ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………..... 5
Глава 1 Литературный обзор конструкций распределительных устройств и
перераспределителей жидкости в экстракционных колоннах. Анализ методов
оценки равномерности распределения потоков…………………………………. 11
1.1 Распределители сплошной и дисперсной фаз……………………...…... 13
1.2 Перераспределители жидкости………………………………………..... 17
1.3 Основные рекомендации по проектированию распределителей
сплошной и дисперсной фаз, перераспределителей жидкости……….. 20
1.4 Обзор методов оценки эффективности распределения потоков в
аппаратах колонного типа………………………………….……………. 27
Выводы по главе 1…………………………………………………………………. 30
Глава 2 Объекты и методы исследований………………………………………... 32
2.1 Объекты исследований………………………………………………...... 32
2.2 Методы исследований…………………………………………………… 33
2.2.1 Исследование свойств систем «жидкость-жидкость» и
«жидкость-жидкость-твердое тело»…………………………………..... 33
2.2.2 Проведение экспериментальных исследований на стенде для
изучения истечения дисперсной фазы………………………………….. 40
2.2.3 Расчетное оборудование и программное обеспечение………………… 45
2.2.4 Методика разработки модели истечения дисперсной фазы с
применением метода VOF в программном пакете ANSYS FLUENT…. 46
2.2.4.1 Создание геометрии расчетной области и построение сетки………….. 48
2.2.4.2 Алгоритм проведения расчетов в ANSYS FLUENT…………………… 50
2.2.5 CFD-анализ конструкций перераспределителей жидкости методом
вычислительной гидродинамики в ANSYS CFX………………………. 54
2.2.5.1 Разработка геометрии и построение расчетной сетки…………………. 56
2.2.5.2 Порядок выполнения расчетов в модуле ANSYS CFX………………… 57
2.2.6 Разработка методов оценки равномерности распределения фаз в
насадочных экстракторах средствами CFD-систем……………………. 59
Выводы по главе 2…………………………………………………………………. 67
Глава 3 Исследование конструктивного оформления распределителей
дисперсной фазы…………………………………………………………………... 68
3.1 Разработка математической модели истечения дисперсной фазы…… 68
3.1.1 Исследование истечения дисперсной фазы на экспериментальном
стенде……………………………………………………………………... 68
3.1.2 Формирование расчетной модели истечения дисперсной фазы……… 72
3
3.1.3 Оценка адекватности полученной расчетной модели методами
статистической обработки………………………………………………. 80
3.1.3.1 Оценка воспроизводимости результатов эксперимента………………. 80
3.1.3.2 Оценка адекватности расчетной модели по критерию Фишера………. 83
3.1.4 Граничные условия применимости CFD-модели……………………… 84
3.2 Исследование процессов истечения дисперсной фазы в трубчатых
распределителях………………………………………………………..... 85
3.2.1 Алгоритм оценки эффективности распределения дисперсной фазы
при выходе из отверстий распределительных устройств……………… 85
3.2.2 Анализ факторов, влияющих на эффективность распределения
дисперсной фазы…………………………………………………………. 90
3.3 Совершенствование конструкции трубчатого распределителя с
целью увеличения эффективности распределения в области низких
нагрузок по дисперсной фазе и расширения диапазона эффективной
работы…………………………………………………………………….. 108
3.3.1 Сравнительный анализ эффективности распределения дисперсной
фазы в трубчатых распределителях с боковыми трубками типовой и
предлагаемой конструкции……………………………………………… 112
3.4 Исследование влияния соотношения диаметра боковых трубок и
отверстий на эффективность распределения дисперсной фазы………. 116
3.5 Исследование диапазона эффективной работы распределителей
дисперсной фазы с трубками типовой и предлагаемой
конструкции……………………………………………………………… 122
Выводы по главе 3…………………………………………………………………. 126
Глава 4 Анализ и совершенствование конструктивного оформления
перераспределителей жидкости………………………………………….............. 128
4.1 Разработка расчетной модели движения потоков в
перераспределителях жидкости………………………………………… 128
4.1.1 Исследование процессов истечения жидкой фазы в
перераспределительных тарелках на системах «вода-воздух» и «водабензин»…………………………………………………………………… 129
4.1.2 Граничные условия применимости разработанной CFD-модели……. 134
4.2 Адаптация расчетной модели к процессам перераспределения фаз в
экстракционной колонне демеркаптанизации СУГ……………………. 135
4.3 Анализ конструктивного оформления перераспределительных
тарелок в экстракционных колоннах……………………..…………….. 137
4.3.1 Исследование влияния количества отверстий и взаимного
расположения патрубков и отверстий………………………………….. 137
4
4.3.2 Исследование влияния наличия шляпки над патрубком на
равномерность распределения фаз……………………………………… 140
4.3.3 Исследование влияния диаметра и высоты поднятия шляпки на
эффективность распределения фаз……………………………………... 143
4.3.4 Исследование влияния расстояния между соседними патрубками на
эффективность распределения фаз……………………………………... 150
4.4 Оптимизация конструкции перераспределительных тарелок с
применением методов регрессионного анализа……………………….. 155
4.5 Совершенствование конструктивного оформления
перераспределителей жидкости в насадочных экстракторах,
функционирующих в условиях высокого соотношении расходов
сплошная фаза / дисперсная фаза……………………………………….. 160
4.5.1 Сравнительный анализ конструкции предлагаемого
перераспределителя жидкости и конструкций
перераспределительных тарелок………………………………………... 165
Выводы по главе 4…………………………………………………………………. 170
ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………………… 172
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………………..…………………………………….. 175
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Результаты расчетов показателей распределения...………. 195
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Результаты расчетов процесса истечения дисперсной фазы
из отверстий...………….………………………………………………………….. 202
ПРИЛОЖЕНИЕ В…………………………………………………………………. 203
ПРИЛОЖЕНИЕ Г…………………………………………………………………. 204
