Очистка воды от растворенных газов в пленочном аппарате с дискретно-шероховатыми стенками

Для решения задач повышения ресурсоэффективности и надежности различного оборудования, работающего с применением водооборотных систем на промышленных предприятиях и ТЭС, рассмотрен высокоэффективный пленочный аппарат очистки воды от растворенных коррозионно-активных газов. Аппарат состоит из пучка вертикальных труб, закрепленных в трубных решетках, и работает в режиме восходящего прямотока газа и жидкости по трубному пространству. Газ движется со скоростью 10 – 30 м/с (сильное взаимодействие фаз) и увлекает жидкую пленку снизу вверх. В таком режиме происходит значительная интенсификация тепло- и массообмена (в 5 – 15 раз) по сравнению с противотоком. Кроме этого, внутренние поверхности труб могут иметь искусственную дискретную шероховатость (прямоугольные выступы), что дополнительно повышает эффективность проводимых процессов. Представлены математическая модель и результаты расчета эффективности пленочного контактного устройства с шероховатыми стенками при сильном взаимодействии фаз. Математическое описание базируется на моделях структуры потока и диффузионного пограничного слоя. Приведены выражения для расчета коэффициента массоотдачи в турбулентной пленке при прямотоке с газом, а также параметров моделей структуры потоков в контактной трубке. Основными параметрами уравнения для расчета коэффициента массоотдачи является динамическая скорость трения на межфазной поверхности пленки и безразмерная толщина вязкого подслоя. Динамическая скорость находится из уравнения баланса сил в контактной трубке, а безразмерная толщина вязкого подслоя — на основе известного значения на пластине с коррекцией на условия взаимодействия фаз. Использована ячеечная модель структуры потока и получено выражение для расчета профиля концентрации растворенного газа в воде по высоте труб. Представлено выражение для расчета числа ячеек полного перемешивания. Даны расчетные и экспериментальные зависимости эффективности декарбонизации для трубок с гладкими и шероховатыми стенками. Показано влияние шага между элементами шероховатости (выступами) на эффективность очистки воды. Сделаны выводы о конструктивном исполнении аппарата с восходящей пленкой при повышенных концентрациях растворенных газов в воде.

1. Комиссаров Ю. А., Гордеев Л. С., Вент Д. П. Процессы и аппараты химической технологии. Учеб. пособие для вузов. М.: Химия. 2011. – 1230 с.

2. Шарапов В. И., Пазушкина О. В., Кудрявцева Е. В. Энергоэффективный способ низкотемпературной деаэрации подпиточной воды теплосети на ТЭЦ // Теплоэнергетика. 2016. №1. С. 59.

3. Орлов М. Е., Шарапова В. И. Экспериментальное исследование и математическое моделирование процессов десорбции коррозионно-активных газов в водоподготовительных установках теплофикационных систем // Энергосбережение и водоподготовка. 2016. №1 (99). С. 3 – 8.

4. Sharapov V. I., Pazushkina O. V., Kudryavtsebva E. V. Energy-eff ective for low-temperature deaeration of make-up water on the heating supply system of heat power plants. 2016. T. 63. №1. P. 687.

5. Leduhovsky G. V., Gorshenin S. D., Vinogradov V. N., Barochkin E. V., Korotkov A. A. Predicting the indicators characterizing the water decarbonization effi ciency when using atmospheric-pressure thermal deaerators without subjecting water to steam bubbling in the deaerator tank // Thermal Engineering. 2015. Т. 62. №7. P. 526 – 533.

6. Моделирование совмещенных тепломассообменных процессов в барботажной ступени центробежно-вихревых деаэраторов. / А. Н. Беляков, А. Н. Росляков, В. П. Жуков, Г. В. Ледуховский, Е. В. Барочкин. // Химическая промышленность сегодня. 2015. №6. С. 26 – 31.

7. Improvement of water treatment at thermal power plants. / B. M. Larin, E. N. Bushuev, A. B. Larin, E. A. Karpychev, A.V. Zhadan // Thermal Engineering. 2015. Т. 62. №4. P. 286 – 292.

8. Лаптева Е. А., Лаптев А. Г. Прикладные аспекты явлений переноса в аппаратах химической технологии и теплоэнергетики (гидромеханика и тепломассообмен) – Казань: Издательство «Печать-Сервис XXI век», 2015. – 236 с.

9. Николаев Н. А. Динамика пленочного течения жидкости и массоперенос в условиях сильного взаимодействия с газом (паром) при однонаправленном восходящем или нисходящем движении. – Казань, 2011. – 104 с.

10. Нигматулин Р. И. Динамика многофазных сред. – М.: Наука, 1987. – 464с.

11. Интенсификация переноса массы в пленке жидкости, двигающейся прямоточно с высокоскоростным потоком газа или пара. / Николаев Н. А., Холпанов Л. П., Малюсов В. А. и др. // Теоретические основы химической технологии, 1989.– Т.23.– №5.– С. 563 – 568.

12. Войнов Н. А., Николаев Н. А. Теплообмен при пленочном течении жидкости. – Казань: Изд. «Отечество», 2011. – 224 с.

13. Кулов Н. Н. О некоторых проблемах разделения смесей // Теоретические основы химической технологии, 2007. – Т. 41. – №1.– С. 3 – 15.

14. Энерго- и ресурсосберегающие технологии и аппараты очистки жидкостей в нефтехимии и энергетике / А. Г. Лаптев, М. И. Фарахов, М. М. Башаров и др. – Казань: Отечество. 2012. – 410 с.