Калдыбаева Ботагоз Мырзахметовнаның



Дата19.07.2017
өлшемі113.56 Kb.
Калдыбаева Ботагоз Мырзахметовнаның
6D072400 – Технологиялық машиналар мен жабдықтар мамандығы бойынша философия РһD докторы ғылыми атағын алу үшін дайындалған диссертацияға
АҢДАТПА
Газ қоспаларының көмірқышқыл газынан және күкірт сутегінен тазартуға арналған аппараттар мен үйлескен процестерді түзу және есептеу
Диссертациялық зерттеудің өзектілігі: Қазіргі кезде Қазақстан өндірісті дамыту үшін ауқымды мүмкіндіктерге ие, сондықтан да энерготиімді технологияларды әзірлеуде, табиғи ресурстарды өңдеуде өзінің кең аумағымен жетекші ел бола алады.

Газ бен сұйықтық арасында жанасудың негізі болып табылатын процестер жүзеге асуда газдарды абсорбциялық тазалау, газ бен сүйықтық фазаларының арасындағы химиялық реакцияларды, флотация және т.б. сияқты процестерді орындауда фазалардың өзара байланысуы жанасу бетінің бірден бір кілттік параметрлері болып табылады. Беттің шамасы түзілген көпіршіктердің өлшеміне тікелей тәуелді – диаметрі қанша кіші болса, фазалар бөлу беттерінің өлшемі сонша үлкен болады. Соңғы кездері жарыққа шыққан мақалалар кеуекті мембраналар арқылы газдарды диспергирлеу кезінде 0,5 тен 150 мкм дейінгі өлшемдерге ие микрокөпіршіктер түзілетіндігін күәлендіріп отыр. Микрокөпіршіктердің мұндай өлшемдерін мембраналық модульдерді жобалау кезінде қолдануға болады және жай барботажды аппараттармен салыстырғанда фазалардың меншікті жанасу бетінің жоғарлығына байланысты аз өлшемдерге ие болады. Бұл кезде газ бен сұйықтық бойынша жүктемені шектеумен байланысты кемшіліктер байқалмайды. Бұдан басқа, қарапайым барботаждың алдында газдарды ұсақ диспергациялаудың басқа да артықшылықтарын көрсетуге болады. Қазіргі кезде белсенді зерттелініп отырған газдарды абсорбциялық тазалау процесстерінде қолданылатын мембраналық контактормен алынған нәтижелерді салыстыруға үлкен қызығушылық туындауда. Дегенмен, өзінің тәжірибелік мәніне қарамастан, қазіргі уақытқа дейін мембраналық микробарботажды аппараттарда фазааралық массаалмасу және микрокөпіршік түзу процесстері гидромеханикасын бөлшектеп зерттеу жоқтың есебі. Сонымен бірге, қазіргі кезде микркөпіршіктерді түзумен оларды диспергирлеу арқылы газдарды тазалауды зерттеу де өз мәресіне жетті деп айта алмаймыз. Тек ғана физикалық – математикалық моделдеуге кешенді ыңғайласу, сонымен бірге хемосорбциялық аппарат конструкциясын әзірлеу осы саладағы жаңа және маңызды нәтижелерді алуға мүмкіндік береді деп кутілуде.

Әзірленген технологияда газдарды диспергирлеу механикасын математикалық модельдеудеу және негізгі массаалмасу параметрлерінің тәуелділігін анықтау – фазалардың меншікті жанасу беті, көмірқышқыл газ және күкірт сутегінің фазааралық сіңірілуші заттар ағыны және т.б., хемосорбциялық процестерде сіңіргіштің активті болігінің концентрацияға және сұйықтық жылдамдығына қатысты массаберу коэффициенті, қазіргі уақытқа дейін жоқтың есебі.

Газқоспаларын тазалаудың перспективті, қалдықсыз және тиімділігі жоғары технологияларын әзірлеу және енгізуге мемраналарды пайдалану өте маңызды.



Зерттеулер аясы гидродинамикалық заңдылықтар, массаалмасу процесі және біріктірілген мембраналы-хемосорбциядық процестеріне негізделген.

Жұмыстың мақсаты: мемраналық және хемосорбциялық процестерді қоса атқаратын хемосорбердің жаңа конструкциясы мен технологиясын әзірлеу, өндірісте жүзеге асыру мақсатымен тәжірибелік – өндірістік жағдайда алынған нәтижелерді апорбациялау, жобалау және есептеудің ғылыми негізделген әдісін жасау, математикалық моделдеу және алынған нәтижелердің дұрыстығын тексеру.

