ДОСЛіДЖЕННЯ ГіДРОДИНАМіКИ РОБОТИ ГЕНЕРАТОРА-РЕКТИФіКАТОРА АБСОРБЦіЙНО-ХОЛОДИЛЬНОї УСТАНОВКИ АГРЕГАТУ СИНТЕЗУ АМіАКУ Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Технологии органический и неорганический веществ и экология

---1

ТЕХНОЛОГИИ ОРГАНИЧЕСКИХ И НЕОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ И ЭКОЛОГИЯ

I---

Дослгджена гiдродинамiкароботи генера-тора-ректифжатора промислово1 абсорбцш-hoï холодильно1 установки агрегату синтезу амшку. Розроблена методика дослиджень та отримана к1льк1сна залежтсть для визна-чення гiдродинамiчного опору. Обгрунтована необхiднiсть проектування такоï холодиль-ноï системи з урахуванням гiдродинамiчних умов роботи генератора-ректифжатора Ключовi слова: генератор-ректифша-

тор, гидродинамжа

□-□

Исследована гидродинамика работы генератора-ректификатора промышленной абсорбционной холодильной установки агрегата синтеза аммиака. Разработана методика исследований и получена количественная зависимость для определения гидродинамического сопротивления. Обоснована необходимость проектирования такой холодильной системы с учетом гидродинамических условий работы генератора-ректификатора Ключевые слова: генератор-

ректификатор, гидродинамика

□-□

The hydrodynamics of the generator-rectifier work of industrial absorption refrigerator of ammonia synthesis aggregate is investigated. The method of researches is developed and the quantitative dependence for determination of hydrodynamic resistance is determined. The necessity of planning of the such refrigeration system is grounded taking into account the hydrodynamic terms of the generator-rectifier work

Key words: generator-rectifier, hydrodynamic „ „

УДК 661.53:66.042.2

ДОСЛ1ДЖЕННЯ Г1ДРОДИНАМ1КИ РОБОТИ ГЕНЕРАТОРА-РЕКТИФ1КАТОРА АБСОРБЦ1ЙНО-ХОЛОДИЛЬНОТ УСТАНОВКИ АГРЕГАТУ СИНТЕЗУ

АМ1АКУ

А.К. Баб^ченко

Кандидат техычних наук, професор Кафедра автоматизаци' xiMÎKO-технолопчних систем та

еколопчного мошторингу Нацюнальний техычний уыверситет «Хармвський

полЬехшчний шститут» вул. Фрунзе, м. Харюв Контактний тел. (057) 707-66-87

1. Вступ i постановка задачи дослщжень

У великотонажних агрегатах синтезу амiаку, що експлуатуються в Украiнi, вилучення продукцшного амiаку з циркуляцiйного газу здшснюеться шляхом охолодження його у двох випарниках блоку вторинноi конденсацп, один з яких по потоку холо-доагенту (амiаку) тдключений до турбокомпресорноi холодильноi станцii iз споживанням електроенергii бiля 4 тис. кВтгод, а другий - до двох водоамiачних абсорбцiйно-холодильних установок (АХУ), робота яких в основному забезпечуеться за рахунок утилiзацii низькопотенцiйноi теплоти у кип'ятильниках генератора-ректифжатора. За таких умов збшьшення холодопродуктивностi АХУ в значнш мiрi позитивно впливае на енергоефективнiсть блоку вторинноi конденсацп. Холодопродуктившсть АХУ визначаеться кратнiстю циркуляцп розчинiв. Остан-

ня залежить в основному вщ рiзницi концентрацiй мщного на входi абсорбера i слабкого на виходi генератора-ректифiкатора розчинiв, збшьшення якоi сприяе пiдвищенню холодопродуктивностi [1]. Отже, генератор-ректифжатор разом з абсорбером - ключовi апарати, ефективнiсть роботи яких в значнш мiрi визначае холодопродуктившсть. При цьому, зменшен-ня концентрацп слабкого розчину позитивно впливае i на процес абсорбцii внаслiдок збiльшення ii рушiйноi сили, а отже за повних умов i збшьшення концентрацii мiцного розчину.

Аналiз попереднiх експериментальних дослiджень показав, що концентращя слабкого розчину навiть за проектних показниюв тиску конденсацii, витратам холодоагенту з генератора-ректифжатора i мщного розчину на входi генератора суттево вiдрiзняеться (0,304 кг/кг) вiд проектноi (0,32 кг/кг) [2]. Визначення останньо'!, як вiдомо [1] здiйснюеться при проекту-

Розрахун

ванн1 на р1вн1 р1вноважно1 у залежност1 в1д тиску конденсацп 1 температури у кип'ятильнику генератора. Встановлення причини тако1 розб1жност1 концентра-цп слабкого розчину 1 становило предмет подальших дослщжень.

