfer. Therefore, the thesis is widely used by known methods:

- Analysis and synthesis of existing data structures for mass-transfer devices with movable nozzles, methods for calculating the hydrodynamic and mass transfer characteristics;

- Establishment of the mass transfer characteristics of the device in the interaction of vortices in the volume of packed zone;

- Calculation of the equation obtained for the number of retained fluid, gas content and hydrodynamic parameters.

The results of experimental and theoretical studies are presented ingraphs and formulas of criteria.

The results obtained, their novelty, scientific and practical importance:

- Disclosed to the physical picture of the formation, movement and interaction of vortices;

- Revealed the emergence of the regime at the same time period moving vortex formation, contributing to the intensification of interaction between the phases;

- Based on identified patterns of hydrodynamic interaction of the vortices obtained estimates of the equation for determining the coefficients of resistance regularly spaced spiral nozzles;

- Based on the conditions for stability of the vortices in the packed bodies, their interaction with each other, the simultaneity of vortex formation and nature of traffic tips, the parameters of rational deployment of the nozzle in the amount of work zone apparatus in which reached the maximum effectiveness of the processes;

For information on publications: The results were presented and discussed at various conferences and published in the following publications:

1. Досжанов М.Ж., Мырзабаева Д.С., Бектас Д.Б. Ағымдардың жүйелі орналасқан тұтқамалар элементтері жүйесі арқылы ағып өтуінің гидродинамикалық заңдылығы, //Акмешит хабаршысы №3, 2010ж. Кызылорда қ.