Қойылған мақсатқа сәйкес келесі тапсырмалар орындалды:

- NaOH ерітіндісіндегі CO2 и H2S бір уақыттағы хемосорбция процесінің математикалық моделін түзу;

- CO2 қатысуымен H2S-тің NaOH су-сілті ерітіндісімен өзара әрекеттесу ерекшеліктері;



  • хемосорбердегі гидродинамикалық жағдай мен аппараттың конструкциялық ерекшеліктерін есепке алып микрокөпіршіктердің өлшемдерін теориялық есептеу;

  • ығысуын есепке ала отырып көпіршіктердің гидродинамикалық қозғалысын сипаттайтын математикалық моделін түзу;

  • хемосорбциялық процесті ескере отырып массаалмасу коэффициентін анықтау;

  • көпкомпонентті газды қосылыстарды тазалау технологиясын түзу және тәжірибелік қондырғыны жасау;

  • түзілген хемосорбердің гидродинамикалық және массаалмасу параметрлерін тәжірибелік зерттеу;

  • алынған теориялық және тәжірибелік нәтижелерін салыстыру, және дұрыстыққа тексеру;

  • түзілген технологияның негізгі технологиялық параметрлерін есептеудің ғылыми-негізделген инженерлік әдістерін түзу;

  • газ қоспаларын тазалауда газды диспергациялау процесін қолданып түзілген технологияны өндірістік-тәжірибелік зерттеу.

Зерттеудің ғылыми жаңашылығы газды ұсақ дисперсиялай отырып микрокөпіршіктердің ерекше қасиеттерін қолдана фазалық бетті дамыту жолыменен көпкомпонентті газ қоспаларын тазалаудың тиімділігін жоғарлатуға мүмкіндік беретін жаңа технологияның әзірленгендігінде, бұл газсұйықты контактағы жоғары тиімді принципиалды жаңа аппаратты, соныме қатар реакторлар мен ферменттердің жаңа типтерін құруға септігін тигізеді. Осыған орай:

-жетіарналы керамикалық мембраналы хемосорбердің негізінде көпкомпонентті газды тазалаудың технологиясы әзірленді;

-күкіртсутегі мен көміртек екіоксидін натридың гидрооксидімен бір мезгілде хемосорбциялау процесінің математикалық моделі құрылды;

-көмірсутегінің екітотығының қатысуындағы ұлы натридың су-сілтілік ерітіндісімен күкіртсутегінің әрекеттесу ерекшелігі орнатылды;

-хемосорбердегі көпіршіктің анықталған түзілу механизмі тұрғысынан, хемосорбердің конструктивті ерекшелігі мен гидродинамикалық жағдайын ескеретін көпіршіктердің диаметрін есептеудің өрнегі алынды;

-газ көпіршіктерінің сұйықтағы табиғи қозғалу жылдамдығын анықтаудың жалпылама әдісі негізінде хемосорбердегі дисперсті түйіршіктердің қозғалу жылдамдығы жөніндегі ақпаратты беретін математикалық модель ұсынылды;

- Хигби теориясы негізінде хемосорбцияны ескере отырып сұйық фазасындағы массаалмасу коэффициентін есептейтін теңдеу алынды, физикалық және химиялық абсорбция кезіндегі массаалмасу коэффициенттерінің қатынасын есептеу арқылы  үдету факторын есептеуге болады, ол арқылы химиялық реакцияның нәтижесінде сұйық қабыршағының кедергісі қанша есе азаюын бақылауға болады;

- газ көпіршікте ісер етуші беттік керілу күші, архимед күші кедергісі, артық қысым күштердің баланстық теңдеуіне негізделе көпіршік пен сұйықтың қозғалысыменен шартталған, газсұйықта ағын құрылымын ескере отырып, хемосорберді есептеу әдістемесі ұсынылды.



Зерттеудің теориялық мәнділігі сонда, көміртегі мен күкіртсутегінің бірмезеттегі сіңірілу заңдылығын теориялық және тәжірибелік зерттеулер негізінде көпкомпонентті газ қоспаларын тазалау процесін атқаруға арналған керамикалық мембраналы хемосорберді есептеудің методологиясы ғылыми түжырымдалды.