2. Результати експериментальних дослщжень та ¡х обговорення

Дослщження проводились на промисловш АХУ проектною холодопродуктившстю 3,14 МВттод агрегату синтезу серп АМ-1360, генератор-ректифжатор яко1 становить собою вертикальний пл1вковий кожухотрубний апарат, що складаеться з трьох частин - у верхнш частиш розташо-вана ректифжацшна колона, що утворена насадкою з юлець Рашигу трьох ковпач-кових тар1лок, тд нею - кип'ятильник, поверхня теплопередачи якого розд1лена на дв1 складов1 (верхня для тдводу у м1жтрубний прост1р парагазово1 сум1ш1 з температурою 126 С 1 нижня - для кон-вертованого газу з температурою 137 С), а знизу - кубова частина (зб1рник слабкого розчину). Гарячий мщний розчин розпилюеться над насадкою з юлець Рашигу у ректифжацшнш частиш, 1 дал1 прямуе на закручуюч1 насадки 1 пл1вкою стжае по внутршнш поверхш теплообмшних труб кип'ятильник1в. За рахунок утил1зацшно'1 теплоти у м1жтрубному простор1 вщбуваеться по-слаблення мщного розчину, а отрима-на пара збагачуеться у ректифжацшнш частиш.

За результатами обробки даних па-сивного реестрацшного експерименту у в1дпов1дност1 з розробленим алгоритмом [2] була сформована виборка, найб1льш

характерш режими яко1 для генератора-ректифжатора зведеш до табл. 1.

Анал1з представлених в табл. 1 показниюв по температурам китння та концентращям сввдчить про суттеву неузгоджешсть останшх р1вноважним [3], значення яких за ввдповвдного тиску конденсацп менше отриманих за лабораторними анал1зами, що може бути обумовлено зпдно лиературних даних лише пдродинам1чними умо-вами роботи генератора-ректифжатора [4].

При цьому, зростання пдродинам1чного опору за двофазно'1 течп пари 1 рвдини обумовлене, в основному, як зменшенням перер1зу для проходу пари рвдиною 1 зб1льшенням в1дносно'1 швидкост1 пари за протитоку

Таблиця 2

ковi гiдродинамiчнi показники генератора-ректифiкатора

№ режиму Р1вноважна концентращя слабкого розчину за тиском в куб1 генератора 1 температурою китння, кг/кг Дшсний тиск у куб1 генератора, МПа Витрата тиску, МПа с г и, р а п л т о '3 ч и в а а н »га я Ч о г г/ к я, н н е 3 о р з л т О 'я л 4 з с 3 и, к 3 'ч п Л т О '3 4 и в 3 а н « '52 4 с 3 и, р а п л т о '3 4 и в а а н с о н ч т Коефщент опору зрошуваного апарату Вщношення швидкостей пари 1 пл1вки

1 0,304 1,68 0,1 0,231 0,1165 0,6037 0,8347 277,84 1,3826

2 0,288 1,2988 0,0988 0,262 0,1175 0,5917 0,8537 339,68 1,4427

3 0,288 1,5476 0,0876 0,239 0,1219 0,6197 0,8587 279,05 1,3856

4 0,291 1,4833 0,0833 0,208 0,1401 0,6642 0,8722 220,92 1,3131

5 0,281 1,2522 0,0522 0,219 0,146 0,6819 0,9009 162,39 1,3211

6 0,278 1,2723 0,0523 0,213 0,1464 0,6829 0,8959 161,81 1,3119

7 0,283 1,722 0,042 0,163 0,1344 0,6588 0,8218 114,99 1,2474

8 0,256 1,3659 0,0659 0,215 0,1297 0,6423 0,8573 212,14 1,3347

Таблиця 1

Показники роботи генератора ректифкатора за даними пасивного реестрацшного експерименту

а С З Температура оС Концентращя, кг/кг Витрата, т/год ■ 3 ^

№ режиму К, Р 1 с н ^ ч н о к к с £ Слабкий розчин Мщний розчин Пара ашаку з дефлегматора Слабкий розчин Мщний розчин ку г й а р а П Слабкий розчин Мщний розчин я уля м ин я я л & • й л н т а р К рг тк я ^ еу цн ни оч кз ко ар * е ао вк об на вл к °

1 1,58 122 106 50 0,304 0,396 10,82 72,054 82,874 7,6 0,2934

2 1,2 115 102 53 0,288 0,371 9,48 73,369 82,849 8,63 0,2715

3 1,46 122 105 55 0,278 0,366 10,34 75,882 86,222 8,17 0,2782

4 1,4 120 101 54 0,291 0,354 8,66 88,725 97,385 11,22 0,2791

5 1,2 118 99 49 0,281 0,338 7,87 93,108 100,978 12,67 0,2583

6 1,22 118 99 49 0,278 0,335 7,79 93,379 101,169 12,77 0,2613

7 1,68 128 108 55 0,283 0,344 8,0 85,309 93,309 11,84 0,2803

8 1,3 124 110 55 0,254 0,325 8,25 82,111 90,361 10,68 0,2469

у пор1внянш з 11 абсолютною швидюстю, так 1 передачею вщ пари до рщини деяко'1 частини енергп, що втрачаеться, на подо-лання сили тяжшня.