Практикалық құндылығы. Көпкомпонентті газ қоспасын тазалауға арналған хемосорбер конструкциясы әзірленді, 08.10.2015 ж. №2015/1108.1 ұсыныс бойынша «Биогазды көмірқышқыл газдан тазарту тәсілі» өнертабысқа жүргізілген формальды сараптаманың оң нәтижесі жөнінде мәлімдеме алынды.

Көпкомпонентті газқоспасын тазалау процесін жүргізуге арналған керамикалық мембраналы хемосорберді жобалау және пайдалану бойынша есептеу әдістемесі, ұсыныстар әзірленген.



Зерттеу тақырыбы бойынша жариаланымдар. Диссертация тақырыбы бойынша 16 мақала жарияланған, оның ішінде 12-сі халықаралық конференциялармен ғылыми журналдарда, 3-уі ҚР ҒБМ білім және ғылым саласындағы қадағалау Комитетімен ұсынылған басылымдарда, 1 мақала SKOPUS халықаралық ғылыми журналдар базасына ендірілген журналда және 08.10.2015 ж. №2015/1108.1 ұсыныс бойынша «Биогазды көмірқышқыл газдан тазарту тәсілі» өнертабысқа жүргізілген формальды сараптаманың оң нәтижесі алынды.

Мақалалар мазмұны диссертацияның мазмұнын қамтыды.



Кіріспеде шешілуші ғылыми мәселенің заманауи жағдайына баға, тақырыпты әзірлеуге негіздеме мен алған мәліметтер, ғылыми-зерттеу жұмысын жүргізудің қасиеттілігінің тұжырымдамасы, әзірлеменің жоспарланған ғылыми-техникалық деңгейі және диссертацияның метрологиялық қамтамасыз етілуі жөнінде, тақырыптың өзектілігі мен жаңалығы, жұмыстың басқа ғылыми-зерттеу жұмыстармен байланысы, зерттеудің мақсаты, нысаны, құралы және мәселелері, әдістемелік базасы, қорғауға шығарылған қағидаттар, практикалық құндылығы және практикалық нәтижелерді апробациялау.

Бірінші тарауда газ қоспаларын тазалауға арналған мембраналық аппараттардың кнструкциясы бойынша әдеби шолу жүргізілді, кемшілігі мен артықшылығы талданды. Газ қоспаларына тазалау процесіндегі жабдықтардың жұмысы мен есептеу әдістеріне талдаулар жасалынды, газ қоспаларын тазалауға арналған мембраналық аппараттарды математикалық моделдеу және есептеу ерекшеліктері қарастырылып, зерттеу мәселесі тұжырымдалды.

Екінші тарауда көміртегі екіоксиді мен күкіртсутегінің сілті ерітіндісімен бір мезетте хемосорбция процесін математикалық моделдеу нәтижелері келтірілді, көп компонентті газдарды СО2 және H2S –тен бір мезетті хемосорбциялаумен тазартуды энергия үнемді технологиясын әзірлеу үшін СО2 және H2S су-сілтілі ерітіндімен сіңіруге зерттеулер жүргізілді. Химиялық реакция қажетті еріткіштер шығынын азайтуға мүмкіндік бере отырып газдың ерітінділенуін елеулі арттыруға мүмкіндік береді. Сонымен қатар, егер де химиялық реакция жылдамдығы жоғары болса, онда абсорция жылдамдығын арттыруға алып келеді, сәйкесінше абсорбциялық бағананың өлшемдерінің ықшамдалуына. Екі газдың хемосорбциялану процесінің математикалық моделін қолдану ұқсас аппараттарды жуықша есептеулерді жүргізуге мүмкіндік береді, жобалау сатысында да, өнеркәсіптік процестерді зерттеу сатысында да, математикалық модельдің ерекшелігі, есептеу барысындағы интеракциялық процедуралардың қарастырмауында. Алынған нәтижелерді түрлі өндірістердегі газ қалдықтарын залалсыздандырушы бағаналарды есептеу және тиімдестіру үшін қолдануға болады. Конструктивті және гидродинамикалық ерекшеліктерді ескеріп хемосорбердегі көпіршіктердің диаметрін есептейтін өрнек алынды:

. (1)

(1) өрнек құрылымы технологиялық параметрі мен хемосорбер жұмысының жағдайына байлаынсты газ – сұйық жағдайындағы көпіршіктің орташа өлшемін алдын – ала есептеуге мүмкіндік береді. b коэффициентінің мәні тәжірибеден және (1) өрнектен алынған мәндерден салыстыру арқылы алынады. Хемосорбциялық аппараттағы газ көпіршіктер жылдамдығын теориялық анықтау үшін бұл жұмыста энергия диссипациясының минимал екпінділігі варияциялау принципі негізінде алынған ұсталым қолданылды. Алынған нәтижелер сұйықтағы түйіршіктердің тымсырыңқы ламинарлы қозғалысының жылдамдығын есептеудің қарастырып отырған әдісі жылдамдықтың тәжірибелі алынған мәніне жеткілікті жақын мәнді алуға болады деген тұжырым жасауға мүмкіндік береді. Алдын қарастырылып отырған ұсталым қанағаттандыратындай дәлдікпен сфералық газ түйіршіктер қозғалысын сипаттай алатындығын көрсеткенде, тымсырыңқы қозғалысының жылдамдықтарын анықтауда келтірілген жалпылама әдісі пішіндерін сфералық деп қабылдай отырып, сұйықтағы газ көпіршіктер ішінде қолдануға болады деген ұйғарым жасалынды.

Газ –сұйық қабатының құрамдық сипатына фазалардың жанасу уақытының байланысын қарастыра отырып, Хигби ұсынған пентерациялық модель негізінде физикалық абсорбция кезіндегі сұйық фазадағы массаалмасу коэффициентін есептейтін теңдеу алынды:
 . (2)
Бұл теңдеу хемосорберде түзілетін көпіршіктердің диаметрін анықтап болған соң шешіледі, оның нәтижесін (1) теңдеу арқылы алуға болады.

Нәтижесінде, физикалық және химиялық абсорбция кезіндегі массаалмасу коэффициенттерінің қатынасын есептеу арқылы  үдету факторын есептеуге болады, ол арқылы химиялық реакцияның нәтижесінде сұйық қабыршағының кедергісі қанша есе азаюын бақылауға болады, бұл мәнді Хатта критериі деп те атайды:



 , (3)

мұндағы  – тәжірибелік коэффициент, оның мәнін тәжірибе нәтижелерін өңдеу және салыстыру арқылы анықтауға болады.



Үшінші тарауда зерттелуші нысанның гидродинамикалық параметрлері мен массаалмасу сипаттамаларының және сұйықтық фазалардың құрылымдық құраушыларын зерттеуге арналған тәжірибелік қондырғының сипаттамасы, сондай-ақ тәжірибе жүргізу әдістемесі келтірілді.

Жүргізілген зерттеулерде режимдік параметрлердің өзгеру диапазоны деп кірердегі газдың қысымы 0,1-0,3 МПа, құйынды сораптың өнімділігі 0,1 м3/c, тегеурін 160 Па, айналым саны 24,15сек-1, суспензиядағы NaOH мөлшері 10-20 % масс, көпіршік құрамындағы суспензияның көлемдік шығыны 0,5÷1 сек. литр; дисстендірілген су бойынша өнімділігі 500-900 л/м2·сағ; конструктивті параметрлері: жетіарналы цилиндрлік сузгінің ауданы 0,1 м2, ұзындығы 830 мм, диаметрі 23,5 мм, арналардың диаметрі 3,6-4,0 мкм, селективті қабат кеуектердің өлшемдері 0,2 мкм, астар қабат кеуектердің өлшемдері 10-15 мкм: астар қабат пен микросузгілеу қабатының материалы Al2O3, барлық элеметтердің кеуектілігі 35-45 %.



Төртінші тарауда керамикалы мембрананы хемосорбердің режимді және конструктивті параметрлерге қатысты гидродинамикалық және массаалмасу сипаттамаларының тәжірибелі сипаттамалары келтірілді. Мұнда алынған тәуелділік қисықтарының гидродинамикалық параметрлер тәуелділігінің қисықтарымен ұқсастығы байқалады.

Керамикалық мембраналар үшін жалпы заңдылық сұйықтың төмен жылдамдығында (0,5 – 1 м/с) үлкен тәуелділікке және жоғары жылдамдықта төмен тәуелділікте болады. Рейнольдс саны (Re) 12000 жоғары болғанда 2м/с жылдамдықта көпіршіктердиаметрі сұйық жылдамдығына тәуелділігі аз байқалады.

Тәжірибелік нәтижелердің сараптамасынан және (1) өрнектің тәуелділігінен (Re ~ 12000) сұйық жылдамдығы 2 м/с шамасында дөңестігі аз мембраналарды қолдану аз өлшемдегі көпіршіктерді алуға тиімді екені анықталды.