Тому тиск конденсацп безумовно мае бути менше тиску генерацп, що 1 тдтвердили результати його визначення за концентращею 1 температурою слабкого розчину в куб1 генератора (див. табл. 2).

За неможливост1 точного враху-вання ус1х перел1чених вище фактор1в та зосередженост1 основного опору у теплообмшнш частиш, що обумовлено значно б1льшою 11 висотою (понад 12 м) у пор1внянш з ректифжацшною (до 4 м) загальний отр зрошуваного апарату виз-начався за загальноввдомим р1внянням:

АР р = |

ор ~

2аэ-ип

де £,ор - узагальнений коефвдент опору; L - за-гальна довжина теплообмшних труб, м; dЭ = 4У/Р - еквiвалентний дiаметр каналу руху пари, м; V -об'ем каналiв руху пари, м3; F - загальна поверхня теплообмшу, м2; ю0 =(иж + ю) - вщносна швидкiсть пари, м/с; иП - питомий об'ем пари, м3/кг; иж -лiнiйна швидкiсть плiвки, м/с; ю - лiнiйна швидюсть пари, м/с.

Лiнiйнi швидкостi плiвки иж i пари ю визнача-лись за формулами:

Г2Й

I Рж т=мжр/ павнп

ю = Му ип/8т

(2)

(3)

(4)

П / ^т

де Г - шдльшсть зрошення, кг/мс; g - прискорен-ня в^ьного падiння, м/с2; Ц-ж - динамiчна в'язкiсть розчину, Па с; рж - густина розчину, кг/с; <!вн -внутршнш дiаметр труб теплообмiнноi частини, м; п - кiлькiсть труб; 8Т = 0,785dBнn - перерiз усерединi трубного простору, м2; Му - витрата пари, кг/с; МЖР -середня витрата розчину, кг/с.

опору вщ вiдношення вiдносноl швидкост пари ю0 до лiнiйноi швидкоси розчину иж , яка тсля обробки з використанням пакету Statistica може бути представлена у виглядi рiвняння:

£ = 22,26(ю0 /иж)7

(5)

Коефiцiент множинно1 кореляцп для рiвняння (5) склав 0,95, а середньоквадратичне вщхилення не перевищуе 23 одинищ. З урахуванням отрима-ного рiвняння для £,ор формула для розрахунку гiдродинамiчного опору АРор прийме наступний ви-

гляд:

Т и2

ДРР = 11,13Т-Ю0 °Р ' ¿эип

\ 7,63

(6)

При цьому, похибка апроксимацп за рiвнянням (6) не перевищую 8 %. Застосування отриманого рiвняння дозволить уникнути прорахункiв при проектуванш АХУ у визначеннi концентрацп слабкого розчину, а отже i кратностi циркуляцii розчинiв - основного показника, що визначае холодопродуктившсть установки.

400 -г

350

300

> 250 -

е-

41 О ¡£

50 •

У

у ♦

1,2

1,25

1,45

3. Висновки

1,3 1,35 1,4

Вщношення швидкостей гад/иж Рис. 1. Експериментальна залежшсть для коефiцieнту опору вщ вiдношення швидкостей пари i розчину

1,5

Проведен! дослщження дозволили встановити, що невщповщшсть концентраций слабкого розчину в реальних умовах проектшй обу-мовлено гщродинам1кою роботи генератора-ректиф1катора отрима-на кьчьккна залежшсть для розрахунку гщродинам1чного опору генератора-ректифжаторазасвщчуе про зростання його величини з шдвшценням вщносно1 швидкост1 пари за протитоку у пор1внянш з И абсолютною швидкктю. Наявшсть в реальних умовах експлуатацп суттево1 р1знищ тисьав конденсацп1 генерацп доводить пронедощльшсть кнуючо! практики проектуван-ня АХУ ильки за величиною ти-ску конденсацп, що в подальшому призводить до невщповщносш у

Результати розрахунюв за рiвняннями (1-4) визначенш кратностi циркуляцii розчинiв а отже i наведенi в табл. 2, а на рис. 1 - залежшсть коефвденту холодопродуктивност установки в щлому.

ю

Лiтература

1. Бадылькес И.С. Абсорбционные холодильные машины / И.С. Бадылькес, Р.Л. Данилов. - М.: Пищевая промышленность, 1966.

- 356 с.

2. Бабиченко А. К. Исследование энергетической эффективности абсорбционно-холодильных установок крупнотоннажных агре-

гатов синтеза аммиака / А.К. Бабиченко, В.И. Тошинский, Ю.А. Бабиченко // Вюник НТУ «ХП1». Збфник наукових праць. Тематичний випуск «Х1м1я 1 х1м1чна технолопя». - Харгав: НТУ «ХП1». - 2007. - № 32. - С. 66-73.

3. Розенфельд Л.М. Примеры и расчеты холодильных машин и аппаратов / Л.М. Розенфельд, А.Г. Ткачев, Е.С. Гуревич. - М.:

Госторгиздат, 1960. - 238 с.

4. Рамм В. М. Абсорбция газов. - М.: Химия, 1976. - 656 с.