Фазааралық массаалмасу зерттеулер бойынша өткізілген тәжірибелік нәтижесінде аппараттағы фазалардың жанасуының меншікті бетінің тәуелділігі және мембрана арнасындағы сұйық жылдамдығынан газ фазасының массаалмасу коэффициенті анықталды, сондай ақ, сұйық жылдамдығына және сіңіргіштік активті бөлшектерінің концентрациясына тәуелді сіңірілетін заттардың фазааралық ағынның көлемі анықталды

d0=0,2 мкм мембранада алынған тәжірибелік нәтиже бойынша, газ фазасындағы массаалмасу коэффициенті kу = f(ω) сұйықтың жылдамдығына тәуелділігі анық көрінеді. Мұнда газ фазасындағы массаалмасу коэффициенті жылдамдықтың барлық диапазонында 2,5·10-5-10,5·10-5 м/с өседі. d0=2,5 мкм мембрана жағдайында газ фазасындағы массаалмасу коэффициентінің өзгерісінің жалпы тенденциясын анықтау қиын, сұйық жылдамдығы 1,2 м/с жағдайында шамасының 1·10-4-3,5·10-4 дейін шапшаң артуы байқалды. Әрі қарай газ фазаның массалмасу коэффициенті және 2,6·10-4 мен 3,5·10-4 м/с аралығында сұйық жылдамдығы 3м/с болғанға дейін ауытқуы байқалады.

Бесінші тарауда керамикалық мембраналы хемосорберді жобалау және ұсыныстар келтірілді. Жобалау бойынша ұсыныстар газ қысымын, сіңіргіш жылдамдығын, керамикалық мембрана кеуектерінің диаметрлері хемосорбердегі гидродинамикалық жағдайға тәуелді қабылдау жөніндегі мәліметтер қарастырылды.

Жүргізілген зерттеулер нәтижесі бойынша керамикалық мембраналы хемосорбердің өнеркәсіптік конструкциясы және бөлінетін газдарды тазалаудың технологиялық сұлбасы әзірленді, шыны өндірісіндегі доломитті кептіруге арналған барабанды кептіргіштің газ қалдықтарын тазалаудың технологиялық сұлбасында «Газалкент ойна» БК – да табиғатты қорғау іс – шаралары бойынша 1,32 тенге/жыл экономикалық әсермен енгізілді.



Қорытындыда диссертациялық зерттеу нәтижесі бойынша қысқаша қорытындылар, алға қойылған мәселелердің толықтай шешілу бағасы берілген, нәтижелерді нақтылай пайдалану бойынша ұсыныстар және алғашқы мәліметтер берілді, енгізудің технико – экономикалық бағасы және осы саладағы бірегей қол жеткен жетістіктерді салыстырғандағы жұмыстың орындалуының ғылыми нәтижелері берілді.

Шартты белгіленулер: b – коэффициент, Н/с2м2; Nпор – кеуектер саны; а– коэффициент, Н/(с·м); Re – Рейнольдс саны ; τ – газсұйық фазасының хемосорбердегі болу уақыты, с; - сұйықтықтың беттік керілу коэффициенті, Н/м;  – хемосорбердегі қысым ауытқуы, Па; ω – жылдамдық, м/с;  – тқтқырлықтың кинематикалық коэффициенті, м2/с;  – тығыздық, кг/м3;  – газ ұлесі, м33;  – аппараттағы сұйық фазаның көлемі, м3; d – сұйықтағы көпіршіктердің орташа диаметрі, м; kу- газ фазасындағы массаалмасу коэффициенті, м/с.
Каталог: sites -> default -> files -> files
files -> Қыс ең зақымданатын жыл мезгілі. Бірақ жаралану, сынық, тоңазу, үсіп қалу біздің қысқы тұрмыстың міндетті салдары емес
files -> Террористік акт және төтенше жағдайлар қаупі төнген кездегі әрекеттер тәртібі
files -> Членство в общественных организациях: Членство в общественных организациях
files -> Коллаген основа избыточных рубцов
files -> Аутизм. Что такое аутизм и каковы его особенности, как проявляется и почему развивается аутизм у детей?
files -> Программа по отдельным темам, перечень вопросов для подготовки к экзамену и список рекомендуемой литературы


Достарыңызбен бөлісу:


©stom.tilimen.org 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет