Разработка лабораторного стенда и исследование структуры потоков в барботажной колонне

Павел Васильев

Разработка лабораторного стенда и исследование структуры потоков в барботажной колонне

Большую долю среди различных технологических процессов, включая химические реакции, занимают процессы, протекающие в гетерогенных системах «газ - жидкость». Они находят широкое применение в химической, нефтехимической и пищевой отраслях промышленности, а также в биотехнологии. Для проведения данных процессов используется различное технологическое оборудование. К одному из самых распространенных видов оборудования для проведения технологических процессов в системах «газ - жидкость» относится группа газлифтных и барботажных аппаратов. Актуальность использования данных аппаратов в промышленности обусловлена наличием у них множества достоинств, перспектив развития и широких возможностей их модернизации. В настоящее время состояние инженерных разработок в области конструирования газлифтных и барботажных аппаратов характеризуется значительным разнообразием. При этом процесс разработки новых конструкций и модификации устаревшего оборудования не останавливается, а только нарастает. Это свидетельствует о том, что настоящая тема в достаточной степени наукоемка и актуальна для дальнейшего развития промышленности. Целью настоящей выпускной квалификационной работы является выявление перспективной конструкции из группы газлифтных и барботажных аппаратов и экспериментальное изучение параметров ее работы в барботажном режиме.

Химическая технология. Химическая промышленность

Дипломы

Вуз: Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева (НГТУ им. Р.Е. Алексеева)

ID: 60da407ce4dde5000191e297

UUID: 98f7b360-ba86-0139-36ac-0242ac180005

Язык: Русский

Опубликовано: почти 3 года назад

Просмотры: 66

11.42

Павел Васильев

Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева (НГТУ им. Р.Е. Алексеева)

Комментировать 0

Рецензировать 0

Скачать - 4,1 МБ

Поделиться работой

МИНОБРНАУКИ РОССИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Р.Е. АЛЕКСЕЕВА» (НГТУ) ДЗЕРЖИНСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ Факультет Инженерно-технологический Направление подготовки (специальность) 15.04.02 (код и наименование) Технологические машины и оборудование Направленность (профиль) образовательной программы Технологическое оборудование химических и нефтехимических производств (наименование) Кафедра Технологическое оборудование и транспортные системы ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА магистра а (бакалавра, магистра, специалиста) Студента Васильева Павла Дмитриевича группы М19-ТМО (Ф.И.О.) на тему Разработка лабораторного стенда и исследование структуры потоков в барботажной колонне (наименование темы работы) СТУДЕНТ: _________ Васильев П.Д. (подпись) (фамилия, и., о.) _________________________ (дата) КОНСУЛЬТАНТЫ: 1. По экономике и организации исследований ____________ Орлов А.В. (подпись) (фамилия, и., о.) _________________________ (дата) РУКОВОДИТЕЛЬ: __________ Сидягин А.А. (подпись) (фамилия, и., о.) _________________________ 2. По безопасности и экологичности проекта ____________ Рябова Т.А. (подпись) _________________________ (дата) (дата) РЕЦЕНЗЕНТ: ____________ ____________ (подпись) (фамилия, и., о.) (фамилия, и., о.) _______________ (дата) 3. По __________________________ ____________ _________________ (подпись) (фамилия, и., о.) _________________________ (дата) ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ Диков В.А. __________________ (подпись) ВКР защищена ___________________ (дата) _______________________ протокол № _____________________ (дата) с оценкой _______________________

МИНОБРНАУКИ РОССИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Р.Е. АЛЕКСЕЕВА» (НГТУ) ДЗЕРЖИНСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ Кафедра Технологическое оборудование и транспортные системы УТВЕРЖДАЮ Зав. кафедрой ___________ В.А. Диков «___» __________ 20___ г. ЗАДАНИЕ на выполнение выпускной квалификационной работы по направлению подготовки (специальности) 15.04.02 (код и наименование) Технологические машины и оборудование студенту Васильеву Павлу Дмитриевичу группы М19ТМО (Ф.И.О.) 1. Тема ВКР Разработка лабораторного стенда и исследование структуры потоков в барботажной колонне (утверждена приказом по вузу от 09.04.2021 № 67/5) 2. Срок сдачи студентом законченной работы 26.06.2021 г. 3. Исходные данные к работе объемный расход воздуха V = 1∙10-3 м3/с; массовый расход воды L = 0,25 кг/с; требуемая степень насыщения воды кислородом χ = 50%; начальная концентрация растворенного кислорода в воде (отн. об. масс. доля) Сн = 1,5 мг/л; начальная концентрация кислорода в воздухе (мол. доля) yн = 0,21 кмоль/кмоль; давление в колонне: атмосферное (P = 760 мм рт. ст.); начальная температура газожидкостной смеси t1 = 15°С; требуемая температура газожидкостной смеси в колонне t2 = 30°С. 4. Содержание расчетно-пояснительной записки (перечень вопросов, подлежащих разработке): Аннотация; Содержание; Введение; 1 Характеристика вопроса по литературным и производственным данным. Обоснование актуальности исследования. Описание объекта исследования; 2 Исследовательская часть. Общие требования к безопасности проведения исследований; 3 Проектно-конструкторская часть; 4 Организационно-экономическая часть; Заключение; Список литературных источников; Приложения 5. Перечень графического материала (с точным указанием обязательных чертежей): 1. Технологическая схема лабораторной установки, А2. 2. Сборочный чертеж лабораторной колонны, А1, 3 листа. 3. Сборочный чертеж тепломассообменного блока, А2. 4. Сборочный чертеж большого теплообменного модуля, А2. 5. Сборочный чертеж малого теплообменного модуля, А2. 6. Чертеж гофрированной насадки, А2. 7. Организационно-экономические показатели проекта, А1. 8. Результаты исследований, А1, 3 листа.

6. Консультанты по ВКР (с указанием относящихся к ним разделов) по разделу «Организационно-экономическая часть» – Орлов А.В. по разделу «Общие требования к безопасности проведения исследований» – Рябова Т.А. Нормоконтроль Балахнин И.А. 7. Дата выдачи задания 24.05.2021 г. Руководитель Сидягин А.А. / ___________________ / (подпись) Задание принял к исполнению 24.05.2021 г. (дата) Студент Васильев П.Д. / ___________________ / (подпись) Примечания: 1. Это задание прилагается к законченной работе и в составе пояснительной записки предоставляется в ГЭК. 2. До начала консультаций студент должен составить и утвердить у руководителя календарный график работы на весь период выполнения ВКР (с указанием сроков выполнения и трудоемкости отдельных этапов).

МИНОБРНАУКИ РОССИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Р.Е. АЛЕКСЕЕВА» (НГТУ) ДЗЕРЖИНСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ АННОТАЦИЯ к выпускной квалификационной работе по программе магистратуры 15.04.02 «Технологические машины и оборудование» (код и наименование) студента Васильева Павла Дмитриевича группы М19-ТМО (Ф.И.О.) по теме «Разработка лабораторного стенда и исследование структуры потоков в барботажной колонне» Выпускная квалификационная работа выполнена на 128 страницах, содержит 32 рисунка, 17 таблиц, библиографический список из 57 источников, 9 приложений. Актуальность: разработка и исследование новых конструкций газлифтных и барботажных аппаратов является в достаточной степени наукоемкой и актуальной задачей для дальнейшего развития промышленности. Объект исследования: гидродинамическая структура потоков при восходящем движении газожидкостной смеси. Предмет исследования: барботажная колонна с контактными тепломассообменными устройствами. Цель исследования: выявление перспективной конструкции из группы газлифтных и барботажных аппаратов и экспериментальное изучение параметров ее работы в барботажном режиме. Задачи исследования: обзор и сравнение конструкций газлифтных и барботажных аппаратов, выбор конструкции для проведения научных исследований, разработка лабораторного стенда и экспериментальное изучение параметров работы выбранной конструкции в барботажном режиме. Методы исследования: теоретический, экспериментальный. Структура работы: Содержание, Введение; 1 Характеристика вопроса по литературным и производственным данным. Обоснование актуальности исследования. Описание объекта исследования; 2 Исследовательская часть. Общие требования к безопасности проведения исследований; 3 Проектно-конструкторская часть; 4 Организационно-экономическая часть; Заключение; Список литературных источников; Приложения. Во введении: приводится краткая характеристика изучаемого вопроса, указываются примеры использования газлифтных и барботажных аппаратов в промышленности,

производится предварительная оценка современного состояния инженерных разработок в области конструирования барботажного оборудования; обосновывается актуальность работы, формулируются цель и задачи, решаемые в работе. В разделе «Характеристика вопроса по литературным и производственным данным. Обоснование актуальности исследования. Описание объекта исследования»: приводится литературный обзор и сравнение конструкций газлифтных и барботажных аппаратов, осуществляется выбор объекта исследования и приводится его описание, дается техникоэкономическое обоснование исследования. В разделе «Исследовательская часть. Общие требования к безопасности проведения исследований»: определяются ключевые направления и методы научных исследований, описывается лабораторный стенд, методика проведения эксперимента и обработки экспериментальных данных, приводятся результаты проведенных исследований, формулируются основные выводы и выявляются перспективные направления для будущих исследований, описываются мероприятия для обеспечения оптимальных условий труда и безопасности при проведении научных исследований. В разделе «Проектно-конструкторская часть»: приводится расчет и конструирование лабораторной барботажной колонны с контактными тепломассообменными устройствами, осуществляется подбор насосно-компрессорного и вспомогательного оборудования. В разделе «Организационно-экономическая часть»: составляется сетевой график работ, связанных с проектированием, монтажом и проведением исследований на лабораторном стенде, приводится расчет вероятности свершения конечного события в поставленные сроки, а также расчет затрат на реализацию проекта. В заключении излагаются основные результаты работы, теоретические и практические выводы, полученные в результате проведенного исследования. Выводы: 1. Выявлена перспективная конструкция для проведения технологических процессов в системах «газ – жидкость». 2. Разработана технологическая схема лабораторного стенда, рассчитаны основные геометрические размеры барботажной колонны, сконструировано контактное тепломассообменное устройство, подобрано насосно-компрессорное и вспомогательное оборудование. 3. Получены кривые отклика пустотелой барботажной колонны и ее модификации с одним блоком контактного устройства на импульсные возмущения, а также определены численные показатели, отражающие структуру потоков. 4. Представлены зависимости среднего времени пребывания частиц и безразмерные дисперсии их пребывания от расходного газосодержания при постоянной фиктивной скорости жидкости в барботажной колонне.

5. Описаны результаты видеосъемки движения газожидкостной смеси в барботажной колонне во время проведения экспериментов, а также получена схема с общим видом структуры потоков в колонне с контактным устройством. 6. Намечены перспективные направления будущих исследований. 7. Разработаны мероприятия для обеспечения оптимальных условий труда и безопасности при проведении научных исследований. 8. Составлен сетевой график работ и произведен расчет затрат на реализацию проекта. Рекомендации: 1. Разработанный лабораторный стенд рекомендуется для изучения гидродинамических, тепло- и массообменных параметров работы контактного тепломассообменного устройства в затопленном режиме. 2. Дальнейшие исследования работы контактного тепломассообменного устройства рекомендуется в первую очередь проводить в направлениях, которые были выявлены в исследовательской части настоящей работы. 3. Разработанная методика проведения эксперимента и обработки экспериментальных данных рекомендуется для исследования структуры потоков в барботажной колонне. 4. Рекомендуется использование полученных результатов исследования для последующего сравнения структур потоков в барботажной колонне с различными модификациями контактных тепломассообменных устройств. / Васильев П.Д. подпись студента /расшифровка подписи « 21 » июня 2021 г.

СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ .......................................................................................................... 3 1 ХАРАКТЕРИСТИКА ВОПРОСА ПО ЛИТЕРАТУРНЫМ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫМ ДАННЫМ. ОБОСНОВАНИЕ АКТУАЛЬНОСТИ ИССЛЕДОВАНИЯ. ОПИСАНИЕ ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ ................... 5 1.1 Обзор конструкций газлифтных и барботажных аппаратов .................... 5 1.2 Сравнение конструкций газлифтных и барботажных аппаратов .......... 15 1.3 Описание объекта исследования ............................................................. 19 1.4 Технико-экономическое обоснование исследования ............................. 22 2 ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К БЕЗОПАСНОСТИ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ.................................. 23 2.1 Теоретическая часть ................................................................................. 23 2.2 Экспериментальная часть ........................................................................ 26 2.3 Результаты экспериментов....................................................................... 32 2.4 Выводы по исследовательской части ...................................................... 38 2.5 Общие требования к безопасности проведения исследований.............. 41 3 ПРОЕКТНО-КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ................................................ 50 3.1 Технологический расчет лабораторной колонны ................................... 50 3.2 Прочностной расчет лабораторной колонны .......................................... 66 3.3 Подбор насосно-компрессорного и вспомогательного оборудования .. 72 4 ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ................................... 78 4.1 Организационная часть ............................................................................ 78 4.2 Экономическая часть................................................................................ 83 ЗАКЛЮЧЕНИЕ .................................................................................................. 90 СПИСОК ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ................................................. 93 ПРИЛОЖЕНИЕ А. Опись чертежей ................................................................. 98 ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист Выполнил Провер. Н. Контр. Утверд. № докум. Васильев П.Д. Сидягин А.А. Балахнин И.А. Диков В.А. Подпись Дата Разработка лабораторного стенда и исследование структуры потоков в барботажной колонне Лит. Лист Листов 1 128 М19ТМО ДПИ НГТУ

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Колонна лабораторная. Спецификация ............................ 99 ПРИЛОЖЕНИЕ В. Блок тепломассообменный. Спецификация................... 101 ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Большой теплообменный модуль. Спецификация......... 102 ПРИЛОЖЕНИЕ Д. Малый теплообменный модуль. Спецификация ........... 103 ПРИЛОЖЕНИЕ Е. Кривые отклика пустотелой колонны ............................ 104 ПРИЛОЖЕНИЕ Ж. Кривые отклика колонны с контактным устройством . 105 ПРИЛОЖЕНИЕ И. Кадры экспериментов ..................................................... 106 ПРИЛОЖЕНИЕ К. Отчет из программы ПАССАТ.........................................108 Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 2

ВВЕДЕНИЕ Большую долю среди различных технологических процессов, включая химические реакции, занимают процессы, протекающие в гетерогенных системах «газ - жидкость». Они находят широкое применение в химической, нефтехимической и пищевой отраслях промышленности, а также в биотехнологии. Для проведения данных процессов используется различное технологическое оборудование. К одному из самых распространенных видов оборудования для проведения технологических процессов в системах «газ жидкость» относится группа газлифтных и барботажных аппаратов (ГБА), о которой пойдет речь в настоящей работе. Актуальность использования ГБА в промышленности обусловлена наличием у них множества достоинств, перспектив развития и широких возможностей их модернизации. Рассматриваемая группа оборудования характеризуется эксплуатационной надежностью, возможностью переработки больших объемов реагентов, а также высокими показателями тепло- и массопереноса. В барботажных аппаратах возможно значительное увеличение поверхности контакта фаз за счет осуществления более тонкого диспергирования газа в жидкости. Также следует отметить, что оборудование, работающее в затопленном режиме, имеет большие перспективы по оптимизации процессов тепло- и массообмена за счет внедрения в него новых конструктивных особенностей. ГБА характеризуются широким спектром применения в различных отраслях промышленности. Например, они могут использоваться в системах синтеза жидкого топлива [1], в технологии комплексной переработки нефтешламов и кислых гудронов [2]. Рассматриваемая группа аппаратов нашла широкое применение в процессах дистилляции и ректификации при переработке нефти и ее очистки от вредных газов десорбцией [3]. Барботажные аппараты применяются для процессов выделения из газов вредных веществ или нежелательных примесей, например, при очистке газовых потоков от сероводорода [4]. Данное оборудование также используется в биотехнологии при проведении процессов синтеза, переработки и утилизации различных веществ [5, 6, 7]. Применение барботажных аппаратов в микробиологической и фармацевтической промышленности при выращивании суспензионных культур различных клеток описано в литературе [8, 9]. В настоящее время состояние инженерных разработок в области конструирования ГБА характеризуется значительным разнообразием. При этом процесс разработки новых конструкций и модификации устаревшего оборудования не останавливается, а только нарастает. Это свидетельствует о том, что настоящая тема в достаточной степени наукоемка и актуальна для дальнейшего развития промышленности. Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 3

Целью настоящей выпускной квалификационной работы является выявление перспективной конструкции из группы газлифтных и барботажных аппаратов и экспериментальное изучение параметров ее работы в барботажном режиме. В работе решаются следующие задачи: - обзор и сравнение конструкций газлифтных и барботажных аппаратов с целью выявления оборудования, которое в перспективе сможет повысить эффективность протекания технологических процессов в системах «газ – жидкость»; - выбор конструкции для проведения исследований, выбор и обоснование ключевых направлений и методов научных исследований; - разработка технологической схемы лабораторного стенда, расчет и конструирование лабораторного аппарата, подбор насосно-компрессорного и вспомогательного оборудования; - монтаж лабораторного стенда, разработка методики проведения эксперимента и обработки экспериментальных данных; - проведение экспериментов, обработка экспериментальных данных, получение результатов исследования, анализ результатов, привязка к промышленной практике и выявление направлений будущих исследований; Дополнительно в работе решаются вопросы по разработке перечня мероприятий для обеспечения оптимальных условий труда и безопасности при работе на лабораторной установке, а также рассчитываются необходимые организационно-экономические показатели проводимых научных исследований. Выпускная квалификационная работа включает в себя четыре раздела, заключение, список литературных источников и 9 приложений. Работа выполнена на 128 листах формата А4, содержит 32 рисунка, 17 таблиц и 57 библиографических ссылок. Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 4

1 ХАРАКТЕРИСТИКА ВОПРОСА ПО ЛИТЕРАТУРНЫМ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫМ ДАННЫМ. ОБОСНОВАНИЕ АКТУАЛЬНОСТИ ИССЛЕДОВАНИЯ. ОПИСАНИЕ ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ 1.1 Обзор конструкций газлифтных и барботажных аппаратов На первом этапе настоящей работы необходимо выбрать объект и предмет исследования, но ввиду большого конструктивного разнообразия газлифтных и барботажных аппаратов (ГБА) этот выбор должен быть грамотно обоснован. Следовательно целью данного раздела является являться обзор конструкций ГБА с выявлением оборудования, которое в перспективе сможет повысить эффективность протекания технологических процессов в системах «газ – жидкость». В первую очередь произведем обзор самых распространенных конструкций газлифтных и барботажных аппаратов, которые активно используются в промышленности. Схожие конструкции с идентичными принципами работы и аналогичными особенностями будем объединять в небольшие группы. Первыми выделим полые ГБА, показанные на рисунке 1.1.1 [10, 11]. Рисунок 1.1.1 - Полые газлифтные и барботажные аппараты: а – барботажный аппарат; б – газлифтный аппарат; 1 – корпус; 2 – перегородки; 3 – барботер; 4 – барботажная труба В полых газлифтных и барботажных аппаратах отсутствуют какиелибо внутренние устройства. Единственное, что присутствует в данных конструкциях, это барботер и горизонтальные перегородки, которые Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 5

устанавливаются в корпусе (рисунок 1.1.1, а) или в барботажной трубе (рисунок 1.1.1, б). Полые ГБА нашли широкое применение, поскольку простота конструкции позволяет спроектировать их на большие объемы, допускает установку антикоррозионной футеровки и гарантирует высокую надежность в эксплуатации. Из недостатков барботажного аппарата следует отметить сравнительно малую интенсивность массопереноса, ограничение скорости газа (до 0,1 м/с), приведенной к его поперечному сечению, и отсутствие циркуляции жидкости. Газлифтные аппараты работают интенсивнее и позволяют организовать циркуляцию потока за счет разности плотностей между восходящей газожидкостной смесью в барботажной трубе 2 и нисходящим жидкостным потоком в кольцевом сечении между трубой 2 и корпусом 1 аппарата. Максимальная приведенная скорость газа в циркуляционном контуре составляет 2 м/с, а скорость циркулирующей жидкости – 1-2 м/с. Недостатком газлифтного аппарата является то, что его рабочая зона уменьшается по сравнению с аппаратом барботажного типа, поскольку фазы контактируют только в барботажной трубе 2. В качестве следующей отдельной группы ГБА выделяем конструкции с внутренними перемешивающими устройствами [10]. Типовые представители данной группы представлены на рисунке 1.1.2. Рисунок 1.1.2 - Барботажные аппараты с мешалками: а – в свободном объеме; б – в циркуляционном контуре; 1 – корпус; 2 – привод; 3 – мешалка; 4 – барботер; 5 – рубашка; 6 – барботажная труба Установка мешалки в представленных конструкциях осуществляется на уровне барботера (или над ним). Газ, попадая в аппарат, сразу перемешивается и разбивается на маленькие пузыри. Так, достигается наиболее тонкое диспергирование газовой фазы и, следовательно, Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 6

повышение поверхности контакта фаз. Кроме того, при работе перемешивающих устройств значительно интенсифицируются процессы тепломассопереноса. Принципиально газожидкостные аппараты с перемешивающими устройствами разделяют на два вида: в свободном объеме, в циркуляционном контуре. Первый тип имеет общие сходства с полым барботажным аппаратом, а второй – с газлифтным. Барботажные аппараты с мешалкой в свободном объеме целесообразно применять при малой производительности быстрорастворимых газов, поскольку их скорость в свободном сечении не должна превышать 0,05 м/с. Для реакций с большим временем пребывания реагентов в аппарате, а также для процессов, в которых могут образовываться взрывоопасные газовые смеси целесообразнее применять реакторы с мешалкой в циркуляционном контуре [10]. Пропускная способность такого аппарата, также как и реактора с мешалкой в свободном объеме, ограничена скоростью газа, которая не должна превышать 0,02 м/с для обеспечения стабильного проведения процесса. Самым эффективным видом оборудования, среди конструкций ГБА с перемешивающими устройствами, являются аппараты с многоярусными мешалками. Они являются высокоинтенсивными аппаратами, которые позволяют увеличить поверхность контакта фаз за счет тонкого диспергирования газа (с использованием закрытых турбинных мешалок диспергаторов) и выровнять локальное газосодержание по высоте аппарата за счет подбора оптимального количества ярусов. При этом гидродинамическая обстановка внутри аппарата сопровождается интенсивным перемешиванием и турбулизацией газожидкостного потока по всей высоте данного аппарата. Недостатками аппаратов с мешалками можно считать значительные дополнительные энергозатраты и усложнение конструкции. Кроме того, покупка, установка и эксплуатация перемешивающего устройства и его привода приведет к дополнительным расходам на проведение процесса. Обычно подвод или отвод теплоты во всех вышеперечисленных аппаратах осуществляется через теплообменную рубашку. Однако при проведении весьма экзо- или эндотермических процессов данной поверхности теплообмена может оказаться недостаточно, что несколько ограничивает применение вышеперечисленных аппаратов. Данная проблема решается путем установки в вышеперечисленные конструкции ГБА вертикальных или змеевиковых теплообменных труб. Обычно, в оборудовании барботажного типа теплообменные трубы устанавливаются в виде вертикальных пучков непосредственно в рабочем объеме аппарата. В оборудовании газлифтного типа трубчатка или змеевик располагаются вокруг барботажной трубы. Для дополнительного увеличения поверхности тепллообмена в данных аппаратах допускается установка теплообменной рубашки. Благодаря данным усовершенствованиям значительно увеличивается удельная поверхность теплообмена, приведенная к 1м3 газожидкостной смеси, поэтому в данных аппаратах открывается возможность проведения Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 7

процессов с повышенной тепловой нагрузкой. Однако, наличие внутри реактора труб существенно уменьшает используемый для процесса рабочий объем аппарата, а также нарушает гидродинамическую обстановку в реакторе, что может способствовать появлению локальных застойных зон. В промышленности существует множество технологических процессов, в том числе и химических реакций, протекающих со значительным тепловым эффектом (более 500 кДж/моль). В связи с этим теплообменная поверхность рассматриваемых аппаратов с теплообменными трубами не будет в полной мере покрывать потребность в подводе или отводе достаточного количества тепла. Для проведение таких теплонапряженных процессов применяют кожухотрубные газлифтные аппараты, конструкция которых отражена на рисунке 1.1.3. Рисунок 1.1.3 - Кожухотрубный газлифтный аппарат: 1 – корпус; 2 – трубная решетка; 3 – отверстия; 4 – барботажные трубы Аппарат выполняется в виде теплообменника с увеличенной сепарационной зоной, где происходит отделение газа от жидкости. В решетках закреплены барботажные трубы. Нижние концы труб выведены под трубную решетку. В стенках выступающих концов труб просверлены отверстия, расположенные на одном уровне. Диаметр и количество отверстий в одной трубе выбираются исходя из условий работы газораспределителя. Жидкость вводится в аппарат и заполняет трубное пространство. При подаче в аппарат газа под нижней трубной решеткой образуется газовый слой, отжимающий жидкость вниз до тех пор, пока не откроются отверстия газораспределителя и газ не устремится через них в барботажные трубы. Межтрубное пространство аппарата используется для подачи в него теплоносителя. Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 8

Такие аппараты выгодно применять для быстрых реакций с большим тепловым эффектом, где не требуется длительное время пребывания реагентов в реакционной зоне. Если возникнет необходимость в проведении реакции с длительным временем пребывания реагентов, то применяют исполнение кожухотрубчатого газлифтного аппарата с наличием отдельных циркуляционных труб. Циркуляция жидкости осуществляется по такому же принципу, как и в газлифтном реакторе, представленном на рисунке 1.1.1, б. Главным недостатком аппаратов данной группы является то, что они имеют малый объем реакционной зоны, которая локализована внутри барботажных труб, и довольно большую металлоемкость. Далее рассмотрим современные запатентованные конструкции ГБА, которые могут найти широкое применение в различных отраслях промышленности. Так, исследователи [12] проводили опыты по оптимизации процесса жидкофазного каталитического окисления параксилола с получением терефталевой кислоты. В данной работе представлено несколько конструктивных исполнений аппарата для проведения рассматриваемого процесса. Их отличия между собой заключаются в исполнении отвода деаэрерированного шлама и методе распределения газовой фазы по поперечному сечению аппарата. В качестве примера рассмотрим аппарат, представленный на рисунке 1.1.4. Жидкая фаза вводится в реактор через патрубок 3 и заполняет аппарат до определенного уровня. Подача газа осуществляется с помощью кольцевого барботера 2 и системы распределения исходных материалов 4, которая представляет собой сеть вертикальных патрубков с отверстиями. Данные патрубки расположены по периферии ближе к корпусу аппарата. Рисунок 1.1.4 - Барботажный аппарат для жидкофазного окисления: 1 – корпус; 2 – газораспределитель; 3 – патрубок подачи жидкости; 4 – система распределения исходных материалов Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 9

Благодаря представленной системе наблюдается интенсивное и равномерное диспергирование газа в слое жидкости, что значительно повышает качество проведения процесса. Также с использованием данного распределителя газовой фазы наблюдается повышение поверхности контакта фаз за счет уменьшения диаметра образующихся газовых пузырей. Стоит отметить, что данная конструкция отличается своей простотой, наличием большой рабочей зоны, отсутствием застойных зон и равномерным распределением полей скоростей по сечению аппарата. Также следует отметить, что исследователи [12] вели работу над оптимизацией жидкофазного окисления с участием твердой фазы, поэтому в данной конструкции легко осуществляется возможность удаления жидкости с различными осадками. В этом случае в аппарат внедряются камеры деаэрации шлама. У рассматриваемой конструкции есть существенные недостатки: теплообмен может быть организован только за счет рубашки, поверхность которой при определенных условиях является недостаточной; интенсивность массопереноса невысока и находится на уровне полых барботажных аппаратов; имеются ограничения по фиктивной скорости газа (до 0,1 м/с). Рассмотренная выше конструкция со встроенной системой распределения реагентов по своей сути является модернизацией полой барботажной колонны. В настоящее время существует множество модернизаций и газлифтного аппарата. В основном улучшения направлены на оптимизацию гидродинамических условий циркуляции жидкой фазы. Например, на рисунке 1.1.5 изображен реактор прямого хлорирования этилена [13], который потенциально может использоваться и для других технологических процессов системах «газ - жидкость». Данный реактор, в отличие от полого газлифтного аппарата (см. рисунок 1.1.1, б), имеет вместо барботажной трубы, циркуляционную 3. Ввод газовой фазы осуществляется через газораспределители 2 в рабочее пространство кольцевого сечения, образованного между циркуляционной трубой 3 и корпусом 1. Для уменьшения влияния продольного перемешивания и более равномерного распределения газа по сечению аппарата, в нем установлены секционирующие решетки 4. К корпусу 1 привариваются вертикальные пластины 5, которые образуют дополнительные каналы для циркуляции жидкости. Верхняя часть циркуляционной трубы перфорирована. Перфорация выполнена в виде прямоугольных окон 6, расположенных по окружности у оснований верхних секционирующих решеток. В верхней части аппарата жидкость поступает в окна 6 и равномерно распределяется по циркуляционным каналам и центральной трубе 3. Авторы [13] отмечают, что данная конструкция позволит повысить технологичность процесса за счет обеспечения максимально равной циркуляции жидкости со всей площади секционирующих решеток реактора. Недостатки рассматриваемого аппарата аналогичны недостаткам полого газлифтного аппарата. В основном они основываются на ограничении Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 10

теплообменной поверхности рубашки. Аналогичный недостаток имеют и аппараты с погружными барботерами [14, 15], представленные на рисунке 1.1.6. Рисунок 1.1.5 - Реактор прямого хлорирования этилена: 1 – корпус; 2 – газораспределители; 3 – циркуляционная труба; 4 – секционирующие решетки; 5 – вертикальные пластины; 6 – прямоугольные отверстия Рисунок 1.1.6 - Аппараты с погружными барботерами: 1 – корпус; 2 – газовый коллектор; 3 – трубы для диспергирования газа; 4 – насадки для диспергирования газа Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 11

Аппараты, представленные на рисунке 1.1.6, состоят из корпуса, внутрь которого погружаются барботеры в виде труб 3 или специальных насадок в форме усеченного конуса 4. Газовая фаза вводится в аппарат через верхний патрубок в общий газовый коллектор, после которого она равномерно распределяется по трубкам или насадкам. Отработанный газ удаляется через боковой штуцер аппарата, а жидкая – через нижний штуцер. Одной из отличительных особенностей данных конструкций, является то, что уровень погружения барботера может регулироваться по высоте [14]. Это повышает общую технологическую гибкость оборудования, поскольку в данном случае можно осуществить регулировку времени контакта жидкой и газовой фаз, а также, если будет необходимо, обработать достаточно малое количество жидкости. Также, согласно описанию авторов [14, 15], рассматриваемые конструкции могут легко применяться для работы с трехфазными потоками, поскольку в них легко осуществляется отделение твердых включений и различных осадков. Тем не менее, они могут эффективно использоваться только в малотоннажных производствах при частой смене нагрузок по жидкости и газу. Далее рассмотрим конструкцию пленочно-барботажного аппарата для культивирования автотрофных микроорганизмов [16], представленную на рисунке 1.1.7. Рисунок 1.1.7 - Аппарат для культивирования автотрофных микроорганизмов: 1 – корпус; 2 – горизонтальные перегородки; 3 – вертикальные трубки; 4 – пленкообразующее устройство; 5 – циркуляционная труба; 6 – проволока; 7 – барботер; 8 – вал; 9 – крыльчатка; 10 – роторный нагнетатель; 11, 12 – подшипники; 13, 14 – корпуса подшипников Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 12

Аппарат состоит из корпуса 1, разделенного горизонтальными перегородками 2 на несколько секций. В данных перегородках вертикально закреплены цилиндрические трубки 3 с пленкообразующими устройствами 4 и циркуляционная труба 5. На внутренней поверхности трубок располагается винтовая спираль из проволоки 6. Полученное межтрубное пространство между горизонтальными перегородками, корпусом и трубками используется для подачи в него теплоносителя. Для диспергирования газа в аппарате используется барботер 7. Внутри патрубка подачи газа на валу 8 располагается крыльчатка 9, вращающаяся вокруг своей оси за счет кинетической энергии газового потока. Таким образом обеспечивается работа нагнетателя 10. Сам вал устанавливается в подшипниках 11 и 12, расположенных в корпусах 13 и 14 соответственно. Аппарат работает следующим образом: газ раскручивает крыльчатку, затем проходит через барботер и диспергируется в нижнем слое жидкости. Роторный нагнетатель захватывает газожидкостной поток в циркуляционную трубу. Таким образом происходит ее движение до верхней части аппарата, где газовая фаза выходит из реактора через штуцер, а жидкая фаза поступает через пленкообразующее устройство в вертикальные трубки. На поверхности пленки происходит контакт между стекающей вниз жидкостью и восходящим потоком газа, прошедшим через барботажный слой в нижней части аппарата. Процессы тепло- и массопереноса в данном аппарате протекают достаточно интенсивно, кроме того, он имеет высокую энергоэффективность, поскольку для работы роторного нагнетателя используется кинетическая энергия газового потока, без подвода других дополнительных источников энергии. Однако, рассматриваемый аппарат имеет довольно сложную конструкцию, а рабочий объем и поверхность контакта фаз в его трубной части имеют меньшие значения по сравнению с другими барботажными аппаратами. Известно, что при проведении неизотермических химических реакций температурный режим аппарата следует поддерживать в области линии оптимальных температур. Данное требование также актуально и в биотехнологии, когда строго необходимо обеспечение жизнедеятельности микроорганизмов. Для проведения подобных процессов хорошо подходят секционированные аппараты, например противоточный секционированный газлифтный реактор [17], представленный на рисунке 1.1.8. Он выполняется в виде колонного аппарата, секционированного на несколько участков, каждый из которых представляет собой кожухотрубчатый теплообменник. В каждой секции имеются барботажные 3 и циркуляционные трубки 4 для восходящей газожидкостной смеси и циркулирующей жидкости. В межтрубное пространство отдельных секций может осуществляться подача теплоносителей с различной температурой. Так, можно устанавливать необходимые температурные поля по высоте данного аппарата и проводить процесс при оптимальных условиях. Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 13

Рисунок 1.1.8 - Противоточный секционированный газлифтный реактор: 1 – корпус; 2 – перфорация; 3 – циркуляционная труба; 4 – барботер; 5 – трубная решетка; 6 – отражательная воронка; 7 – барботажная труба; 8 - патрубок ввода жидкости Общее движение фаз в рассматриваемом аппарате реализуется в противоточном режиме за счет отражательных воронок 2, а также специальной конструкции барботажных 3 и циркуляционных 4 труб. Противоточный секционированный газлифтный реактор обладает высокой эффективностью, в нем предпочтительно проводить реакции с длительным временем пребывания реагентов и большим тепловым эффектом. При этом в данном реакторе реализуются преимущества противотока реагентов и имеется возможность управления профилем температур по высоте за счет подачи в отдельные секции реактора теплоносителей с различной температурой. Однако, данный реактор имеет довольно сложную конструкцию и высокую металлоемкость. Более простую конструкцию имеет барботажный аппарат (см. рисунок 1.1.9) с контактными тепломассообменными устройствами [18], которые устанавливаются в несколько ярусов на опорные решетки 3 и, таким образом, секционируют аппарат по высоте. Тепломассообменный блок представляет собой набор теплообменных модулей 4, соединяющиеся между собой штуцерами, и гофрированную насадку 5, укладываемую в пространства между модулями. Таким образом, движение газожидкостной смеси осуществляется в каналах между модулями, а внутренние пространства модулей служат для подачи в них теплоносителя. Количество теплообменных модулей можно изменять в зависимости от протекающего технологического процесса. Например, оперируя конфигурацией устройства можно увеличить Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 14

(уменьшить) поверхность теплообмена или подобрать определенный объем рабочей зоны аппарата и задать требуемую пропускную способность. Рисунок 1.1.9 - Барботажная колонна с контактными устройствами: 1 – корпус; 2 – барботер; 3 – опорная решетка; 4 – теплообменный модуль; 5 – гофрированная насадка Преимуществами представленной барботажной колонны являются: технологичность гибкость, сравнительная простота конструкции, высокие показатели интенсивности процесса, упрощение монтажных и ремонтных операций за счет блочной конструкции устройства, наличие возможности управления профилем температур по высоте аппарата. 1.2 Сравнение аппаратов конструкций газлифтных и барботажных Произведем сравнительный анализ рассмотренных конструкций ГБА, результаты которого сводятся к поиску такой конструкции, которая сможет наиболее полно удовлетворить основным требованиям, предъявляемым к аппаратам для проведения технологических процессов в системах «газжидкость». Следовательно, выделяем следующие критерии эффективности: 1. Удельная поверхность массообмена FM  Fм , Vр (1.2.1) где Fм – поверхность массообмена, м2; Vр – рабочий (реакционный) объем аппарата, м3. В промышленных аппаратах должно реализовываться тонкое и равномерное распределение газовых пузырей в объеме жидкости, что Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 15

позволяет достичь высокой удельной поверхности массообмена. С увеличением данного показателя уменьшается требуемый объем аппарата и, соответственно, снижается его стоимость. 2. Удельная поверхность теплообмена Fт , Vр FQ  (1.2.2) где Fт – поверхность теплообмена, м2; Vр – рабочий (реакционный) объем аппарата, м3. Для проведения теплонапряженных процессов требуется большее значение FQ. При этом тип и вид теплообменной поверхности должны обеспечивать постоянство значения FQ при увеличении объема аппарата. 3. Интенсивность процесса. В соответствии с данным критерием в аппарате должно обеспечиваться наименьшее время достижения требуемого результата. Таким образом, данный критерий определяется значениями коэффициентов тепло- и массопереноса для того или иного оборудования. 4. Простота конструкции. Этот критерий является базовым требованием к конструированию любого технологического оборудования, в том числе и ГБА. Простота конструкции напрямую влияет на себестоимость изготовления аппарата и время, затрачиваемое на его монтаж и ремонт. В связи с этим простые конструкции обычно чаще пользуются спросом в промышленности. 5. Удельная металлоемкость внутренних устройств M G , V (1.2.3) где G – масса внутренних устройств, кг; V – внутренний объем аппарата, м3. Предпочтительными являются конструкции с низкой удельной металлоемкостью, поскольку потенциально они имеют меньшую стоимость. 6. Доля рабочего (реакционного) объема  Vр V . (1.2.4) Данный критерий определяет производительность реактора и характеризует количество обрабатываемого вещества в единицу времени. В связи с этим, оптимальным является тот случай, когда внутренние устройства аппарата не занимают большие объемы его внутренней полости. 7. Технологическая гибкость. Данный параметр определяет возможность быстрого изменения конструкции аппарата под изменяющийся технологический процесс, что имеет особую важность для производств с циклической сменой выпускаемой продукции. 8. Управление профилем температур. Возможность управления профилем температур в аппарате увеличивает эффективность протекания неизотермических технологических процессов. Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 16

Все выделенные критерии можно разделить на количественные и качественные. В первую очередь проведем сравнение конструкций, рассмотренных в обзорной части работы (см. подраздел 1.1), в соответствии с количественными критериями эффективности. Для этого разделим все эти конструкции на отдельные группы по характерным признакам, приведем их к одному общему внутреннему объему V = 10 м3 (с учетом заполнения на 85%), а затем рассчитаем нужные показатели и представим их в таблице 1.2.1. Расчет удельной поверхности массообмена проводить не будем, ввиду отсутствия полной информации о работе газораспределительных устройств рассматриваемых конструкций ГБА. Таблица 1.2.1 - Сравнение конструкций ГБА по количественным критериям эффективности № п/п 1 2 3 4 5 6 7 Наименование Полые ГБА ГБА с мешалками и ГБА с погружными барботерами ГБА с теплообменными трубами Кожухотрубные ГБА Секционированный газлифтный аппарат Пленочно-барботажный аппарат Барботажный аппарат с контактными устройствами Вид теплообменной поверхности FQ, м2/м3 ε, % M, кг/м3 Рубашка 2,5 – 4 80 – 84 15 – 40 Рубашка 2 – 2,5 75 – 80 до 60 Рубашка и трубы 10 – 25 68 – 75 150 – 350 Трубы до 250 20 – 40 до 550 Трубы до 160 30 – 50 до 500 Трубы до 30 20 – 30 до 300 Модули 5 – 40 65 – 78 100 – 400 Согласно таблице 1.2.1 имеем, что полые ГБА, а также их модификации с мешалками и погружными барботерами обладают наименьшей удельной поверхностью теплообмена. С другой стороны они имеют большую долю рабочего объема и не требуют существенных затрат на изготовление по сравнению с другими конструкциями ГБА, ввиду низкой металлоемкости. На основании этого данные аппараты, кроме ГБА с погружными барботерами, преимущественно применяют в многотоннажных производствах для проведения технологических процессов с небольшим тепловым эффектом. ГБА с погружными барботерами, как указывалось выше, могут эффективно использоваться только в малотоннажных производствах при частой смене нагрузок по жидкости и газу. Более универсальными конструкциями по сравнению с полыми ГБА следует признать ГБА с теплообменными трубами, поскольку они имеют большую удельную поверхность теплообмена. Трубы, расположенные внутри аппарата, занимают до 15% его рабочего объема, но при этом заметно увеличивают металлоемкость конструкции. ГБА с теплообменными трубами Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 17

находят широкое применение в промышленности для проведения технологических процессов с тепловыми эффектами до 200 кДж/моль. Кожухотрубные вариации конструктивного исполнения ГБА обладают наибольшими значениями удельной поверхности теплообмена. В большой мере это связано с тем, что рабочий объем у них локализуется внутри труб и сравнительно невелик. Кроме того данные конструкции обладают большой металлоемкостью, и, вследствие чего, имеют максимальную стоимость изготовления. Область применения кожухотрубных ГБА ограничена, но они практически не имеют конкуренции при проведении процессов с большими тепловыми эффектами (более 500 кДж/моль). Пленочно-барботажный аппарат обладает низкими показателями по сравнению с другими ГБА. Его конструкция весьма специфична и предназначена для культивирования микроводорослей, где он имеет свои достоинства по сравнению с другими биореакторами. Тем не менее, данный аппарат в настоящее время не имеет широкого применения в других отраслях промышленности. Наибольшую удельную поверхность теплообмена (после кожухотрубных ГБА) имеет барботажный аппарат с контактными тепломассообменными устройствами. При этом доля рабочего объема и удельная металлоемкость практически соответствует ГБА с теплообменными трубами. Также следует отметить, что барботажный аппарат с контактными устройствами имеет довольно большие диапазоны значений выделенных параметров, ввиду наличия возможности изменения конфигурации устройства под конкретный технологический процесс. Следовательно, путем расчета устройства с учетом заданных производственных условий можно добиться оптимальных соотношений по удельной поверхности теплообмена, металлоемкости и доли рабочего объема, что отражает его высокую технологическую гибкость. Рассматривая барботажный аппарат с контактными устройствами в рамках выделенных качественных критериев эффективности, следует отметить следующее: - аппарат имеет упрощенную блочную конструкцию; - аппарат обладает потенциально высокими показателями тепло- и массопереноса за счет турбулизации и интенсивного перемешивания потока в каналах устройства; - в аппарате реализована возможность управлять профилем температур по ходу движения реагентов. Таким образом, по результатам сравнительного анализа конструкций ГБА можно сделать вывод, что барботажный аппарат с контактными тепломассообменными устройствами наиболее полно удовлетворяет указанным ранее критериям эффективности и имеет большие перспективы для проведения технологических процессов в различных отраслях промышленности. Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 18

Перспективы применения барботажных аппаратов с контактными тепломассообменными устройствами в промышленности выделяются преимущественно за счет их теоретического анализа, поскольку данные конструкции практически не изучены. Отсутствуют режимные параметры их работы, нет конкретного представления о структуре потоков в данных аппаратах, не определены точные значения коэффициентов тепло- и массопереноса. Следовательно, барботажный аппарат с контактными тепломассообменными устройствами является отличным объектом для предстоящих исследований, которые, в свою очередь, позволят подтвердить или опровергнуть эффективность данного аппарата для проведения технологических процессов в системах «газ-жидкость». 1.3 Описание объекта исследования На основании проведенного литературного обзора и сравнительного анализа конструкций ГБА в качестве объекта исследования выбираем барботажную колонну с контактными тепломассообменными устройствами. Общий вид контактного устройства представлен на рисунке 1.3.1. Рисунок 1.3.1 – Контактное тепломассообменное устройство: 1 – корпус аппарата; 2 – теплообменный модуль; 3 – гофрированная перфорированная насадка; 4 – соединительные патрубки; 5 – опорная газораспределительная решетка Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 19

Контактное тепломассообменное устройство представляет собой набор теплообменных модулей 2, соединяющихся между собой патрубками 4. Теплообменный модуль изготавливается из гофрированных металлических пластин, представленных на рисунке 1.3.2, соединенных между собой болтами. В качестве уплотнения используется прокладка, которая зажимается между соединяемыми пластинами. Внутренние полости теплообменных модулей, образующиеся между прокладкой и металлическими пластинами, служат для подачи в них теплоносителя. Данные модули можно также изготавливать цельносварными для повышения простоты и надежности устройства. Выбор метода изготовления теплообменных модулей будет осуществляться на этапе конструирования контактного устройства. Рисунок 1.3.2 - Пластина теплообменного модуля В пространства между теплообменными модулями укладывается гофрированная насадка 3, представленная на рисунке 1.3.3. Данные модули и насадка компонуются в один блок, который укладывается на опорные конструкции в корпусе аппарата. Таким образом можно осуществлять его секционирование на слои тепломассообменных блоков. Секционирование аппарата на данные блоки позволяет задавать требуемый профиль температур по его высоте. Это легко осуществимо за счет подачи в каждые блоки теплоносителей с различной температурой. Конфигурация одного блока контактного устройства рассчитывается под конкретный технологический процесс. Так, путем изменения количества устанавливаемых теплообменных модулей в блоке контактного устройства Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 20

можно подобрать оптимальное соотношение удельной поверхности теплообмена и доли рабочего объема в аппарате. Диапазоны возможных числовых показателей, отражающих эффективность данного устройства для проведения технологических процессов в системах «газ – жидкость» представлены в таблице 1.2.1 предыдущего подраздела настоящей работы. Рисунок 1.3.3 - Гофрированная насадка Исследование работы контактного устройства будет проводиться в условиях барботажа. В таком случае принцип его работы заключается в следующем: газожидкостная смесь, восходящая в колонном аппарате доходит до тепломассообменной секции и распределяется по каналам между теплообменными модулями и гофрированной насадкой, которая в свою очередь дробит большие пузыри газа и увеличивает поверхность контакта фаз. В рассматриваемых каналах осуществляется непрерывная турбулизация и перемешивание потока, что способствует интенсификации процессов тепло- и массопереноса. Во внутренние каналы теплообменных модулей подается теплоноситель. Гофрированные пластины способствуют турбулизации как теплоносителя внутри модуля, так и газожидкостной смеси с его наружной стороны. Стоит отметить, что теплообмен организуется непосредственно в рабочем объеме аппарата, таким образом, насадочные элементы не препятствуют подводу или отводу тепла. Выбор материального исполнения контактного тепломассообменного устройства осуществляется на основании выбранных модельных сред для проведения научных исследований. Если исследования будут проводиться при температурах до 80°С, а в качестве модельных сред будут использоваться безопасные и неагрессивные вещества, то теплообменные модули рекомендуется изготавливать из стали 20, а насадку из полимерных материалов. Например, в случае изготовления насадки с помощью 3D-печати рекомендуется применять ABS-пластик, а в случае пневмовакуумного формования листов насадки – полипропилен. Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 21

1.4 Технико-экономическое обоснование исследования Выше был проведен литературный обзор конструкций газлифтных и барботажных аппаратов, а также представлено их сравнение по принятым критериям эффективности. В результате данного сравнения было выявлено, что барботажные колонны с контактными тепломассообменными устройствами являются наиболее перспективными конструкциями для проведения различных технологических процессов. С экономической точки зрения следует отметить, что барботажные колонны с контактными тепломассообменными устройствами могут найти применение во многих отраслях промышленности. Спрос на данное оборудование будет обеспечиваться его универсальностью, позволяющей быстро подстроиться под конкретный технологический процесс, а также высокими показателями интенсивности тепло- и массопереноса. Так, например, использование контактных устройств со встроенными теплообменными модулями вместо слоев насадки при проведении весьма экзо- или эндотермических процессов может позволить сэкономить на установке вспомогательного теплообменного оборудования. Также барботажные аппараты с рассматриваемыми контактными устройствами могут послужить заменой аппаратам с теплообменными трубами, поскольку они обеспечивают большую удельную теплообменную поверхность при неизменных параметрах по металлоемкости и пропускной способности. Использование контактного устройства, как статического интенсификатора, для процессов, протекающих в диффузионной области, позволит увеличить их энергоэффективность за счет исключения необходимости в установке перемешивающих устройств, работающих от внешних источников энергии. Таким образом, использование барботажных аппаратов с контактными тепломассообменными устройствами в промышленности может значительно повысить технологическую и экономическую эффективность различных предприятий. Однако, потенциальная эффективность данного устройства должна быть проверена путем проведения соответствующих научных исследований. При этом будут иметь место следующие виды работ: проектирование лабораторного стенда, закупка материалов и вспомогательного оборудования, монтаж стенда, проведение экспериментов, обработка полученных данных и оформление результатов исследования. Ориентировочная сумма затрат по данному проекту с учетом процессов проектирования и монтажа лабораторного стенда, а также проведения научных исследований, составляет 350000 рублей. На реализацию проекта заложено 3 календарных месяца. Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 22

2 ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К БЕЗОПАСНОСТИ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ 2.1 Теоретическая часть 2.1.1 Определение и обоснование направления исследований Научные исследования контактного тепломассообменного устройства являются прикладными, поскольку они направлены на изучение состояния нового технического оборудования с целью получения конкретного результата, который будет использоваться в дальнейших проектных разработках. Необходимыми результатами научно-исследовательской работы являются качественные и количественные параметры работы контактного тепломассообменного устройства в затопленном режиме. К последним относятся гидродинамические, теплообменные и массообменные характеристики, определяемые в ходе изучения объекта исследования. Известно, что показатели тепломассообменных процессов и химических превращений имеют прямую зависимость от гидродинамических параметров работы оборудования. Следует отметить, что структура потока в аппарате оказывает существенное влияние на время пребывания, степень конверсии реагентов, интенсивность переноса массы и тепловой энергии [19, 20]. Следовательно, исследование блочно-модульного контактного устройства необходимо начинать с изучения структуры проходящего через него потока. Основными методами исследования явлений, процессов, объектов являются их математическое и физическое моделирование [21]. Математическое моделирование заключается в замене объекта исследования его математической моделью, например, системой алгебраических и дифференциальных уравнений. Структура потоков в аппаратах химической технологии описывается с помощью типовых математических моделей [20, 22]. Для моделирования работы контактного тепломассообменного устройства будем использовать широко распространенные модели: диффузионную и ячеечную. Математическое описание представленных моделей имеет вид: - для однопараметрической диффузионной модели: C C  2C  w  DL 2 ;  x x (2.1.1) - для ячеечной модели: 1 dC   n Ci 1  Ci , i  1, 2,... n , n d (2.1.2) где С  концентрация;   время; x  продольная координата; n - количество линейных дифференциальных уравнений первого порядка. Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 23

Степень соответствия структуры потоков в аппарате выбранной математической модели устанавливается с помощью физического моделирования (эксперимента). После проведения лабораторных исследований сопоставляются теоретические и экспериментальные данные, позволяющие судить о том, насколько точно выбранная модель соответствует действительности. При этом опытным путем определяются основные параметры математической модели, которые отражают реальную структуру потоков в аппарате. 2.1.2 Выбор метода исследований Существует множество методов изучения структуры потоков в аппаратах, самые используемые из них это: трассерные, оптические, акустические и кондуктометрические [23]. Все представленные методы, кроме трассерного, предназначены для исследования локальных гидродинамических характеристик технологического оборудования. При этом они обходятся гораздо дороже и требуют привлечения сложных технических средств [20]. Результаты первоначальных исследований блочно-модульного контактного устройства должны сформировать общее понимание структуры потоков в аппарате. Таким образом, искомой величиной будут являться выходные брутто-характеристики. Исследования локальных гидродинамических особенностей устройства необходимо проводить после получения общих интегральных показателей эффективности его работы. Для представленных целей лучше всего подходит трассерный метод исследования структуры потока в аппарате. Он достаточно эффективен и прост в реализации. При этом трассерный метод получения кривых отклика исследуемой системы на импульсные и ступенчатые возмущения наиболее часто используется различными исследователями и широко расписан в научной и технической литературе. На основании этого в настоящей работе будем использовать трассерный метод исследования структуры потоков в лабораторной барботажной колонне. 2.1.3 Сущность выбранного метода Сущность трассерного метода исследования структуры потоков заключается в том, что в поток на входе его в аппарат вводят индикатор, движущийся вместе с потоком и не оказывающий на него влияния, а на выходе потока из аппарата измеряют концентрацию индикатора как функцию времени. Эта выходная кривая носит название функции отклика системы на типовое возмущение по составу потока. В качестве трассера обычно используют красители, электролиты, магнитные включения, изотопы и другие вещества [19]. Возмущающие сигналы могут быть различными по форме и физической природе: импульсные, ступенчатые и циклические. Наибольшее распространение получила импульсная форма возмущения, когда на входе в Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 24

аппарат практически мгновенно вводят определенное количество индикатора. В тоже время в потоке на выходе из аппарата замеряют концентрацию данного индикатора как функцию времени. После приведения полученных параметров к безразмерным величинам строится экспериментальная кривая (рисунок 2.1.1), которая называется С-кривой или дифференциальной функцией распределения частиц по времени пребывания в аппарате. Рисунок 2.1.1 - Типичная С-кривая Заштрихованная область, представленная на рисунке 2.1.1, означает долю потока, время пребывания которого изменяется в пределах от 0 до θi, и рассчитывается как площадь под С-кривой: i  С i  d . (2.1.3) 0 В соответствии с этим, не подвергается сомнению факт, что С   0 ; С 0   0 ; (2.1.4) (2.1.5)  С  d  1 . (2.1.6)  0 Таким образом, С-кривая является характеристикой распределения элементов потока по времени их пребывания в аппарате. А среднее время пребывания в нем частиц определяется следующим выражением:      С  d , (2.1.7) 0 где С(τ) – нормированная С – кривая; τ – время. Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 25

2.2 Экспериментальная часть 2.2.1 Описание лабораторного стенда Для проведения исследований был разработан лабораторный стенд, технологическая схема которого представлена на рисунке 2.2.1. Рисунок 2.2.1 - Технологическая схема лабораторного стенда: КЛ - колонна лабораторная; Е - емкость; Н - насос; К - компрессор; ВР - вентиль регулирующий; ВЗ - вентиль запорный Главным элементом установки является лабораторная барботажная колонна КЛ. Ее корпус с внутренним диаметром 200 мм и высотой порядка 1,5 м собирается из царг, изготовленных из прозрачного органического стекла. Внутри колонны на опорные газораспределительные решетки устанавливаются блоки контактных тепломассообменных устройств. Подача воды в колонну осуществляется с помощью центробежного насоса Н, всасывающая линия которого подключается к стальной буферной емкости Е. На нагнетательной линии насоса предусмотрен циркуляционный байпас, который возвращает поток обратно в буферную емкость. В указанный циркуляционный байпас врезается линия слива отработанной жидкости в канализацию. Направление движения жидкости устанавливается Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 26

с помощью трубопроводной арматуры. Для контроля уровня жидкости в буферной емкости предусмотрена стеклянная уровнемерная колонка в металлическом корпусе и кондуктометрический сигнализатор уровня с сигнализацией по верхнему значению (предельно высокий уровень). Источником сжатого воздуха является поршневой компрессор К с ресивером, который подключается через систему трубопроводов к нижней части барботажной колонны. Отработанный воздух выходит обратно в помещение через верхнюю открытую часть лабораторной колонны. С целью изучения структуры потоков в барботажной колонне предусмотрен узел ввода индикатора, который используется для снятия кривых отклика изучаемого объекта на импульсное возмущение. Ввод индикатора реализован с помощью тройника, установленного на нагнетающей линии насоса непосредственно перед входом воды в нижнюю часть колонны. На линии вывода жидкости из колонны устанавливается кондуктометрическая ячейка, которая подключена к микроконтроллеру Arduino. Он подает электрический ток напряжением 5В на кондуктометрическую ячейку и принимает приходящий от нее аналоговый сигнал, замеряя тем самым параметры обратного электрического тока. Результаты замеров сводятся в таблицу персонального компьютера. Кондуктометрическая ячейка должны быть полностью заполнена жидкостью для достижения стабильности электрического сигнала. Данное требование обеспечивается поддержанием уровня жидкости в колонне выше уровня расположения ячейки с помощью шарового крана, устанавливаемого за ней по потоку. На случай непредвиденного повышения уровня предусмотрен резервный отвод жидкости в канализацию через дополнительный штуцер в верхней части аппарата (на схеме не показан). Помимо полного затопления кондуктометрической ячейки необходимо обеспечить отсутствие в проходящем через нее потоке газовых пузырей. Для этого в корпусе колонны у выходного штуцера жидкости устанавливается секторный карман. 2.2.2 Порядок проведения опытов Эксперименты проводятся на лабораторной установке, описанной выше. Модельными средами являются вода и воздух. В качестве трассера принято использовать раствор поваренной соли с концентрацией не ниже 20%. Перед началом эксперимента необходимо выполнить следующие действия: - произвести визуальный осмотр лабораторного стенда на наличие дефектов и поломок; - осуществить проверку работоспособности насосно-компрессорного оборудования; - подтвердить возможность подачи электроэнергии, воды и сжатого воздуха на установку; Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 27

- включить персональный компьютер, запустить программное обеспечение микроконтроллера, проверить чистоту сигнала кондуктометрической ячейки при отсутствии элекропроводящей среды; - приготовить раствор трассера соответствующей концентрации (для каждой экспериментальной точки готовится раствор с одинаковой концентрацией); - отмерить необходимое количество индикатора (160 мл) и подготовить систему его впрыска в линию подачи воды на входе в лабораторную колонну; - заполнить стальной бак водой до требуемого уровня; - открыть запорный вентиль на трубопроводе подачи сжатого воздуха от компрессора (регулирующий вентиль перед лабораторной колонной остается закрытым). После успешного выполнения всех вышеперечисленных мероприятий можно приступать к соответствующим опытам. Ниже представлена методика проведения эксперимента: 1. Запускают насос и компрессор, после чего с помощью регулирующих вентилей устанавливают заданные расходы воды и сжатого воздуха по ротаметрам. 2. Шаровым вентилем, установленным на линии отработанной воды, задают уровень газожидкостной смеси в колонне таким образом, чтобы кондуктометрическая ячейка была полностью затоплена жидкостью. 3. Поддерживая расходы, выводят установку на стационарный режим путем визуального контроля за движением газожидкостной смеси (необходимо дождаться, пока внутренние потоки стабилизируются и не будут менять свой характер в зависимости от времени). 4. Вводят трассер в поток воды на входе в лабораторную колонну и запускают на персональном компьютере программу для снятия показаний с кондуктометрической ячейки. 5. Регистрацию показаний заканчивают при установлении постоянных параметров сигнала кондуктометрической ячейки, соответствующих фоновой концентрации индикатора в выходящем потоке. При этом останавливают работу микроконтроллера через программу и сохраняют полученную таблицу показаний на жестком диске персонального компьютера. С помощью представленной методики получают таблицы с экспериментальными данными для каждой исследуемой точки, которые соответствуют определенным расходам жидкости и газа по ротаметрам. Полученные по итогам эксперимента результаты подлежат дальнейшей аналитической обработке. 2.2.3 Методика обработки экспериментальных данных Как указывалось выше, по результатам проведения эксперимента получают таблицу значений, отражающую экспериментальную функцию Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 28

распределения частиц по времени пребывания в аппарате. В данной работе на лабораторной установке получают зависимость: U  f () , (2.2.1) где U – напряжение, измеряемое на аналоговом вводе в микроконтроллере Arduino, В;  – время, с. Полученные значения напряжения прямо пропорциональны концентрации трассера Стр на выходе из аппарата. Данные величины связаны следующим выражением: U  kC тр , (2.2.2) где k – коэффициент пропорциональности. Следует отметить, что обработка экспериментальных данных не сопровождается поиском значения коэффициента k, указанного в формуле (2.2.2), поскольку он сокращается при определении функции плотности распределения. На основании этого вводим величину Сэ, характеризующую экспериментальное значение концентрации трассера: U  kC тр  С э . (2.2.3) Размерность принятой величины Сэ представим в виде условных единиц (у.е.). Таким образом, получаем табличную экспериментальную зависимость C э  f () , процедура обработки которой представлена ниже. В первую очередь находят эффективный объем аппарата. Для лабораторной барботажной колонны Vэф  0,785D 2 H (1  ) , (2.2.4) где D – внутренний диаметр колонны, м; H – высота уровня газожидкостной смеси, м;  – объемная доля внутренних устройств. Расчетное среднее время пребывания жидкости в колонне находят по следующей формуле: Vэф р  , (2.2.5) Q где Q – объемный расход жидкости, м3/с. Следующим шагом является определение нормированной функции: C ( )   C э () . (2.2.6)  Сэ ()d 0 Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 29

Для этого, задавшись фиксированным интервалом времени  , вычисляют сумму значений  С iэ () : i  э  Cэ ()d   Сi ( i ) . 0 (2.2.7) i Затем по формуле (2.2.6) находят значения нормированной функции для каждого момента времени с шагом  . Данную функцию необходимо привести к безразмерным величинам. Для этого находят среднее время пребывания из уравнения:   C э ()d  0  . (2.2.8)  C э ()d 0 Полученное значение сравнивают с теоретическим средним временем пребывания, рассчитанным по формуле (2.2.5). Затем определяют безразмерное время:   . (2.2.9)  В итоге получают опытную безразмерную плотность распределения: С ()  С () . (2.2.10) Дисперсия распределения частиц по времени пребывания в аппарате рассчитывается по следующему уравнению: 2   ()   (  ) 2 C ()d . (2.2.11) 0 Полученное значение приводят к безразмерному виду:  2 ()   2 ()  2 . (2.2.12) После проведенных расчетов в декартовой системе координат строят зависимость С ()  f () , которая носит название С-кривой. Полученную функцию необходимо сравнить с кривыми, полученными на основе ячеечной и диффузионной моделей. Для этого определяют их основные параметры. Параметром, характеризующим ячеечную модель, является число ячеек идеального перемешивания N, соответствующее количеству линейных дифференциальных уравнений первого порядка в уравнении (2.1.2). Путем последовательного решения данного уравнения для каждой секции и Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 30

дифференцирования полученных результатов можно вывести аналитическое выражение С-кривой для ячеечной модели: С ()  N  ( N 1) e ( N) . ( N  1)! (2.2.13) Дисперсия распределения и искомое количество ячеек связаны между собой следующим соотношением: 1  2 ()  . (2.2.14) N Установив по формуле (2.2.12) экспериментальное значение дисперсии распределения, с помощью выражения (2.2.14) можно с легкостью определить число ячеек идеального перемешивания для исследуемого лабораторного аппарата. Параметром, характеризующим диффузионную модель, является коэффициент продольной диффузии DL (или коэффициент обратного перемешивания). Отметим, что большое влияние на перемешивание оказывают скорость потока w и высота аппарата L. В связи с этим, для математического описания процесса используют критерий подобия Пекле: Pe  wL . DL (2.2.15) Путем решения уравнения (2.2.1) для бесконечно длинного аппарата можно вывести аналитическое выражение С-кривой для диффузионной модели:  Pe - 12  Pe C ()  exp  (2.2.16) . 4 4   Уравнение связи между статическим параметром функции отклика  2 () и параметром диффузионной модели Pe имеет вид:  2 ()  2 Pe 2 Pe - 1  e . -Pe (2.2.17) Критерий Пекле диффузионной модели для лабораторной колонны находят с помощью численного решения уравнения (2.2.17). После чего по формуле (2.2.15) определяют значение коэффициента продольной диффузии. Получив нужные параметры математических моделей, на уже построенный график с опытной С-кривой наносят кривые безразмерной плотности распределения по ячеечной и диффузионной моделям. Путем аналитического анализа построенных графиков делается вывод о том, какая модель наиболее полно и адекватно описывает опытную С-кривую В случае значительного отклонения полученных графических зависимостей рассматривается задача определения параметров моделей Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 31

путем аналитического решения уравнений (2.2.13) и (2.2.16). При этом подбираются такие значения параметров, которые удовлетворяют критерию:  (Ciэ  Ciр ) 2  min , (2.2.18) i где Сiэ и Сiр – соответственно экспериментальное и рассчитанное по уравнениям (2.2.13) и (2.2.16) значения безразмерных концентраций. Итоговые численные значения параметров ячеечной и диффузионной моделей подлежат дальнейшему анализу для получения выводов о структуре потоков в лабораторной колонне. 2.3 Результаты экспериментов На лабораторной установке было проведено две серии экспериментов. В первой серии экспериментов участвовала пустотелая барботажная колонна, во второй – барботажная колонна с одним блоком контактного устройства. В каждой серии проводилось по 6 опытов при расходных газосодержаниях: 50%, 60% и 70%. Исследуемые диапазоны нагрузок по жидкости и газу соответственно составляли wж  0,01  0,02 м с и wг  0,01  0,03 м с , где wж, wг – фиктивные скорости жидкости и газа, приведенные к поперечному сечению колонны. Полученные кривые отклика пустотелой барботажной колонны и ее модификации с одним блоком контактного устройства соответственно представлены в приложениях Е и Ж. Численные показатели, отражающие структуру потоков в пустотелой барботажной колонне и ее модификации с одним блоком контактного устройства, соответственно представлены в таблицах 2.3.1 и 2.3.2. Таблица 2.3.1 - Численные показатели для пустотелой барботажной колонны Номер wж, м/с wг, м/с wсм, м/с β, % τср, с σ2(θ) N опыта №1 0,0116 0,0122 0,0238 50 152 0,570 1-2 №2 0,0159 0,0169 0,0329 50 125 0,555 1-2 №3 0,0116 0,0169 0,0285 60 148 0,562 1-2 №4 0,0142 0,0217 0,0359 60 128 0,682 1-2 №5 0,0098 0,0217 0,0315 70 148 0,565 1-2 №6 0,0116 0,0267 0,0383 70 142 0,558 1-2 Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 32

Таблица 2.3.2 - Численные показатели для барботажной колонны с одним блоком контактного устройства Номер wж, м/с wг, м/с wсм, м/с β, % τср, с σ2(θ) N опыта №1 0,0116 0,0122 0,0238 50 148 0,490 2 №2 0,0159 0,0169 0,0329 50 108 0,474 2 №3 0,0116 0,0169 0,0285 60 144 0,482 2 №4 0,0142 0,0217 0,0359 60 112 0,545 2 №5 0,0098 0,0217 0,0315 70 142 0,486 2 №6 0,0116 0,0267 0,0383 70 130 0,478 2 В представленных таблицах приняты следующие сокращения wж, wг, wсм – фиктивные скорости жидкости, газа и газожидкостной смеси приведенные к поперечному сечению колонны; β – значение расходного газосодержания, округленное с точностью до 1,5%; τср – среднее время пребывания частиц жидкости в колонне; σ2(θ) – дисперсия распределения частиц жидкости по времени пребывания в колонне; N – число ячеек идеального перемешивания ячеечной математической модели. Диффузионная математическая модель при обработке экспериментальных данных не использовалась, поскольку с помощью нее не удается описать действительную структуру потоков в аппарате. В первую очередь проанализируем результаты эксперимента с пустотелой барботажной колонной. Глядя на полученные численные показатели (таблица 2.3.1), следует отметить, что действительная структура потоков в аппарате находится в пределах между подобранными ячеечными моделями с одной и двумя ячейками идеального перемешивания. При этом на кривых отклика пустотелой барботажной колонны, представленных на рисунке 2.3.1, можно заметить, как опытные точки занимают промежуточное положение между кривыми, построенными с помощью ячеечных моделей с одной и двумя ячейками идеального перемешивания. Таким образом, структура потоков в пустотелой барботажной колонне приближается к режиму идеального смешения и практически не изменяется в зависимости от нагрузок по жидкости и газу. Однако, анализируя полученные результаты, можно проследить следующие тенденции. С увеличением расходного газосодержания в барботажной колонне при постоянной фиктивной скорости жидкости снижается среднее время пребывания частиц жидкости (см. рисунок 2.3.2, кривая 1) и безразмерная дисперсия распределения (см. рисунок 2.3.3, кривая 1). Это приводит к тому, что структура потоков в колонне, хоть и незначительно, но приближается к ячеечной математической модели с двумя ячейками идеального перемешивания (см. рисунок 2.3.1). Аналогичная ситуация проявляется и с Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 33

увеличением фиктивной скорости жидкости при постоянном газосодержании (см. рисунок 2.3.4). Рисунок 2.3.1 - Кривые отклика пустотелой барботажной колонны на импульсные возмущения при wж = 0,012 м/с Рисунок 2.3.2 - Зависимость среднего времени пребывания частиц жидкости от расходного газосодержания при wж = 0,012 м/с: 1 – для пустотелой барботажной колонны; 2 – для барботажной колонны с одним блоком контактного устройства Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 34

Рисунок 2.3.3 - Зависимость безразмерной дисперсии распределения частиц жидкости от расходного газосодержания при wж = 0,012 м/с: 1 – для пустотелой барботажной колонны; 2 – для барботажной колонны с одним блоком контактного устройства Рисунок 2.3.4 - Кривые отклика пустотелой барботажной колонны на импульсные возмущения при β = 70% После установки в барботажную колонну одного блока контактного устройства структура потоков в ней изменяется и соответствует ячеечной модели с двумя ячейками идеального перемешивания. Сравнение кривых отклика пустотелой барботажной колонны и ее модификации с одним блоком контактного устройства представлено на рисунках 2.3.5 и 2.3.6. Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 35

Рисунок 2.3.5 - Кривые отклика барботажной колонны на импульсные возмущения при β = 50% и wсм = 0,024 м/с: 1 – опытные точки для пустотелой барботажной колонны; 2 – опытные точки для барботажной колонны с одним блоком контактного устройства Рисунок 2.3.6 - Кривые отклика барботажной колонны на импульсные возмущения при β = 60% и wсм = 0,0285 м/с: 1 – опытные точки для пустотелой барботажной колонны; 2 – опытные точки для барботажной колонны с одним блоком контактного устройства Таким образом, наличие в барботажной колонне контактного устройства потенциально приводит к увеличению количества ячеек идеального перемешивания подбираемой ячеечной модели. Следовательно, с увеличением в колонне доли, занимаемой контактным устройством, будет наблюдаться изменение структуры потоков в аппарате в сторону режима идеального вытеснения. Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 36

Сравнивая таблицы численных показателей 2.3.1 и 2.3.2, можно заметить, что после установки в барботажную колонну контактного устройства уменьшается среднее время пребывания частиц и безразмерная дисперсия их распределения во всем диапазоне нагрузок по жидкости и газу. Также на рисунках 2.3.2 и 2.3.3 видно, что кривые 2 для барботажной колонны с контактным устройством лежат ниже кривых 1 для пустотелой колонны. При этом общий характер данных кривых практически не изменяется. Дополнительно следует обратить внимание на опыт №4, поскольку для обеих серий экспериментов получаемые результаты данного опыта значительно отклоняются от результатов других опытов. Повтор опыта №4 не изменяет сложившуюся ситуацию. Судя по всему именно данные фиктивные скорости жидкости и газа (wж = 0,014 м/с и wг = 0,022 м/с) создают такую структуру потоков в барботажной колонне, которая наиболее близко приближается к режиму идеального смешения. Наличие контактного устройства в колонне сглаживает структуру потоков в опыте №4, приближая ее к ячеечной модели с двумя ячейками идеального перемешивания. Однако, отклонения по численным показателям структуры потоков и виду кривой отклика все еще остаются заметными относительно других опытов. При проведении экспериментов осуществлялась видеосъемка движения газожидкостной смеси внутри барботажной колонны, отдельные кадры которой представлены в приложении И. По результатам анализа видеозаписей, снятых при проведении серии экспериментов с пустотелой барботажной колонной, следует отметить, что движение газожидкостной смеси после распределительной части колонны сопровождается интенсивным перемешиванием как в горизонтальной, так и вертикальной плоскостях. Также замечается образование локальных циркуляционных зон, преимущественно у периферии корпуса колонны. Видеосъемка движения газожидкостной смеси в барботажной колонне с контактным устройством показала, что газовые пузыри задерживаются перед входом в каналы устройства, где впоследствии образуются отдельные циркуляционные зоны (см. рисунок 2.3.7). При этом с увеличением значений расходного газосодержания масштаб данных циркуляций также увеличивается. Внутри каналов устройства газожидкостная смесь движется более прямолинейно без образования застойных и циркуляционных зон. Выход газожидкостной смеси из данных каналов осуществляется в виде распыляющейся струи и на некотором расстоянии от верхнего края устройства снова наблюдается интенсивное перемешивание (см. рисунок 2.3.7.) С увеличением расходного газосодержания ширина факела распыла газожидкостной смеси на выходе из каналов устройства увеличивается, а расстояние от верхнего края устройства, на котором начинается перемешивание потоков, уменьшается. Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 37

Рисунок 2.3.7 - Общий вид структуры потоков в барботажной колонне с одним блоком контактного устройства 2.4 Выводы по исследовательской части По результатам проведенных исследований можно сделать следующие выводы: - получены кривые отклика пустотелой барботажной колонны и ее модификации с одним блоком контактного устройства на импульсные возмущения, а также определены численные показатели, отражающие структуру потоков; - подобраны математические модели для описания структуры потоков в пустотелой барботажной колонне и в ее модификации с одним блоком контактного устройства; - наглядно отражено изменение структуры потоков в барботажной колонне после установки в нее одного блока контактного устройства; - представлены зависимости среднего времени пребывания частиц и безразмерные дисперсии их пребывания от расходного газосодержания при постоянной фиктивной скорости жидкости в барботажной колонне; - описаны результаты видеосъемки движения газожидкостной смеси в барботажной колонне во время проведения экспериментов, а также представлена схема с общим видом структуры потоков в колонне с контактным устройством. Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 38

Исследование структуры потоков в барботажной колонне с контактными устройствами на данном этапе не заканчивается. Полученные в настоящей работе результаты открывают новые направления дальнейших исследований: - исследование структуры потоков в барботажной колонне с двумя блоками контактных устройств, при конфигурации блоков тремя теплообменными модулями; - исследование структуры потоков в барботажной колонне с одним и двумя блоками контактных устройств, при конфигурации блоков двумя и четырьмя теплообменными модулями; - увеличение размеров колонны и исследование структуры потоков в ней с учетом установки большего количества блоков контактных устройств; Основными целями данных исследований будут являться: приближение физической модели барботажной колонны к ее промышленному исполнению, определение коэффициентов масштабного перехода, оценка влияния конфигурации устройства и количества блоков на структуру потоков в барботажной колонне; а также поиск максимально достижимого количества ячеек идеального перемешивания подбираемой ячеечной модели. Результаты данных исследований будут иметь большую важность при расчете промышленных барботажных колонн с контактными устройствами для проведения различных технологических процессов. Например, если колонна будет использоваться в качестве химического реактора, то ее можно будет представить как каскад реакторов идеального перемешивания. Тогда количество реакторов в каскаде будет соответствовать количеству ячеек идеального перемешивания ячеечной математической модели. Путем совместного рассмотрения уравнений материального баланса реактора и кинетического уравнения скорости реакции с учетом известного количества ячеек идеального перемешивания можно найти требуемый объем реактора или решить обратную задачу, т.е. произвести расчет основных технологических показателей процесса при заданном объеме реактора. При расчете тепломассообменных процессов, протекающих в барботажной колонне с контактными устройствами, найденные параметры ячеечной математической модели позволят произвести расчет средней движущей силы для данных процессов. Например, с учетом имеющегося количества ячеек идеального перемешивания ячеечной модели для барботажной колонны с контактными устройствами средняя разность температур в ней (при использовании в качестве теплоносителя сухого насыщенного водяного пара) может быть найдена по следующей формуле: Tср  1 N  Ti , N i 1 (2.4.1) где N – количество ячеек; Ti  Tп  Tкi – разность температур в i-ячейке; Tп – температура конденсации водяного пара; Tкi – конечная температура Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 39

газожидкостной смеси в в i-ячейке, рассчитываемая путем последовательного решения уравнений теплового баланса для каскада реакторов идеального перемешивания: KF Tп  Tкi  ; N KFTп  NGcTнi , Tкi  NG  KF GcTкi  Tнi   (2.4.2) (2.4.3) где G – массовый расход, кг/с; с – удельная теплоемкость, Дж/кг; Tнi – начальная температура в i-ячейке (для i = 1 принимается начальной температуре Tн, для последующих ячеек Tнi = Tкi-1); K – коэффициент теплопередачи, Вт/м2∙К; F – поверхность теплопередачи. После завершения исследования структуры потоков в барботажной колонне с контактными устройствами можно будет приступить к изучению тепло- и массообменных показателей ее работы. Тогда технологическая схема лабораторного стенда будет иметь вид, представленный на рисунке 2.4.1. Согласно представленной схеме потребуется установка дополнительного оборудования в виде буферной емкости и насоса для теплоносителя, а также внедрение новых средств КИПиА. Расчет лабораторной колонны для проведения тепломассообменного процесса абсорбции кислорода воздуха водой и подбор насосно-компрессорного и вспомогательного оборудования представлен в разделе 3 настоящей работы. Рисунок 2.4.1 - Технологическая схема лабораторного стенда для изучения тепломассообменных параметров работы контактного устройства Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 40

2.5 Общие требования к безопасности проведения исследований В отличие от крупных химических производств, работа в лаборатории является сравнительно безопасной, особенно при работе с безопасными средами. Однако это не исключает риски получения травм, ожогов и поражения электрическим током. Следовательно, задачами данного подраздела являются анализ вредных и опасных факторов, разработка мероприятий, направленных на снижение рисков ухудшения здоровья человека и состояния лабораторного помещения, описание организационных и технических средств для обеспечения пожарной и электрической безопасности лабораторного помещения, а также определение параметров микроклимата, вентиляции, отопления, освещения и т.д. 2.5.1 Вредные и опасные факторы, присущие научноисследовательской лаборатории Научно-исследовательская лаборатория представляет собой 3 2 отапливаемое помещение объемом 165 м и площадью 55 м . В лаборатории размещены установки для проведения научных исследований, парты, стулья, раковина и встроенные в стены шкафы для хранения инструментов и необходимого оборудования. По согласованию с заведующим лаборатории, в зависимости от вида научных исследований, может быть организована работа сразу нескольких установок. При этом максимальное число людей, которые могут одновременно работать в лаборатории, составляет 8 человек. В соответствии с [24] для одного человека в лабораторном помещении высших учебных заведений должна быть предусмотрена площадь 6 м2. Тогда нормируемая площадь помещения составляет 48 м2, что меньше его фактической площади 55 м2. Таким образом, рассматриваемая лаборатория соответствует действующим нормативным документам. Рассмотрим опасные и вредные факторы, которые могут иметь место в научно-исследовательской лаборатории, а также разделим их на группы в соответствии с [25]: - физические: движущиеся и быстровращающиеся элементы машин и механизмов (валы электродвигателей насосов); наличие напряжения в линиях электросетей (силовые кабели оборудования и различных средств КИПиА); повышенная температура поверхностей (трубопровод горячего теплоносителя, корпус буферной емкости горячего теплоносителя); повышенный уровень шума (шум от работы насосно-компрессорного оборудования); наличие вибраций (вибрация от корпуса лабораторной колонны при большом расходе газовой фазы, вибрация от работы насоснокомпрессорного оборудования); недостаточная освещенность рабочей зоны; действие сил тяжести, когда оно может вызвать падение людей (работа на площадке обслуживания). - психофизические: умственное перенапряжение, перенапряжение анализаторов (повышенная информационная нагрузка), монотонность труда Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 41

и эмоциональные нагрузки (при долгосрочном проведении исследовательских работ). Химические и биологические опасные и вредные факторы в научноисследовательской лаборатории отсутствуют. 2.5.2 Санитарно-гигиенические мероприятия Для работы на лабораторных стендах используются доступные и безопасные среды: вода и воздух. Следовательно не требуется организация методов контроля наличия вредных веществ в воздухе рабочей зоны, а также осуществление мероприятий по защите персонала от вредного воздействия рабочих веществ. Средства индивидуальной защиты от воздействия рабочих веществ в лаборатории не предусмотрены. Наличие спецодежды и спецобуви не требуется, однако должен быть предусмотрен комплект халатов для персонала лаборатории с целью предотвращения контакта повседневной одежды с металлоконструкциями, стенами помещения и т.д. Для лабораторного помещения предусмотрим общеобменную вентиляцию, кратность воздухообюмена которой рассчитывается по формуле: K W V , (2.5.1) где W – производительность вентиляционной установки в соответствии с правилами [26]; V = 165 м3 – объем помещения. Из приложения И [26] находим минимальный расход воздуха на одного человека в количестве 30 м 3 ч с учетом естественного проветривания. Как указывалось выше, максимальное число людей, работающих в лаборатории, составляет 8 человек. Тогда требуемая производительность вентиляционной установки имеет значение 3 W  240 м ч . Находим кратность воздухообмена: K  240 165  1,45 ч -1 . (2.5.2) Принимаем кратность воздухообмена K  2 ч -1 . Определим оптимальные и допустимые параметры микроклимата для лабораторного помещения. Согласно [27] научно-исследовательская лаборатория относится ко 2-ой категории помещений, в которой люди заняты умственным трудом. В соответствии с [28] имеем категорию работ в помещении Iб, связанную с интенсивностью энергозатрат 140-174 Вт и производимую сидя, стоя или связанную с ходьбой, а также сопровождающуюся некоторым физическим напряжением. Оптимальные и допустимые величины показателей микроклимата для помещения представлены в таблицах 2.5.1 и 2.5.2 соответственно. В холодный период года научно-исследовательская лаборатория обогревается с помощью водяного отопления. В помещении предусмотрено 4 Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 42

радиатора отопления, в которые подается горячая вода из городской теплоэлектроцентрали или с ближайшей котельной. Температура воды в зависимости от погодных условий регулируется поставщиком тепла. Таблица 2.5.1 - Оптимальные величины показателей микроклимата Период года Температура воздуха, °С Температура поверхностей, °С Относительная влажность, % Скорость движения воздуха, м/с Холодный 21-23 20-24 60-40 0,1 Теплый 22-24 21-25 60-40 0,1 Таблица 2.5.2 - Допустимые величины показателей микроклимата Период года Температура воздуха, °С Температура поверхностей, °С Относительная влажность, % Ниже* Выше* Холодный Скорость движения воздуха, м/с Ниже* Выше* 19-20,9 23,1-24 18-25 15-75 0,1 0,2 Теплый 20-21,9 24,1-28 19-29 15-75 0,1 0,3 * - Указание допустимых величин показателей микроклимата в диапазонах "Ниже" и "Выше" оптимальных величин. В научно-исследовательской лаборатории источниками шума являются насосы и компрессор. По частотной характеристике имеем низкочастотный шум, по характеру спектра – широкополостный, по временным характеристикам – постоянный. Величины параметров шума согласно паспорту санитарнотехнического состояния лаборатории: 1. Среднегеометрическая частота (из стандартного ряда) – 63 Гц. 2. Уровень звука – 80 дБА. 3. Уровень звукового давления – 85 дБ. Согласно [29] для высококвалифицированной работы, а также измерительных и аналитических работ в лаборатории имеем предельно допустимый уровень звукового давления (в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 63 Гц) 71 дБ и уровня звука 60 дБА. Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 43

Делаем вывод, что величины параметров шума в лаборатории превышают ранее принятые санитарные нормы, следовательно, при работе на лабораторной установке требуется применение индивидуальных средств защиты: противошумных наушников или берушей. Источниками вибрации в лаборатории также являются насосы и компрессор. Согласно [30] все насосно-компрессорное оборудование лаборатории относится к машинам типа 2. Это машины, которые не находятся в контакте с телом человека, но могут передавать на него вибрацию через механическую связь и связь других видов. По источнику возникновения рассматриваемая вибрация относится к общей вибрации 1 категории, по спектру – широкополостная, по частотному составу – среднечастотная, по временной характеристике – постоянная. Согласно техническим паспортам насосно-компрессорного оборудования имеем следующие виброхарактеристики: 1. Среднеквадратическое значение виброскорости (в октавных полосах частот в диапазоне от 8 до 63 Гц) – 0,1 м с  10 2 . 2. Логарифмический уровень вибрации – 90 дБ. В соответствии с [31] находим предельно допустимые значения вибрации на рабочих местах: среднеквадратичное значение виброскорости – 0,22 м с 10 2 ; логарифмический уровень вибрации – 93 дБ. Делаем вывод, что величины виброхарактеристик вспомогательного оборудования находятся в допустимых пределах. Не смотря на это, с целью снижения воздействия вибрации на людей в лаборатории предусмотрены виброизолирующие изделия типа 2 [30]: упругие опоры для оборудования и гибкие вставки для трубопроводов. Дадим характеристику зрительной работы в научноисследовательской лаборатории: 1. Характеристика зрительных работ – средняя точность. 2. Наименьший размер объекта различения (деления лабораторного термометра) – от 0,5 до 1 мм. 3. Разряд зрительной работы – в. 4. Контраст объекта с фоном – средний. 5. Характеристика фона – светлый. Освещение в лаборатории совмещенное, причем естественное освещение – одностороннее боковое. Нижегородская область относится к 1 группе административных районов по ресурсам светового климата, при этом коэффициент светового климата равен единице. Нормированное значение КЕО согласно [32, 33] для лабораторных помещений составляет eн  1,2 % . Согласно паспорту санитарно-технического состояния лаборатории фактическая освещенность в рабочей точке помещения составляет E в  300 лк . Освещенность на улице в преимущественно солнечную погоду составляет Eн  15000 лк . Тогда коэффициент естественной освещенности в рабочей точке найдем по формуле: Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 44

e Eв 300  100 %   100 %  2 % . Eн 15000 (2.5.3) Коэффициент естественной освещенности в рабочей точке превышает нормируемую величину КЕО, то есть e  eн . Следовательно, рассматриваемое боковое естественное освещение соответствует поставленным нормам. Для рассматриваемого помещения предусмотрим рабочее и эвакуационное виды искусственного освещения. Общая система рабочего освещения будет состоять из светильников на потолке, которые, в свою очередь, должны освещать не только рабочие поверхности, но и все помещение в целом. Для организации искусственного рабочего освещения будем использовать светильники типа ЛСП02 с люминесцентными лампами ЛБ40 [34] для нормальных условий среды. В одном светильнике устанавливается по 2 люминесцентных лампы мощностью 40Вт. Эвакуационное освещение в соответствии с рекомендациями [34, стр. 13] разместим над выходным проемом из лаборатории, питание его осуществляется через общую электрическую сеть, однако на случай чрезвычайной ситуации предусмотрено наличие аккумуляторного блока питания. Расчет количества светильников, необходимого для обеспечения освещенности, произведем с помощью графиков Гурова и Прохорова [34, стр. 151]. Согласно [32] принимаем освещенность E  200 лк , высота расположения светильников h  2  3 м , коэффициенты отражения  п  70 % ,  с  50 % ,  р  10 % [34]. График для определения числа светильников с люминесцентными лампами ЛБ40 представлен на рисунке 2.5.1. Рисунок 2.5.1 - График для определения числа светильников с люминесцентными лампами ЛБ40 Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 45

По рисунку 2.5.1 при площади помещения 55 м2 принимаем к работе 8 светильников с люминесцентными лампами ЛБ40. 2.5.3 Техника безопасности Согласно [35] лаборатория относится к помещениям без повышенной опасности, так как в ней отсутствуют условия, создающие повышенную или особую опасность (токопроводящая пыль, сырость, высокая температура, токопроводящие полы). Все электрическое оборудование работает под напряжением 380/220 В переменного тока. Для защиты персонала от поражения электрическим током необходимо провести ряд мероприятий: - заизолировать токоведущие части электрооборудования; - заземлить все электрооборудование, при этом сопротивление заземления не должно превышать 4 Ом при линейных напряжениях 220В источника однофазного тока, согласно [35]; - проинструктировать персонал с целью его ознакомления с правилами электробезопасности и особенностями работы с электрооборудованием; - допускать к ремонту и монтажу устройств, связанных с электрическим током, только квалифицированных специалистов, например, электромонтеров. В лабораторном помещении отсутствуют источники образования статического электричества, следовательно, не требуется внедрение методов защиты от его воздействия. Согласно [36], здание, в котором располагается рассматриваемая лаборатория, является обычным объектом, поскольку оно имеет высоту менее 60 метров и не представляет опасность для непосредственного окружения. Здание имеет III категорию по молниезащите и его необходимо защищать только от прямых ударов молнии. Молниезащитная система состоит из молниеприемников (соединенная между собой стальная арматура), токоотводов и заземлителей, сопротивление которых не должно превышать 10 Ом. Далее разработаем мероприятия по обеспечению безопасных условий эксплуатации экспериментальных установок и оборудования. В первую очередь представим техническую характеристику лабораторной колонны (таблица 2.5.3). Колонна регистрации в органах Ростехнадзора не подлежит. Она имеет малый диаметр (200 мм) и разборную конструкцию из царг, в соответствии с этим для осмотра, очистки и ремонта аппарата установка люков, лазов и смотровых лючков не требуется. Для герметизации фланцевых соединений между царгами используются прокладки из резины. Конструкционные материалы колонны: стекло органическое СО-95-К, сталь 12Х18Н10Т, сталь 20. Крепежные изделия (болты, гайки) изготовлены из стали 45. Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 46

Аппарат имеет подводящие и отводящие коммуникации (трубопроводы), регулирующую арматуру, контрольно-измерительные приборы (ротаметры, термометры, дифманометр). Наличие предохранительных устройств в лабораторной колонне не требуется. Гидроиспытания аппарата проводятся под наливом воды в течение нескольких минут. После проведения испытаний колонну необходимо высушить воздухом. Гидроиспытания аппарата производятся только под контролем преподавателя или заведующего лабораторией. Таблица 2.5.3. Техническая характеристика лабораторного аппарата Наименование Давление, МПа Корпус Рабочее Атмосферное Расчетное 0,006 Пробное 0,0132 Расчетная температура стенки, °С Состав Характеристика рабочей среды Температура, °С 30 Вода, воздух минимальная 20 максимальная 30 Внутренний объем, м3 Масса, кг 0,047 в рабочем состоянии 59,7 при гидроиспытаниях 75,3 Габаритные размеры, мм 320×300×1558 При работе на лабораторной установке должны быть соблюдаться следующие правила безопасности и меры предосторожности: - персонал, представленный к работе на установке, должен изучить правила безопасности и пройти инструктаж у преподавателя или заведующего лабораторией; - запрещено приступать к исследованиям без получения разрешения на проведение работ от научного руководителя; - проводить исследования на лабораторной установке можно только в составе от 3 человек; - все исследования должны проводиться под контролем преподавателя или любого другого научного сотрудника; Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 47

- при работе на установке необходимо следовать инструкции по технике безопасности в лабораторном помещении; - при получении травм или поражении электрическим током лабораторных рабочих необходимо оказать пострадавшим первую медицинскую помощь и вызвать врача из ближайшего медицинского пункта; - при обнаружении технических неисправностей трубопровода или электрооборудования необходимо немедленно доложить о ней преподавателю или заведующему лабораторией; - запрещено лично устранять неисправности, связанные с работами, требующими высокого уровня квалификации; - по окончанию работ необходимо освободить аппараты и вспомогательное оборудование от рабочих сред, отключить электрооборудование и привести рабочее помещение в порядок. 2.5.4 Пожарная безопасность Как уже обговаривалось ранее, рабочими средами в лаборатории являются вода и воздух. Данные вещества не несут в себе какую-либо угрозу с точки зрения пожароопасности. Единственными склонными к горению материалами в лаборатории являются: органическое стекло, входящее в состав корпусов различного оборудования; дерево, из которого изготовлены столы, стулья, плинтуса, подоконники; резина, в виде материала амортизаторов для вспомогательного оборудования. Какие-либо самовоспламеняющиеся вещества и материалы в лаборатории не применяются, также в ней отсутствуют взрывоопасные смеси. Следовательно, взрывозащитное исполнение электрооборудования не требуется. Для электрооборудования предусмотрена защита только от пыли и влаги. Пожары в помещении могут возникнуть из-за неисправности электросетей и электрооборудования, прямого удара молнии, а также из-за человеческого фактора, например, при сварочных работах. В соответствии с паспортом санитарно-технического состояния лаборатории, а также документами [35] и [37] имеем, что рассматриваемое помещение относится к категории В4 по взрывопожарной и пожарной опасности. Класс зоны по пожароопасности П–IIа. Стены сооружены из отштукатуренной и окрашенной кирпичной кладки, плиты перекрытий изготовлены из бетона. Их пределы огнестойкости устанавливаются по времени (в минутах) наступления одного из признаков предельных состояний: - потери несущей способности (R); - потери целостности (E); - потери теплоизолирующей способности (I). Имеем пределы огнестойкости стен REI 150 и перекрытий REI 60. Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 48

Здание, в котором находится лаборатория, имеет 4 этажа и 3 эвакуационных выхода. Расстояние от наиболее удаленного рабочего места до эвакуационного выхода составляет 15 метров. В лаборатории установлена противопожарная сигнализация, автоматически срабатывающая при появлении пожара. Из первичных средств пожаротушения в лаборатории имеется ручной огнетушитель, ведро и короб с песком. 2.5.5 Заключение подраздела, связанного с безопасностью проведения исследований Таким образом, в данном подразделе были предусмотрены следующие мероприятия для обеспечения оптимальных условий труда и безопасности при проведении научных исследований: - предусмотрена вентиляция с кратностью воздухообмена K  2 ч -1 ; - определена категория работ в лабораторном помещении (Iб) и указаны оптимальные и допустимые параметры микроклимата; - для снижения вредного воздействия шума и вибрации на работающих предусмотрены средства индивидуальной защиты в виде противошумных наушников и берушей, а также виброизолирующие изделия типа 2 в виде упругих опор для оборудования и гибких вставок для трубопроводов; - рассчитаны рабочее и эвакуационное виды искусственного освещения, для лаборатории принято 8 светильников с люминесцентными лампами ЛБ40; - описаны организационные и технические средства для обеспечения пожарной и электрической безопасности лабораторного помещения; - указаны общие правила безопасности при работе в научноисследовательской лаборатории. Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 49

3 ПРОЕКТНО-КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ 3.1 Технологический расчет лабораторной колонны 3.1.1 Цель расчета и исходные данные Целями технологического расчета являются: определение основных геометрических размеров лабораторной колонны, а также конструирование и расчет требуемого количества блоков контактных тепломассообменных устройств на основании существующих методик. Исходные данные к расчету: - место установки колонны: отапливаемое лабораторное помещение; - рабочие среды: вода и воздух; - объемный расход воздуха V  1  10 3 м 3 с ; - массовый расход воды L  0,25 кг с ; - требуемая степень насыщения воды кислородом   0,5  50% ; - начальная концентрация растворенного кислорода в воде (относительная объемная массовая доля) С н  1,5 мг л  0,0015 кг м 3 ; - начальная концентрация кислорода в воздухе (мольная доля) y н  0,21 кмоль кмоль ; - давление в колонне: атмосферное ( P  760 мм рт. ст. ); - начальная температура газожидкостной смеси t1  15C ; - требуемая температура газожидкостной смеси в колонне t 2  30C . 3.1.2 Геометрические параметры колонны и контактных устройств При исследовании барботажных колонн в лабораторных условиях скорость жидкости обычно варьируют в пределах от 0 до 0,03 м/с [38]. Принимаем ориентировочную скорость жидкости wжор  0,01 м с и находим диаметр лабораторной колонны по формуле: d ор  4L  ж wжор  4  0,25  0,179 м , 996  3,14  0,01 (3.1.1) где  ж  996 кг м 3 – плотность воды при рабочей температуре 30°С. Принимаем диаметр лабораторной колонны d = 0,2 м. Полученный диаметр позволяет изготовить корпус колонны из стандартных царг высотой Hц = 300 мм. В соответствии с принятыми данными спроектируем блоки контактных тепломассообменных устройств, которые будут устанавливаться на опорные конструкции (газораспределительные решетки, уголки) с общей высотой 30 мм. При диаметре колонны d = 0,2 м в каждом блоке может умещаться до 4 теплообменных модулей. Независимо от конфигурации устройства в него будут входить только два типа теплообменных модулей, которые в дальнейшем будем называть большим и малым. Ширину большого Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 50

модуля принимаем равной 180 мм, малого – 140 мм. Полную высоту контактного устройства принимаем равной 270 мм для того, чтобы оно полностью умещалось в одной царге. Для подачи теплоносителя во внутреннее пространство теплообменных модулей предусмотрим штуцера с наружным диаметром 20 мм. В качестве теплоносителя будем использовать очищенную воду. Необходимость в разработке разборных теплообменных модулей отсутствует, поскольку в их внутренних пространствах протекают неагрессивные среды, не откладывающие солей и твердых включений. Также следует отметить, что изготовление разборного теплообменного модуля приведет к тому, что его боковые грани, образованные резиновой прокладкой, не будут участвовать должным образом в процессе теплообмена. Для лабораторной колонны диаметром 200 мм данный факт оказывает большое влияние на получаемую величину теплообменной поверхности одного блока контактного устройства и, соответственно, на его максимальную тепловую нагрузку. На основании вышесказанного принимаем цельносварную конструкцию теплообменных модулей контактного устройства. Общий вид сконструированных теплообменных модулей представлен на рисунке 3.1.1. Рисунок 3.1.1 - Общий вид сконструированных теплообменных модулей: а – большой модуль; б – малый модуль; 1 – стенки модулей; 2 – гофры; 3 – штуцеры Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 51

Имеем следующие габаритные размеры сконструированных теплообменных модулей (B – ширина; L – длина; H – высота): - для большого модуля: Bб  0,014 м ; Lб  0,18 м ; H б  0,27 м ; - для малого модуля: Bм  0,014 м ; Lм  0,14 м ; H м  0,27 м . Также выпишем параметры внутренних каналов теплообменных модулей (b – ширина; l – длина; S – проходное сечение; dэ – эквивалентный диаметр): - для большого модуля: bб  0,01м ; lб  0,176 м ; S б  1,76  10 3 м 2 ; d э1  18,9 10 3 м ; - для малого модуля: bм  0,01 м ; l м  0,136 м ; S м  1,36  10 3 м 2 ; d э2  18,6 10 3 м . Тогда средние значения проходного сечения и эквивалентного диаметра для внутреннего пространства тепломассообменного устройства имеют следующие значения: S б  S м 1,76  10 3  1,36  10 3 S   1,56  10 3 м 2 ; 2 2 (3.1.2) d э1  d э2 18,92  10 3  18,63  10 3 dэ    18,78 10 3 м . 2 2 (3.1.3) Находим поверхность теплообмена гофрированных пластин теплообменных модулей (без учета гофр): - пластина большого модуля Fб  H б Lб  0,27  0,18  0,0486 м 2 ; - пластина малого модуля Fм  H м Lм  0,27  0,14  0,0378 м 2 . Поперечное сечение гофр на пластинах представлено на рисунке 3.1.2. Рисунок 3.1.2 - Поперечное сечение гофр на пластинах Выпишем геометрические параметры гофр на пластинах теплообменных модулей:   70  центральный угол дуги для всех гофр; Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 52

  0,002 м – толщина стенки пластин; c  0,024 м  ширина участков пластин под гофрами; Lгб  0,058 м – длина гофр на пластинах большого модуля; Lгм  0,04 м – длина гофр на пластинах малого модуля. На каждой пластине располагается 8 гофр. Поверхность одной гофры: - на пластине большого модуля Fгб   R     3,14  0,02  0,002  70 Lгб   0,058  1,56  10 3 м 2 , (3.1.4) 180 180 - на пластине малого модуля Fгм   R     3,14  0,02  0,002  70 Lгм   0,04  1,08  10 3 м 2 . (3.1.5) 180 180 Коэффициенты гофрирования: - пластины большого модуля Fб  8cLгб  8Fгб ; Fб (3.1.6) 0,0486  8  0,024  0,058  8  1,56  10 3   1,027 , 0,0486 (3.1.7) K гб  K гб - пластины большого модуля K гм  K гм Fм  8cLгм  8Fгм ; Fм 0,0378  8  0,024  0,04  8  1,08  10 3   1,024 . 0,0378 (3.1.8) (3.1.9) Поверхность боковых граней: - большого модуля Fббок  2bб Lб  bб H б   2  0,01  0,18  0,01  0,27  0,009 м 2 , (3.1.10) - малого модуля Fмбок  2bм Lм  bм H м   2  0,01  0,14  0,01  0,27   0,0082 м 2 . (3.1.11) Тогда полная поверхность теплообмена одного блока будет равна - для блока с тремя модулями Fбл  2 Fб K гб  Fббок  4 Fм K гм  2 Fмбок ; (3.1.12) Fбл  2  0,0486  1,027  0,009  4  0,0378  1,024   2  0,0082  0,280 м 2 (3.1.13) Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 53

- для блока с четырьмя модулями Fбл  4 Fб K гб  2 Fббок  4 Fм K гм  2 Fмбок ; (3.1.14) Fбл  4  0,0486  1,027  2  0,009  4  0,0378  1,024   2  0,0082  0,389 м 2 (3.1.15) Варианты компоновок теплообменных модулей в поперечном сечении колонны из условия равенства площадей образуемых каналов для движения газожидкостной смеси представлены на рисунке 3.1.3. Рисунок 3.1.3 - Варианты компоновок теплообменных модулей: а – компоновка с тремя модулями; б – компоновка с четырьмя модулями Дальнейший расчет лабораторной колонны будем производить, приняв максимальную конфигурацию контактного тепломассообменного устройства (с четырьмя модулями). Рассчитаем общую площадь образуемых каналов для движения газожидкостной смеси в блоке контактного устройства (без учета насадки): d 2   2Bб Lб  Bм Lм  ; 4 (3.1.16) d 2   2 0,014  0,18  0,014  0,14  0,0224 м 2 . 4 (3.1.17)  S сеч  S сеч Согласно [39] имеем следующие параметры контактного устройства: удельная поверхность массообмена aн  240 м 2 м 3 ; свободный объем сетчатой насадки  н  0,98 . Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 54

Находим общую площадь образуемых каналов с учетом насадки:   н  0,0224  0,98  0,022 м 2 . S сеч  S сеч (3.1.18) Таким образом, имеем долю сечения, занимаемую контактным устройством   1 4S сеч d 2  4  0,022 3,14  0,2 2  0,3  30% . (3.1.19) 3.1.3 Материальный баланс процесса Плотность воздуха при рабочих условиях г  M г Tо P 28,98 273 760     1,166 кг м 3 , 22,4 T Pо 22,4 273  30 760 (3.1.20) где M г  28,98 кг кмоль – молярная масса воздуха. Массовый расход воздуха и инертного газа в колонне Gг  V г  1 10 3  1,166  1,166 10 3 кг с ; (3.1.21) G  Gв 1  y н   1,166  10 3  1  0,21  0,92 10 3 кг с . (3.1.22) Под инертным газом понимается только азот без учета других компонентов, содержащихся в атмосферном воздухе (аргона, углекислого газа и т.д.). Молярная масса азота составляет M ин  28 кг кмоль, тогда мольный расход инертного газа G 0,92  10 3 G   3,289 10 5 кмоль с . M ин 28 (3.1.23) Далее определим мольный расход поглотителя (воды). Молярная масса воды составляет M ж  18 кг кмоль , тогда имеем L L 0,25   0,0139 кмоль с . Mж 18 (3.1.24) Представим имеющуюся мольную долю кислорода в воздухе в виде относительной мольной концентрации: yн 0,21   0,2658 кмоль кмоль. (3.1.25) 1  yн 1  0,21 По справочной литературе [40, табл. 2.5] находим предельное содержание кислорода в воде при рабочих условиях Cк  0,0076 кг м 3 . Переведем начальную и конечную концентрации кислорода в воде в относительные мольные с помощью следующих формул: Yн  Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 55

Xн  C н 0,0015   1,506  10 6 кг кг ; в 996 (3.1.26) M ж X 18  1,506 10 6 Xн    0,847 10 6 кмоль кмоль ; Mк 32 C  0,0076 X к  к   7,631  10 6 кг кг ; в 996 M ж X 18  7,63  10 6 X к    4,292 10 6 кмоль кмоль , Mк 32 (3.1.27) (3.1.28) (3.1.29) где  ж  996 кг м 3 – и плотность воды при 30°С [41, табл. XXXIX]; M к  32 кг кмоль – молярная масса кислорода. С учетом требуемой степени насыщения воды кислородом имеем X к  X к  0,5  4,292  10 6  2,146  10 6 кмоль кмоль . (3.1.30) Уравнение материального баланса для лабораторной колонны имеет следующий вид: M  G Yн  Yк   L  X к  X н  . (3.1.31) Из уравнения (3.1.31) находим конечное содержание кислорода в отходящем воздухе: L Yк  Yн   X к  X н  (3.1.32) G 0,0139 Yк  0,2658   2,146  10 6  0,847 10 6  5 4,02  10    0,2653 кмоль кмоль ; (3.1.33) Рассчитаем массовый и мольный расходы компонента M  3,289 10 5 0,2658  0,2653  1,8  10 8 кмоль с . (3.1.34) Массовый расход компонента M  MM к  1,8  10 8  32  0,577  10 6 кг с . (3.1.35) 3.1.4 Средняя движущая сила процесса Рабочая линия массообменного процесса описывается уравнением (3.1.33) и строится на графике Y  f  X  в виде прямой линии, проходящей через две точки с координатами (Xн; Yн) и (Xк; Yк). Равновесную линию для сильно разбавленного раствора с малой концентрацией компонента можно представить с помощью закона Генри [42, стр. 438] Y  E X  mX , P (3.1.36) Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 56

где E – константа Генри; P – общее давление в системе; m  E P – константа фазового равновесия (коэффициент распределения). Зависимость (3.1.36) выражается прямой линией, проходящей через начало координат и имеющей угол наклона, тангенс которого равен m [42]. Для определения величины коэффициента m воспользуемся конечной точкой равновесной линии ( X к ; Yн) в соответствии с имеющимися данными по растворимости кислорода в воде [40]. Таким образом, получив исходные данные для графических построений, изобразим рабочую и равновесную линии массообменного процесса на диаграмме X – Y (см. рисунок 3.1.4). Рисунок 3.1.4 - Рабочая и равновесная линии массообменного процесса Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 57

Согласно рисунку 3.1.4 имеем значение константы фазового равновесия m  61932 . С помощью константы m определим равновесные концентрации кислорода в воде и воздухе: Yн*  mX н  61932  0,847 10 6  0,0525 кмоль кмоль ; (3.1.37) Yк*  mX к  61932  2,146  10 6  0,1329 кмоль кмоль ; (3.1.38) X н*  Yн 0,2658   4,292  10 6 кмоль кмоль ; m 61932 (3.1.39) X к*  Yк 0,2653   4,283  10 6 кмоль кмоль . m 61932 (3.1.40) Среднюю движущую силу процесса абсорбции рассчитаем через концентрации кислорода в жидкой фазе. Для этого предварительно находим большую и меньшую движущие силы: X м  X к*  X к  4,283  10 6  2,146  10 6   2,137  10 6 кмоль кмоль ; (3.1.41) X б  X н*  X н  4,292  10 6  0,847  10 6   3,445 106 кмоль кмоль ; X б X м  3,445  10 6 2,137  10 6 (3.1.42)  1,612 (3.1.43) Согласно уравнению (3.1.43) отношение X б X м  2 . На основании этого можем рассчитать среднюю движущую силу процесса по формуле: X ср  X ср X б  X м . 2 (3.1.44) 3,445  10 6  2,137  10 6   2,791  10 6 кмоль кмоль . 2 (3.1.45) 3.1.5 Требуемая поверхность массообмена Рассчитаем действительную скорость жидкости и приведенную скорость газа в каналах между теплообменными модулями по формуле: wж  4L  ж d 1    2 wг  4V d 2 1      4  0,25 996  3,14  0,2  1  0,3 2 4  0,001 3,14  0,2 2  1  0,3  0,0114 м с .  0,0455 м с . (3.1.46) (3.1.47) Перед расчетом коэффициента массопередачи необходимо определить величину удельной поверхности контакта фаз a, которая образуется на поверхности пузырей воздуха, движущихся в слое жидкости. Согласно литературным данным [43, стр. 156] удельную поверхность контакта фаз в барботажном слое можно найти по следующей формуле: Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 58

a 6 г , dп (3.1.48) где г – истинное газосодержание; d п – средний размер газовых пузырей. Газосодержание при вертикальном прямоточном движении газожидкостной смеси в системе вода – воздух можно рассчитать по следующей формуле [44, стр. 92]:    г  г  0,26 ж  г    0,125 , (3.1.49) где β – расходное газосодержание, определяемое по формуле:  wг 0,0455   0,799 , wг  wж 0,0455  0,0114 (3.1.50) тогда имеем  996  1,166  г  0,26  0,799   1,166  0,125  0,483. (3.1.51) Средний диаметр газовых пузырей можно найти по формуле [43, 442]: dп  3 6d о  6  0,008  0,0712 3  0,007 м , g 9,81  996  1,166  (3.1.52) где d о  8 мм – диаметр отверстий барботера;   0,0712 н м – коэффициент поверхностного натяжения воды при 30°С [41, табл. XXIV];    ж   г – разница плотностей взаимодействующих фаз. Подставляя численные значения, находим удельную поверхность контакта фаз: a 6  0,483  411м 2 м 3 . 0,007 (3.1.53) В области пузырькового режима барботажа ( wг  0,14 м с ) можем рассчитать с достаточной для инженерных расчетов точностью коэффициент массоотдачи в жидкой фазе  ж с помощью уравнения [44, стр. 74]: 0, 5 0,5 Sh об  0,085 Re 0,5 г Re ж Sc ж . (3.1.54) Критериями подобия в уравнении (3.1.51) являются Sh об  2 wd  w d   ж ad экв ж ; Re г  г экв ж ; Re ж  ж экв ж ; Sc ж  , (3.1.55) ж ж  ж Dж Dж Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 59

где Dж  коэффициент диффузии кислорода в воде; d э  эквивалентный диаметр контактного устройства;  ж  0,804  10 3 Па  с – коэффициент динамической вязкости воды при 30°С [41, табл. XXXIX]; Shоб – критерий Шервуда с объемным коэффициентом массопереноса; Reж, Reг – критерии Рейнольдса, рассчитанные по скорости жидкости и газа; Scж – критерий Шмидта. Коэффициент диффузии кислорода в воде при температуре 30°С определим по формуле [41, стр. 540]: ж Dж  D20 1  0,02t  20; (3.1.56) Dж  2,1  10 9  1  0,02  30  20  2,5  10 9 м 2 с . (3.1.57) где Dж  2,1  10 9 м 2 с – коэффициент диффузии кислорода в воде при температуре 20°С. Эквивалентный диаметр каналов контактного устройства найдем по формуле: d экв  41    4  0,3   0,0117 м . aн 240 (3.1.58) Критерии подобия Re г  Re ж  0,0455  0,0117  996 0,804  10 3 0,0114  0,0117  996 0,804  10 3 Sc  0,804  10 -3 996  2,5  10 9  658 ; (3.1.59)  165 ; (3.1.60)  320 . (3.1.61) Подставляя численные значения, находим критерий Шервуда: Sh об  0,085  658 0,5  1650,5  320 0,5  501 . (3.1.62) Тогда коэффициент массоотдачи кислорода от границы раздела фаз в ядро потока жидкости будет иметь значение: ж  Sh об Dж 2 ad экв  501  2,5  10 9 411  0,0117 2  2,254  10 5 м с . (3.1.63) Выразим полученный коэффициент  ж с учетом ранее выбранных единиц для массы распределяемого вещества и движущей силы процесса:   кмоль м  с  .  ж  2,254  10 5  ж  0,143 10 3  996  0,0224 кг м 2  с ; (3.1.64)  ж  0,0224 M вод  0,0224 18  1,25 10 3 (3.1.65) 2 Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 60

При больших значениях константы фазового перехода m, иначе говоря, для плохо растворимых газов допускается пренебречь диффузионным сопротивлением в газовой фазе. Тогда коэффициент массопередачи кислорода из воздуха в воду принимается равным коэффициенту массоотдачи кислорода от границы раздела фаз в ядро потока жидкости, т.е. K x   ж  1,25  10 3 кмоль м 2  с . Зная значение коэффициента массопередачи, находим требуемую поверхность контакта фаз по формуле:   M 1,8  10 8 2 F   5 , 2 м . K x X ср 1,25  10 3  2,791  10 6 (3.1.66) Тогда имеем требуемую высоту контактного устройства H сл  F 5,2   0,57 м , aS сеч 411  0,022 (3.1.67) где S сеч  0,022 м 2 – площадь каналов контактного устройства для движения газожидкостной смеси. Для обеспечения заданной степени насыщения воды кислородом принимаем в работу 2 царги с блоками контактных устройств. В таком случае общая рабочая высота контактных устройств в лабораторной колонне будет составлять H сл  0,6 м . 3.1.6 Тепловой расчет лабораторной колонны Перед началом теплового расчета примем следующие допущения: 1. В лабораторной колонне производится нагрев всей газожидкостной смеси от поверхности теплообменных модулей контактного устройства. Теплообмен между жидкостью и газом в барботажном слое не учитывается. 2. Тепловые потери через стенки корпуса лабораторной колонны и тепло, необходимое для нагрева воздуха в газожидкостной смеси, пренебрежимо малы и в расчете тепловой нагрузки теплообменных модулей контактного устройства не учитываются. В соответствии с исходными данными рассчитаем среднюю температуру газожидкостной смеси в лабораторной колонне: t ср  t1  t 2  2  15  30 2  22,5С . Далее находим контактного устройства тепловую нагрузку теплообменных Q  Lct 2  t1   0,25  4188  30  15  15705 Вт , (3.1.68) модулей (3.1.69) где c  4188 Дж кг  К – теплоемкость воды при температуре 22,5°С [41]. Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 61

В качестве горячего теплоносителя принимаем подогретую воду, которая подается во внутреннее пространство теплообменных модулей контактного устройства и последовательно движется в них по схеме, представленной на рисунке 3.1.5. Рисунок 3.1.5 - Схема движения теплоносителей в контактном устройстве На рисунке 3.1.5 видно, что в контактном устройстве организован смешанный ток движения теплоносителей. Среднюю движущую силу процесса рассчитаем в условиях противотока с учетом поправочного коэффициента  t . Принимаем начальную и конечную температуры горячего теплоносителя: 1  50С ,  2  40С . Тогда диаграмма для определения средней движущей силы процесса будет иметь вид, представленный на рисунке 3.1.6. Рисунок 3.1.6 - Диаграмма для определения средней движущей силы процесса Большая и меньшая разницы температур: t м  1  t 2  50  30  20С ; t б   2  t1  40  15  25С . (3.1.70) (3.1.71) Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 62

Средняя разность температур в условиях противотока теплоносителей t ср.прот  t б  t м 25  20   22,5С . 2 2 (3.1.72) Параметры для условий смешанного тока теплоносителей P t 2  t1 30  15   0,43 ; 1  t1 50  15 (3.1.73) R 1   2 50  40   0,66 . t 2  t1 30  15 (3.1.74) В соответствии со справочной литературой [45, рис. 6.9] имеем значение поправочного коэффициента  t  0,95 . Тогда средняя разность температур при смешанном токе теплоносителей будет иметь значение: t ср   t t ср.прот  0,95  22,5  21,4С . (3.1.75) Средняя температура горячего теплоносителя  ср  t ср  t ср  21,4  22,5  43,9С. (3.1.76) По справочной литературе [41] находим теплофизические свойства теплоносителей: - холодный теплоноситель (вода в колонне) при t ср  22,5С   997,5 кг м 3 ,   0,604 Вт м  К ,   0,951  10 3 Па  с ; - горячий теплоноситель (вода внутри модулей) при  ср  43,9С. c т  4180 Дж кг  К ,  т  990 кг м 3 ,  т  0,64 Вт м  К ,  т  0,614 10 3 Па  с . Находим расход горячего теплоносителя по формуле: Gт  Q 15705   0,376 кг с . c т 1   2  4180  50  40 (3.1.77) Рассчитаем критерий Рейнольдса для горячего теплоносителя (во внутреннем пространстве теплообменных модулей контактного устройства): wт d э  т G т d э 0,376  18,8  10 3 Re т     7366 . S ср  т 1,56 10 3  0,614  10 3 т (3.1.78) Коэффициент теплоотдачи со стороны горячего теплоносителя при турбулентном режиме его движения (50 < Re < 20000) будем рассчитывать с помощью следующего критериального уравнения [46, стр. 178]: Nu т  0,135  Re 0,73 Prт0,43 , т (3.1.79) Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 63

где Prт – критерий Прандтля для горячего теплоносителя, определяемый по следующей формуле: Prт  c т  т 4180  0,614  10 3   4,01. т 0,64 (3.1.80) Подставляя численные значения, получим: Nu т  0,135  7366 0,73  4,010,43  163,2 ; 1   (3.1.81)  Nu т  т 163,2  0,64   5563 Вт м 2  К .  3 dэ 18,8 10 (3.1.82) Принимаем по [46, стр. 377] термические сопротивления загрязнений со стороны горячего и холодного теплоносителей: r1  r2  2  10  4 м 2  К Вт . Тогда сумма термических сопротивлений:    rз  r1    rз  2  10 4  ст   r2 ; (3.1.83)   0,002  2  10 4  4,43  10 4 м 2  К Вт 46,5 (3.1.84) Коэффициент теплоотдачи от поверхности теплообменных элементов к восходящей газожидкостной смеси будем рассчитывать с помощью следующего критериального уравнения [44, стр. 69]: Pr ,  Nu  1   1 / 2 K б1/4 (3.1.85)  где Nu  l сл  – критерий Нуссельта;   2,2 – константа; lсл   2 g  1/ 3 – масштаб толщины пристенного слоя; K б  wг g 1 / 3 – критерий режима барботажа; Pr – критерий Прандтля;  – средняя безразмерная разность температур;   9,53  10 -7 м 2 с – коэффициент кинематической вязкости воды при температуре 21,4°С. Имеем l сл    9,53  10 7    2 1/ 3 9,81   4,05  10 5 м ;  K б  0,045 9,53  10 7  9,81 1/ 3  2,28 . (3.1.86) (3.1.87) С целью определения значения Pr  в уравнении (3.1.85) необходимо рассчитать максимальное безразмерное расстояние от турбулентного ядра потока до теплообменной поверхности по формуле [44, стр. 69]: max  1  1 / 2 K б1/4 y l сл , (3.1.87) Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 64

где y – расстояние от теплообменной поверхности, на котором температура газожидкостной смеси претерпевает основное изменение. Указанную величину y в применении к контактному устройству рассчитаем по формуле: y  0,5 A max  B   0,5  0,024 - 0,014   0,005 м , (3.1.88) где Amax  0,024 м – максимальное расстояние между теплообменными модулями контактного устройства; B = 0,014 м – ширина теплообменных модулей. Находим искомую величину max  2,2  1  0,4831 / 2  2,281/4  0,005 4,05  10 5  240 . (3.1.89) С учетом полученного значения имеем Pr   0,13 [44, рис. 14]. Подставим все необходимые данные в формулу (3.1.85) и получим Nu  2,2  1  0,4831 / 2  2,281/4  0,13  0,253 . 2   (3.1.90)  Nu 0,253  0,604   3768 Вт м 2  К .  5 l сл 4,05  10 (3.1.91) Рассчитаем коэффициент теплопередачи с помощью уравнения аддитивности термических сопротивлений: K K 1  1   1      rз     1   2  1  1  4  1     4,43  10     5563   3768  ; (3.1.92)    1126 Вт м 2  К . (3.1.93) Требуемую поверхность теплообмена рассчитаем по основному уравнению теплопередачи: Fтр  Q 15705   0,653 м 2 . Kt ср 1126  21,4 (3.1.94) Для обеспечения требуемой поверхности теплообмена будет достаточным наличие ранее принятой конфигурации лабораторной колонны с двумя блоками контактных тепломассообменных устройств (см. подраздел 3.1.5). Общая поверхностью теплообмена в таком случае будет составлять Fуст  2 Fбл  2  0,389  0,778 м 2 . (3.1.95) Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 65

Запас по теплообменной поверхности  Fуст  Fтр Fтр  100 %  0,778  0,653  100 %  19,2 % . 0,653 (3.1.96) 3.1.7 Полная высота лабораторной колонны По результатам технологических расчетов было получено, что для обеспечения заданной степени насыщения воды кислородом и для нагрева газожидкостной смеси до требуемой температуры необходима установка двух блоков контактных тепломассообменных устройств. С учетом ранее принятой высоты одного блока H бл  0,3 м будем иметь высоту рабочей части лабораторной колонны H раб  2 H бл  2  0,3  0,6 м . Далее зададим и распишем функциональные зоны лабораторной колонны по отдельным царгам. В первую очередь предусмотрим барботер для диспергирования газа в жидкости. Барботер устанавливается в самой нижней царге колонны, а высота этой царги служит для равномерного распределения газа по поперечному сечению аппарата, т.е. имеем H расп  0,3 м . В следующих двух царгах располагаются блоки контактных тепломассообменных устройств с рабочей высотой H раб  0,6 м . Отвод рабочей жидкости из колонны осуществляется из четвертой царги, а по ее высоте поддерживается необходимый уровень газожидкостной смеси, т.е. имеем H ур  0,3 м . Пятая царга является сепарационной и служит для отделения капель жидкости от отходящего газового потока. Высота сепарационной части H сеп  0,3 м . Таким образом сборка корпуса лабораторной колонны будет осуществляться из пяти царг, тогда ее общая высота будет составлять H к  H расп  H раб  H ур  H сеп  0,3  0,6  0,3  0,3  1,5 м . 3.2 Прочностной расчет лабораторной колонны 3.2.1 Цель подраздела и исходные данные к прочностному расчету Целями данного подраздела являются - проверка условия прочности корпуса лабораторной колонны и прочностной расчет плоского днища, находящихся под действием внутреннего избыточного давления столба газожидкостной смеси (в рабочих условиях) и столба жидкости (в условиях гидроиспытаний); - проверка условия устойчивости нижней царги лабораторной колонны, находящейся под действием осевого сжимающего усилия. Исходные данные к прочностному расчету: - внутренний диаметр лабораторной колонны D  d  0,2 м ; - высота отдельных царг корпуса колонны H ц  0,3 м ; - полная высота лабораторной колонны H к  1,5 м ; Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 66

- высота рабочей части лабораторной колонны H раб  0,6 м ; - высота сепарационной части лабораторной колонны H сеп  0,3 м ; - свободный объем контактного устройства   0,7 ; - высота теплообменных модулей H м  0,27 м ; - площадь поперечного сечения большого и малого модулей соответственно S1  0,0176 м 2 ; S 2  0,0136 м 2 ; - масса блока контактного устройства M бл  9 кг ; - материал царг – органическое стекло марки СО-95-К; - толщина стенки царг S  10 мм ; - толщина и диаметр фланцев соответственно: S ф  0,02 м , Dф  0,3 м ; - толщина прокладок между царгами S пр  0,003 м ; - плотность воды при температуре 20°С  в  998 кг м 3 ; - плотность газожидкостной смеси  гж  515,3 кг м 3 . 3.2.2 Расчетные параметры Определим расчетные параметры для корпуса и днища лабораторной колонны. В качестве расчетной температуры принимаем максимальную температуру газожидкостной смеси внутри колонны, т.е. t р  30С . За расчетное давление принимаем гидростатическое давление столба газожидкостной смеси, рассчитываемое по формуле: p р   гж gH гж  515,3  9,81 1,2  6066 Па , (3.2.1) где Hгж = 1,2 м – рабочая высота газожидкостного слоя. Определим пробное давление и температуру для корпуса и днища лабораторной колонны в условиях гидроиспытаний под наливом воды. Принимаем температуру воды в условиях гидроиспытаний t пр  20С . Пробное давление рассчитаем по формуле: pпр   в gH в  998  9,81 1,35  13217 Па , (3.2.2) где Hв = 1,35 м – высота уровня воды в условиях гидроиспытаний. 3.2.3 Проверка условия прочности корпуса лабораторной колонны Условия прочности для лабораторной колонны имеют вид pр   p  ; pпр   p  , где  p  – допускаемое внутреннее избыточное давление, рассчитываемое по формуле: Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 67

 p  2 кл S  c  , D  S  c  (3.2.3) где   66 МПа – допускаемые напряжения органического стекла марки СО95-К согласно [47]; с – суммарная прибавка к толщине стенки, принимаемая равной нулю ввиду отсутствия коррозии и эрозии; кл – коэффициент прочности клеевого шва, определяемый по формуле: кл  см   45  0,68 , 66 (3.2.4) где см  45 МПа – допускаемые напряжения растяжения эпоксиднодиановой неотвержденной смолы [48, 49], с помощью которой осуществляется склейка царг. Подставляя численные значения в формулу (3.2.3), получим:  p  2  66  0,68  0,01  4,3 МПа. 0,2  0,01 (3.2.5) Проверим условия прочности: pр   p  ; 6,066  10 3 МПа  4,3 МПа ; pпр   p  ; 13,217  10 3 МПа  4,3 МПа , т.е. условия прочности выполняются. 3.2.4 Расчет плоского днища на прочность Прочностной расчет плоского днища лабораторной колонны будем проводить в условиях гидроиспытаний, так как при их проведении будет иметь место максимальное избыточное давление, оказываемое на днище. Толщина плоского днища принимается по формуле [50]: S1  S1p  c , (3.2.6) где c  1мм – суммарная прибавка к толщине стенки; S1р – расчетная толщина стенки днища, которая определяется по формуле [50]: S1р  KK о Dр p пр  , (3.2.7) где K  0,4 – коэффициент конструкции днища по 11 типу [50]; K о – коэффициент ослабления днища; Dр  0,26 м – расчетный диаметр днища, соответствующий диаметру болтов фланцевых соединений;   1 – Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 68

коэффициент прочности сварного шва;   184 МПа – допускаемые напряжения при 20°С [51, табл. А.3] для стали 12Х18Н10Т. Коэффициент Kо определим для наиболее ослабленного сечения днища А – А (см. рис. 3.2.1). Представленные на рисунке 3.2.1 диаметры отверстий в днище имеют следующие значения: d1  d 2  20 мм , наружный диаметр днища составляет 300 мм. Рисунок 3.2.1- Схема наиболее ослабленного сечения плоского днища Коэффициент ослабления днища рассчитаем по формуле: 3 3   di   0,02  0,02   1  1    Dр  0 , 26       1,085 . Kо    di   0,02  0,02  1    1   Dр  0 , 26     (3.2.8) Находим расчетную толщину стенки днища: 0,0132  1мм ; 1  184 S1  1  1  2 мм . S1p  0,4  1,085  0,26  (3.2.9) (3.2.10) С учетом формулы (3.2.6) принимаем исполнительную толщину стенки плоского днища S1  3 мм и находим допускаемое давление по формуле [50]: 2 2  S1  c  0 , 003  0 , 001        p     184  1  0,058 МПа . (3.2.11)  KK D 0 , 4  1 , 085  0 , 26   о р  Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 69

Проверим условие прочности p   p; 0,015 МПа  0,058 МПа , то есть условие прочности выполняется. 3.2.5 Масса лабораторной колонны В первую очередь определим объем свободного пространства лабораторной колонны, который будет заполнен либо газожидкостной смесью (в рабочих условиях), либо водой ( в условиях гидроиспытаний). Полный объем внутреннего пространства Vполн D 2 3,14  0,2 2  Hк   1,5  0,0471м 3 . 4 4 (3.2.12) Объем занимаемый контактными устройствами Vку 3,14  0,2 2 D 2  H раб 1      0,6  1  0,7   5,65 10 3 м 3 . 4 4 (3.2.13) Объем оставшихся внутренних устройств принимаем в количестве 5% от полного объема внутреннего пространства колонны, т.е. имеем: Vустр  0,05Vполн  0,05  0,0471  2,35  10 3 м 3 . (3.2.14) Объем, занимаемый газожидкостной смесью в рабочих условиях гж Vраб  Vполн  Vустр  Vконт  гж Vраб  0,0471  2,35  10 3  5,65 10 3 D 2 H сеп ; 4 (3.2.15) 3,14  0,2 2   0,3  0,0297 м 3 . (3.2.16) 4 Объем, занимаемый водой в условиях гидроиспытаний в Vисп  Vполн  Vустр  Vконт D 2  H полн  H в  ; 4 (3.2.17) в Vисп  0,0471  2,35  10 3  5,65  10 3  3,14  0,2 2   1,5  1,35  0,0343 м 3 4 где Hв = 1,35 – высота уровня воды в условиях гидроиспытаний. Масса колонны рассчитывается по формуле: 5 M к  1,1 M цi  2 M ку , (3.2.18) (3.2.19) i 1 Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 70

где значение 1,1 принимается в качестве поправочного коэффициента, учитывающего массу внутренних устройств. Масса одной царги    Dф2  D 2  M ц  D  S SH ц  2 S ф  4      со ,   3,14  0,3 2  0,2 2  M ц   3,14  0,2  0,01  0,01  0,3  2  0,02  4   4 ,2 кг. (3.2.20)  1180    (3.2.21) где  со  1180 кг м 3 – плотность органического стекла марки СО-95-К [47]. По формуле (3.2.19) находим: M к  1,1  5  4,2   2  9  41кг. (3.2.22) Масса газожидкостной смеси в аппарате в рабочих условиях гж M гж  Vраб  гж  0,0297  515,3  15,3 кг. (3.2.23) Масса воды в условиях гидроиспытаний ж M ж  Vисп  в  0,0343  998  34,3 кг . (3.2.24) Масса теплоносителя в каналах теплообменных модулей: M т  22S1 H м   2S 2 H м  т ;    (3.2.25)  M т  2 2 1,76  10 3  0,27  2 1,36  10 3 0,27  990  3,3 кг . (3.2.26) Масса колонны при рабочих условиях: M раб  M к  M гж  M т  41  15,3  3,3  59,7 кг. (3.2.27) Масса колонны при гидроиспытаниях: M исп  M к  M ж  41  34,3  75,3 кг. (3.2.28) 3.2.6 Проверка условия устойчивости нижней царги Проверим самую нижнюю царгу корпуса лабораторной колонны на устойчивость от осевого сжимающего усилия, образующегося от веса остальных царг корпуса, контактных устройств и теплоносителя в их внутренних каналах. Определим величину осевого сжимающего усилия: M сж  M к  М т  41  3,3  44,3 кг . (3.2.29) F  M сж g  44,3  9,81  435 Н  4,35  10 -4 МН. (3.2.30) Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 71

Допускаемое осевое сжимающее усилие рассчитаем по формуле [50]: F   F п , 2  F п   1     F  E  (3.2.31) где допускаемое осевое сжимающее усилие из условия прочности F п  D  S  S   3,14  0,2  0,01  0,01  66  0,435 МН, (3.2.32) а допускаемое осевое сжимающее усилие в пределах упругости из условия устойчивости при H D  10 : F E F E 31,0  10  5 E  D ny 2 100S   D  31,0 10 5  2900 100  0,01   0,2 2   2,4  0,2  2 ,5 ; (3.2.33) 2, 5  0,838 МН , (3.2.34) где E  2900 МПа – модуль продольной упругости органического стекла при рабочей температуре [47]; n y  2,4 – коэффициент запаса устойчивости. По формуле (3.2.31) получим F   0,435  0,435  1    0,838  2  0,386 МН. (3.2.35) Проверим условие устойчивости: F 4,35  10 4   0,0011  1, F  0,386 т.е. условие устойчивости выполняется. 3.3 Подбор оборудования насосно-компрессорного и вспомогательного К лабораторному стенду необходимо подобрать следующее насоснокомпрессорное и вспомогательное оборудование в соответствии с разработанной технологической схемой (см. рисунок 2.4.1): - насос для подачи рабочей жидкости в колонну; - насос для подачи горячего теплоносителя во внутреннее пространство теплообменных модулей контактных устройств; - компрессор для подачи сжатого воздуха в колонну; - буферная емкость для рабочей жидкости; Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 72

- буферная емкость с трубчатым электронагревателем для горячего теплоносителя. 3.3.1 Подбор насосно-компрессорного оборудования В первую очередь подберем насосы для рабочей жидкости и теплоносителя. Массовый расход рабочей жидкости в соответствии с исходными данными составляет 0,25 кг/с (0,9 м3/ч). Массовый расход теплоносителя в соответствии с тепловыми расчетами (см. подраздел 3.1.6) составляет 0,376 кг/с (1,4 м3/ч). Принимаем с запасом максимальный объемный расход для данных потоков в количестве Qmax  1,8 м 3 ч . Тогда диаметр трубопроводов с учетом экономически выгодной скорости жидкости wопт  1,5 м с составляет d Qmax 1,8   0,0206 м . 0,785wопт  3600 0,785  1,5  3600 (3.3.1) Из сортамента [52] принимаем стандартную трубу Ø 25  2,5 мм с внутренним диаметром d  d н  2  25  2  2,5  20 мм . (3.3.2) Тогда действительная скорость жидкости в трубопроводах будет составлять: w 4Q d 2  4  1,8 3,14  0,02 2  3600  1,59 м с . (3.3.3) Требуемый напор насоса для подачи рабочей жидкости в колонну (в соответствии с рисунком 3.3.1) определим по следующей формуле: H треб  z  H ур  hпот , (3.3.4) где z  0,7 м – высота отметки уровня колонны от выходящего патрубка насоса; H ур  1,2 м – высота уровня жидкости в колонне; hпот – потери напора на трение и местные сопротивления в трубопроводе, определяемые по формуле Дарси - Вейсбаха [53]: hпот 2  l w       ,  d  2g (3.3.5) где   безразмерный коэффициент трения; l  4 м – полная длина трубопровода рабочей жидкости;    16,4 – суммарный коэффициент местных сопротивлений. Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 73

Рисунок 3.3.1 – К расчету требуемых напоров насосов лабораторного стенда Рабочая жидкость, физические параметры подаваемая в колонну, имеет следующие при температуре 15°С:   999 кг м 3 ,   1,14 10 3 Па  с [41, стр. 537], тогда критерий Рейнольдса будет иметь величину: Re  wd 1,59  0,02  999   27900 .  1,14  10 3 (3.3.6) Безразмерный коэффициент трения рассчитаем с помощью формулы А.Д. Альтшуля [53]:   68    0,11     d Re  0,25 ; (3.3.7) 0,25  0,1  10 3 68    0,11    0,032 . (3.3.8)  0 , 02 27900   3 где   0,1  10 м – средняя высота выступов для новой стальной трубы [53]. Имеем 4   1,59 2 hпот   0,032   16,4    2,95 м . (3.3.9) 0 , 02 2  9 , 81   Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 74

Потери напора на трение непосредственно в лабораторной колонне пренебрежительно малы и в расчетах не учитываются. Так, по формуле (3.3.4) находим: H треб  0,7  1,2  2,95  4,85 м . (3.3.10) Таким образом имеем требуемые параметры для насоса подачи рабочей жидкости в колонну: Qтреб  1,8 м 3 ч , H треб  4,85 м . Находим в каталоге компании «ГМС Ливгидромаш» [54] подходящий вихревой насос марки ВК 1/16 со следующими параметрами: Q  3,4 м 3 ч , H  16 м , N  1,2 кВт . Требуемый напор для транспортировки горячего теплоносителя т т H треб  z  H т  hпот  2hустр , (3.3.11) Hт = 0,9 м – высота подъема теплоносителя; hустр  потери напора во т внутренних каналах теплообменных модулей контактных устройств; hпот  потери напора на трение и местные сопротивления в трубопроводе для теплоносителя, определяемые по формуле: т hпот 2  lт w    т   т   hустр , d 2 g   (3.3.12) где  т  безразмерный коэффициент трения для горячего теплоносителя; l т  6 м – полная длина трубопровода теплоносителя;    29 – суммарный коэффициент местных сопротивлений. Коэффициент трения для горячего трения также определим по формуле А.Д. Альтшуля:   68   0,11    d Re т    0,25 , (3.3.13) где Reт – критерий Рейнольдса для теплоносителя, определяемый по формуле Re  wd т 1,59  0,02  990   51350 , т 0,614 10 3 (3.3.14) где  т  990 кг м 3  плотность теплоносителя при температуре 44°С;  т  0,614  10 3 Па  с – вязкость теплоносителя при температуре 44°С. Коэффициент трения  0,1  10 3 68   т  0,11   51350   0,02 0,25  0,031 . (3.3.15) Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 75

Потери напора на трение и местные сопротивления т hпот 6   1,59 2   0,031   29    4,95 м . 0,02   2  9,81 (3.3.16) Гидравлическое сопротивление внутреннего пространства теплообменных модулей контактного устройства найдем по формуле: hустр   wв2 lв    в    в  , d 2 g  экв  (3.3.17) где l в  1,2 м – общая длина пути теплоносителя; d экв  18,8 10 3 м – эквивалентный диаметр;   устр  47 – суммарный коэффициент местных сопротивлений; wв  0,32 м с – средняя скорость теплоносителя внутри модулей;  в – коэффициент трения, рассчитываемый по формуле Альтшуля:   68    в  0,11   d Re  экв в  0,25  0,1  10 3 68   0,11   3 9700   18,8  10 0,25  0,0367 , (3.3.18) Re в  9700 – критерий Рейнольдса для теплоносителя во внутреннем пространстве теплообменных модулей контактного устройства. По формуле (3.3.17) находим hустр   0,32 2 1,2   0,0367   47    0,194 м . 3 2  9 , 81 18 , 8  10   (3.3.19) Тогда требуемый напор для транспортировки горячего теплоносителя т H треб  0,7  0,9  4,95  2  0,194  6,94 м . (3.3.20) По полученным параметрам подбираем вихревой насос марки ВК 1/16, аналогичный ранее принятому насосу для подачи рабочей жидкости в колонну. Подачу сжатого воздуха в лабораторную колонну будем осуществлять с помощью компрессора. Требуемое давление для него будет соответствовать максимальному гидростатическому давлению столба жидкости в колонне, которое, в свою очередь, составляет 12 кПа. Потерями давления за счет трения в трубопроводах можно пренебречь (ввиду их малости). Таким образом имеем P  12 кПа . Максимальный объемный расход сжатого воздуха в соответствии с исходными данными составляет V  0,001м 3 с или 3,6 м3/ч, что также будет являться требуемым параметром для подбора компрессора. По полученным параметрам подбираем из каталога компании «REMEZA» [55] поршневой компрессор модели СБ4/С-50.LB24 с прямым Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 76

приводом и ресивером объемом 24 литра. Характеристики подобранного компрессора: V  12 м 3 ч , P  8 бар , N  1,5 кВт . 3.3.2 Подбор вспомогательного оборудования Рассчитаем требуемый объем емкостей для буферного хранения рабочей жидкости и теплоносителя, исходя из минимального времени, необходимого для проведения экспериментов. Минимальное время, необходимое для снятия кривых отклика лабораторной колонны на импульсное возмущение, составляет 400 секунд. С учетом максимального объемного расхода рабочей жидкости и теплоносителя в количестве Vmax  1,8 м 3 ч будем иметь следующий требуемый объем емкостей Vтр  Vmax  1,8  400   0,2 м 3 . 3600 3600 (3.3.21) Принимаем степень заполнения сосуда φ = 85% с учетом внутренних устройств и средств КИПиА. Тогда полный объем емкости будет составлять V Vтр 0,85  0,2  0,235 м 3 . 0,85 (3.3.22) Таким образом, в соответствии с [56] подбираем две емкости объемом 0,25 м типа ВЭП исполнение 2 как для рабочей жидкости, так и для горячего теплоносителя. 3 Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 77

4 ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 4.1 Организационная часть В организационной части раздела требуется составить полный график работ по проектированию, монтажу и проведению научных исследований на лабораторном стенде. В результате должен быть получен сетевой график всех работ, связанных с лабораторным стендом, найден поздний срок завершения данных работ и резерв времени на их проведение. График планово-предупредительных ремонтов лабораторной колонны представлен в таблице 4.1.1. В таблице 4.1.1 приняты следующие сокращения: ТО – техническое обслуживание, ТР – текущий ремонт. Месяц Январь Февраль Март Апрель Май Июнь Июль Август Сентябрь Октябрь Ноябрь Декабрь Таблица 4.1.1 - График планово-предупредительных ремонтов лабораторной колонны ТО, ТР ТО - ТО - ТО - ТР - ТО - ТО - Приведем список всех событий и проводимых между ними работ (таблица 4.1.2), для которых рассчитаем ожидаемую продолжительность по формуле [57]: t ож  3t min  2t max , 5 (4.1.1) где t min  наименьшее время исполнения; t max  наибольшее время исполнения. № 1 Таблица 4.1.2 - Расчет ожидаемой продолжительности работ t min , t max , Работа между Событие событиями дней дней t ож , дней Задание получено Изучение задания 1 2 1,4 2 Задание изучено Обоснование конструкции, подбор материалов 2 3 2,4 3 Конструкция обоснована, материалы подобраны Проектировочный расчет 12 15 13,2 Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 78

Продолжение таблицы 4.1.2. 4 Проектировочный расчет выполнен Разработка чертежей 10 12 10,8 5 Чертежи разработаны Проведение консультаций 10 10 10 6 Консультации проведены Согласование установки стенда 1 1 1 7 Установка согласована Завершение проектирования 1 1 1 8 Проектирование завершено Заготовка материалов и оборудования 3 4 3,4 9 Оборудование и материалы заготовлены 1 2 1,4 10 Внутренние устройства изготовлены 2 3 2,4 11 Монтаж опоры и площадки выполнен 1 2 1,4 12 Монтаж колонны выполнен Изготовление внутренних устройств Монтаж опоры и площадки обслуживания Монтаж лабораторной колонны Установка вспомогательного оборудования Подключение коммуникаций и монтаж трубопроводов Монтаж средств КИПиА Подключение оборудования к электрической сети 2 2 2 3 4 3,4 1 2 1,4 1 1 1 Установка щита управления 1 1 1 Проведение пуска и наладки стенда 1 1 1 7 8 7,4 5 7 5,8 13 14 15 16 17 Вспомогательное оборудование установлено Коммуникации подключены Средства КИПиА смонтированы Оборудование подключено к электрической сети Щит управления установлен 18 Пуск и наладка проведены 19 Исследования проведены Проведение исследований Обработка экспериментальных данных Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 79

Продолжение таблицы 4.1.2. 20 Данные обработаны Проведение консультаций 6 6 6 21 Консультации проведены Оформление результатов 2 4 2,8 22 Результаты оформлены Завершение исследований 1 1 1 23 Исследования завершены Сумма всех работ 74 92 81,2 Построим сетевой график и представим его на рисунке 4.1.1. На графике видно, что некоторые работы могут проводиться параллельно. Рисунок 4.1.1 - Сетевой график работ, связанных с лабораторным стендом Исходя из рисунка 4.1.1, находим критический путь, состоящий из следующих событий: 1 - 2 - 3 - 4 - 5 - 8 - 9 - 11 - 13 - 14 - 15 - 17 - 18 - 19 - 20 22 - 23. Общая продолжительность критического пути t Lкp  60,4 дней . Далее определим ранний и поздний сроки окончания работ, а также полный резерв времени работ.   Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 80

Ранний и поздний сроки свершения события рассчитываются по формулам [57]: Ti р  t L j  i max  ; (4.1.2)   Tiп  t Lкр  t Li  C max  , (4.1.3) где t L j  i max  – продолжительность максимального из путей от исходного события до данного события i; t Li  C max  – длительность максимального из путей от события i до завершающего события C. р Ранний срок начала работы Ti рн j равен Ti . Ранний срок окончания работы определяется по формуле [57]: р ож Ti ро j  Ti  t i j . (4.1.4) п Поздний срок окончания работы Tiпо j равен Ti . Поздний срок начала работы определяется по формуле [57]: п ож Tiпн j  Ti  t i j . (4.1.5) Расчет сетевого графика осуществим табличным методом. Результаты расчета представим в таблице 4.1.3. Полный резерв времени по каждой работе обозначается символом Ti рп j . Таблица 4.1.3 - Расчет сетевого графика работ Событие Параметр сети, дни Предшест вующее i Последую щее j Ti рн j t iожj Ti ро j Tiпн j t iожj Tiпо j Ti рп j 1 2 0 1,4 1,4 0 1,4 1,4 0 2 3 1,4 2,4 3,8 1,4 2,4 3,8 0 2 6 1,4 10 11,4 16,8 10 26,8 15,4 3 4 3,8 13,2 17 3,8 13,2 17 0 4 5 17 10,8 27,8 17 10,8 27,8 0 5 8 27,8 1 28,8 27,8 1 28,8 0 6 7 11,4 1 12,4 26,8 1 27,8 15,4 7 8 12,4 1 13,4 27,8 1 28,8 15,4 Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 81

Продолжение таблицы 4.1.3. 8 9 28,8 3,4 32,2 28,8 3,4 32,2 0 8 10 28,8 1,4 30,2 30,8 1,4 32,2 2 9 11 32,2 2,4 34,6 32,2 2,4 34,6 0 10 11 30,2 2,4 32,6 32,2 2,4 34,6 2 11 12 34,6 1,4 36 35,2 1,4 36,6 0,6 11 13 34,6 2 36,6 34,6 2 36,6 0 12 14 36 3,4 39,4 36,6 3,4 40 0,6 13 14 36,6 3,4 40 36,6 3,4 40 0 14 15 40 1,4 41,4 40 1,4 41,4 0 14 16 39,4 1 40,4 40,4 1 41,4 1 15 17 41,4 1 42,4 41,4 1 42,4 0 16 17 40,4 1 41,4 41,4 1 42,4 1 17 18 42,4 1 43,4 42,4 1 43,4 0 18 19 43,4 7,4 50,8 43,4 7,4 50,8 0 18 21 43,4 6 49,4 50,6 6 56,6 7,2 19 20 50,8 5,8 56,6 50,8 5,8 56,6 0 20 22 56,6 2,8 59,4 56,6 2,8 59,4 0 21 22 49,4 2,8 52,2 56,6 2,8 59,4 7,2 22 23 59,4 1 60,4 59,4 1 60,4 0 Всего на проведение работ, связанных с лабораторным стендом, закладывается 3 календарных месяца. Так, с учетом пятидневной рабочей недели заданный срок свершения работ будет составлять 60 дней. Рассчитаем вероятность того, что все работы завершатся в пределах поставленного срока. Из опыта сетевого планирования и управления для характеристики качества составленного плана реализации проекта рекомендован интервал значений вероятностей 0,35  Pк  0,65 [57]. Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 82

Для расчета вероятности определим аргумент нормальной функции распределения вероятностей: Z Tз  Tк   i2 j , (4.1.6) ij где Tз  60 дней – заданный срок свершения работ; Tк  60,4 дней – срок свершения завершающего события по расчету;  i j  дисперсия работы, лежащей на критическом пути. Величина дисперсии для каждой работы определяется по формуле:  2  0,04 t min  t max 2 . (4.1.7) По результатам расчетов будем иметь следующую сумму дисперсий работ, лежащих на критическом пути:   2  1,12 . (4.1.8) ij Рассчитаем аргумент: Z 60  60,4  0,38 . 1,12 (4.1.9) Для рассчитанного аргумента находим значение вероятности свершения конечного события Pк  0,35 согласно [57, табл. 4.6]. Это значение входит в рекомендуемые пределы ( 0,35  Pк  0,65 ) и указывает на то, что при составлении сетевой модели комплекса работ в достаточной степени учтены факторы, влияющие на правильную оценку временных параметров сети в распределение ресурсов. Таким образом, сетевой график может быть принят для работы без изменения, а комплекс работ должен уложиться в установленный срок. 4.2 Экономическая часть Рассчитаем полную стоимость проектирования и монтажа лабораторного стенда, а также себестоимость проводимых научных исследований. Расчет начнем с проектировочных затрат, которые включают в себя: закупку различных канцелярских и технических принадлежностей, затраты на электроэнергию, зарплату преподавателя и заведующего лабораторией, а также отчисления на социальные нужды. Для проектирования лабораторной колонны, которым будет заниматься инженер с еженедельными консультациями преподавателя, потребуется 1 месяц. Для проектирования необходима закупка следующих принадлежностей: Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 83

- канцелярские товары (бумага, ручки, линейки, карандаши и др.); - технические средства (измерительная рулетка, устройства для хранения и передачи информации). Принимаем затраты на закупку канцелярских товаров и технических средств в размере 1000 рублей. Проектирование чертежей осуществляется с помощью персонального компьютера. В течение месяца в целях разработки лабораторной колонны будет затрачено 90 часов рабочего времени на компьютере. При его мощности в 500 Вт и тарифной ставке за электроэнергию в 7 рублей/кВт∙ч получим затраты на проектирование чертежей в размере 315 рублей. По мере разработки лабораторной колонны инженер консультируется с преподавателем. В месяц получаем 20 часов консультаций. Также потребуется согласование установки аппарата с заведующим лабораторией, при этом будет затрачено 0,5 его рабочего дня. Отчисления на социальные нужды принимаем в размере 30,2% от заработанной платы работника. Итоги расчетов представлены в таблице 4.2.1. Таблица 4.2.1 - Расчеты заработной платы специалистов с учетом социальных отчислений (при проектировании лабораторного стенда) Социальные Тарифная Затраченное Затраты на отчисления, Работник ставка руб/ч время, час з/п, руб. руб. Инженер 45 114 5130 1549 Преподаватель 110 20 2200 664 Заведующий Лабораторией 85 4 340 103 7670 2316 Итого Итого имеем затраты на заработанную плату и социальные отчисления работников на проектировочном этапе 9986 рублей. При монтаже лабораторного стенда будут иметь место следующие расходы: затраты на материалы корпуса колонны, внутренние устройства, крепежные устройства, средства КИПиА, трубопроводные узлы и арматуру. Также потребуется закупка насосно-компрессорного и вспомогательного оборудования. Расчет стоимости материалов для лабораторного стенда, с учетом затрат на насосно-компрессорное и вспомогательное оборудование, представлен в таблице 4.2.2. Расчет стоимости материалов для лабораторной колонны представлен в таблице 4.2.3. Расчет стоимости средств КИПиА с учетом затрат на установку персонального компьютера представлен в таблице 4.2.4. Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 84

Таблица 4.2.2 - Стоимость материалов и оборудования для лабораторного стенда Цена Единица Сумма, № Наименование Кол-во единицы, измерения руб руб 1 Насос вихревой ВК 1/16А 2 шт 27700 55400 2 Компрессор поршневой REMEZA СБ 4/C 50.LB24 1 шт 27430 27430 3 Буферная емкость 2 шт 16600 33200 4 ТЭН 2 шт 2000 4000 5 Опора колонная 1 шт 1400 1400 6 Площадка обслуживания 1 шт 2430 2430 7 Стальная труба Ду50 3 м 400 1200 8 Стальная труба Ду25 2 м 200 400 9 Стальная труба Ду20 15 м 150 2250 10 Стальной отвод Ду50 1 шт 180 180 11 Стальной отвод Ду25 1 шт 80 80 12 Стальной отвод Ду20 12 шт 60 400 13 Вентиль запорный Ду50 1 шт 1500 1500 14 Шаровой кран Ду25 1 шт 500 500 15 Вентиль запорный Ду20 10 шт 300 3000 16 Щит управления установкой 1 шт 500 500 17 Автомат электрический 1 шт 900 900 Итого 18 135090 Транспортно-заготовительные расходы 5% Итого 6755 141845 Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 85

Таблица 4.2.3 - Стоимость материалов для лабораторной колонны № Наименование Материал Масса, кг Затраты, руб 26 8000 18 2800 5 1500 4 450 Стекло органическое Сталь 20, ABS-пластик Сталь 12Х18Н10Т 1 Корпус колонны 2 Контактные устройства 3 Внутренние устройства 4 Крепежные изделия 5 Монтажные принадлежности (прокладки, герметик) 800 Итого 13550 6 Сталь 40 Транспортно-заготовительные расходы 5% 6775 Итого 20325 Таблица 4.2.4 - Расчет стоимости средств КИПиА № Наименование Кол-во Цена единицы, руб Сумма, руб 1 Ротаметр 3 10400 31200 2 Датчик температуры 5 1000 5000 3 Оксиметр 1 40000 40000 4 Сигнализатор уровня 2 500 4000 5 Уровнемерная колонка 2 1000 1000 6 Дифманометр 1 38500 38500 7 Персональный компьютер 1 25000 25000 Итого 142700 Монтажом лабораторной колонны занимается группа инженеров. Также потребуется помощь следующих специалистов: - слесарь 4-ого разряда – изготовление внутренних и контактных устройств лабораторной колонны; монтаж линий и узлов трубопровода от вспомогательного оборудования к главному аппарату; установка опоры и площадки обслуживания. Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 86

- электромонтер 4-ого разряда – подсоединение силовых кабелей к насосно-компрессорному и вспомогательному оборудованию, установка электрических контрольно-измерительных приборов и монтаж щита управления лабораторным стендом. - лаборант – проведение монтажа корпуса лабораторной колонны и собранных внутренних устройств с помощью команды инженеров. - заведующий лабораторией – контроль за ходом монтажа, пуска и наладки лабораторного стенда. Расчет заработанных плат персонала и отчислений на социальные нужды (в размере 30,2% от з/п) представлен в таблице 4.2.5. Таблица 4.2.5 - Расчет заработной платы специалистов с учетом социальных отчислений (при монтаже лабораторного стенда) Социальные Тарифная Затраченное Затраты на Работник отчисления, ставка, руб/ч время, час з/п, руб руб Слесарь 100 24 2400 725 Электромонтер 100 16 1600 483 Инженер  2 45  2 24 2160 652 Лаборант 45 16 720 217 Заведующий лабораторией 85 8 680 205 7560 2282 Итого Так, имеем затраты на заработанную плату специалистов и отчисления на социальные нужды при монтаже лабораторного стенда в размере 9842 рубля. На проведение исследований заложено 3 недели, при этом будут иметь место следующие расходы: затраты на электроэнергию, воду и заработанную плату инженера, лаборанта и преподавателя при проведении экспериментов, а также затраты на консультации преподавателя в период исследований. Эксперименты и консультации преподавателя проводятся 2 раза в неделю с продолжительностью в 2 часа. Инженер занимается исследованиями, консультируется с преподавателем и занимается обработкой экспериментальных данных по 3 часа в день в течение трех недель. Расчет заработных плат специалистов и отчислений на социальные нужды в период исследований представлен в таблице 4.2.6. Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 87

Таблица 4.2.6 - Расчет заработной платы специалистов с учетом социальных отчислений (в период исследований) Социальные Затраченное Затраты на Тарифная отчисления, Работник ставка, руб/ч время, час з/п, руб руб Инженер 45 70 3150 951 Преподаватель 110 24 2640 797 Лаборант 45 12 540 163 6330 1911 Итого Так, имеем затраты на заработанную плату специалистов и отчисления на социальные нужды в период научных исследований в размере 8241 рубля. Расчет стоимости энергетических ресурсов в период исследований представлен в таблице 4.2.7. Эти затраты складываются из работы насоснокомпрессорного оборудования, тэнов для подогрева теплоносителя и стоимости коммунальных услуг по холодному водоснабжению. Таблица 4.2.7 - Расчет стоимости энергетических ресурсов в период исследований № Наименование затрат Мощность, расход Время работы, час Тарифная ставка Затраты, руб 1 Работа насоса 2  1,6 кВт 12 7 руб кВт  ч 269 2 Работа компрессора 2,2 кВт 12 7 руб кВт  ч 185 3 Работа тэнов 2  4 кВт 24 7 руб кВт  ч 1344 4 Подача воды 1,5 м 3 ч 12 42 руб м 3 756 5 Подача теплоносителя 1,5 м 3 ч 12 42 руб м 3 756 Итого 3310 Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 88

На любой из описанных выше стадий могут возникнуть непредвиденные затраты, связанные с закупкой дополнительных материалов, оборудования и инструментов. Кроме того, при проведении планового технического обслуживания и ремонта могут иметь место расходы на крепежные детали, прокладки, герметики и дополнительные инструменты. Сумму этих затрат принимаем в размере 5% от общей стоимости материалов и оборудования лабораторного стенда, то есть имеем величину прочих расходов денежных средств 7000 рублей. Занесем все затраты, связанные с проектированием, монтажом и проведением научных исследований на лабораторном стенде в одну общую смету и представим ее в таблице 4.2.8. Таблица 4.2.8 - Смета затрат на лабораторный стенд № Наименование затрат Материалы, руб Энергия, руб Зарплата, руб Сумма, руб 1 Проектирование 1000 315 9986 11301 2 Монтаж 304870 - 9842 314712 3 Исследования - 3310 8241 11551 4 Прочие затраты 7000 - - 6500 312370 3625 28069 344065 Итого Таким образом, по результатам проведенных расчетов было выявлено, что общая сумма затрат, связанных с лабораторным стендом и научными исследованиями, составляет 344065 рублей. Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 89

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Подводя итоги, обобщим основные результаты и выводы, полученные в данной выпускной квалификационной работе. Так, в первом разделе был проведен обзор конструкций газлифтных и барботажных аппаратов. Их последующее сравнение показало, что перспективной конструкцией для проведения технологических процессов в системах «газ – жидкость» является барботажный аппарат с контактными тепломассообменными устройствами, поскольку он наиболее полно отвечает основным требованиям, предъявляемым к подобным конструкциям. На основании этого, барботажный аппарат с контактными тепломассообменными устройствами был выбран в качестве объекта исследования. Поскольку выбранный объект до этого не исследовался в затопленных условиях, в первую очередь было принято решение об изучении структуры проходящего через него потока с помощью трассерного метода. Для этого была спроектирована технологическая схема лабораторного стенда, рассчитаны основные геометрические размеры барботажной колонны, сконструировано контактное тепломассообменное устройство. Таким образом, в ходе проектно-конструкторской части настоящей работы были получены следующие данные по лабораторному стенду: - внутренний диаметр барботажной колонны d = 0,2 м; - высота колонны Hк = 1,5 м; - количество блоков контактных устройств – 2 шт.; - высота одного блока Hбл = 0,3 м; - количество теплообменных модулей в одном блоке – 4 шт.; - полная поверхность теплообмена в колонне Fуст = 0,778 м2; - объем буферных емкостей для рабочей жидкости и горячего теплоносителя V = 0,25 м3. Также было подобрано насосно-компрессорное и вспомогательное оборудование. Для рабочей жидкости и горячего теплоносителя приняты вихревые насосы марки ВК 1/16 производства компании «ГМС Ливгидромаш», для сжатого воздуха – поршневой компрессор модели СБ4/С50.LB24 производства компании «REMEZA». Во втором разделе данной работы, с учетом спроектированного лабораторного стенда, были разработаны методики проведения эксперимента и обработки экспериментальных данных. Затем были проведены эксперименты по изучению структуры потоков в пустотелой барботажной колонне и ее модификации с одним блоком контактного устройства. По результатам проведенных исследований было сделано следующее: - получены кривые отклика пустотелой барботажной колонны и ее модификации с одним блоком контактного устройства на импульсные возмущения, а также определены численные показатели, отражающие структуру потоков; Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 90

- подобраны математические модели для описания структуры потоков в пустотелой барботажной колонне и в ее модификации с одним блоком контактного устройства; - наглядно отражено изменение структуры потоков в барботажной колонне после установки в нее одного блока контактного устройства; - представлены зависимости среднего времени пребывания частиц и безразмерные дисперсии их пребывания от расходного газосодержания при постоянной фиктивной скорости жидкости в барботажной колонне; - описаны результаты видеосъемки движения газожидкостной смеси в барботажной колонне во время проведения экспериментов, а также представлена схема с общим видом структуры потоков в колонне с контактным устройством. Также были выделены возможные направления будущих исследований, целями которых в общей сложности являются: приближение физической модели барботажной колонны к ее промышленному исполнению, определение коэффициентов масштабного перехода, оценка влияния конфигурации устройства и количества блоков на структуру потоков в барботажной колонне; а также поиск максимально достижимого количества ячеек идеального перемешивания подбираемой ячеечной модели. В дополнение были представлены примеры использования результатов настоящих и последующих исследований в промышленной практике. В подразделе, связанном с безопасностью проведения исследований, были предусмотрены следующие мероприятия для обеспечения оптимальных условий труда и безопасности при работе на лабораторной установке: - предусмотрена вентиляция с кратностью воздухообмена K  2 ч -1 ; - определена категория работ в лабораторном помещении (Iб) и указаны оптимальные и допустимые параметры микроклимата; - для снижения вредного воздействия шума и вибрации на работающих предусмотрены средства индивидуальной защиты в виде противошумных наушников и берушей, а также виброизолирующие изделия типа 2 в виде упругих опор для оборудования и гибких вставок для трубопроводов; - рассчитаны рабочее и эвакуационное виды искусственного освещения, для лаборатории принято 8 светильников с люминесцентными лампами ЛБ40; - описаны организационные и технические средства для обеспечения пожарной и электрической безопасности лабораторного помещения; - указаны общие правила безопасности при работе в научноисследовательской лаборатории. В разделе, связанном с организацией и экономикой научных исследований, был построен сетевой график работ с учетом проектирования, монтажа и проведения исследований на лабораторной установке. Расчет вероятности свершения конечного события по данному проекту показал, что Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 91

комплекс всех должен уложиться в установленный срок (3 календарных месяца). Также в данном разделе было просчитано, общая сумма затрат, связанных с лабораторным стендом и научными исследованиями, составляет 344065 рублей. Таким образом, делаем вывод, что сформулированная цель настоящей работы достигнута, а все поставленные задачи выполнены в полном объеме. В заключение отметим, что исследование контактного тепломассообменного устройства на данной работе не заканчивается и имеет дальнейшие перспективы. Результаты будущих исследований контактного устройства позволят в полной мере судить о справедливости теоретических доводов в плане его достоинств. Если теоретические доводы будут достоверны, то барботажные аппараты с контактными устройствами значительно повысят эффективность протекания технологических процессов в системах «газ – жидкость», что будет являться большим шагом в развитии науки и производства. Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 92

СПИСОК ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ 1. Пат. 2425089 Российская федерация, мпк C 10 G 2/00, C 10 G 47/00. Система синтеза жидкого топлива / Ониси Ясухиро, Вакамура Осаму, Фудзимото Кенитиро; заявитель и патентообладатель Ниппон Стил инжиниринг КО., ЛТД. – №2008141287/04; заявл. 29.03.2007; опубл. 27.07.2011, Бюл. № 21. 2. Гарабаджиу А.В. Технология комплексной переработки нефтешламов и кислых гудронов / А.В. Гарабаджиу, А.М. Сыроежко, О.М. Флисюк и др. // Известия Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета). – 2017. – № 39. – С. 69 – 79. 3. Пат. 2363514 Российская федерация, мпк B 01 D 19/00, C 02 F 1/20. Десорбер очистки нефти от вредных газов / Зимин Б.А., Маликов Н.Г.; заявитель и патентообладатель Зимин Б.А., Маликов Н.Г. – №2007143389/15; заявл. 26.11.2007; опубл. 10.08.2009, Бюл. № 22. 4. Пат. 2398735 Российская федерация, мпк C 01 B 17/05, B 01 D 53/52. Способ очистки газовых потоков от сероводорода / Тарханова И.Г., Смирнов В.В., Тюрин А.А. – №2009120383/05; заявл. 29.05.2009; опубл. 10.09.2010, Бюл. № 25. 5. Пат. 122088 Российская федерация, мпк C 02 F 11/04. Анаэробный биореактор / Куликов Н.И., Зубов М.Г., Ножевникова А.Н. и др.; заявитель и патентообладатель ЗАО «Компания "ЭКОС"». – №2012119750/05; заявл. 14.05.2012; опубл. 20.11.2012, Бюл. № 32. 6. Кущев Л.А. Физико-химические и технологические основы процесса получения биогаза в биореакторах с барботажным перемешиванием субстрата / Л.А. Кущев, Д.Ю. Суслов // Региональная научно-техническая конференция по итогам конкурса ориентированных фундаментальных исследований по междисциплинарным темам, проводимого российским фондом фундаментальных исследований и правительством белгородской области. – Белгород, 2015. – С. 205 – 217. 7. Суслов Д.Ю. Разработка высокоэффективной технологии утилизации органических отходов в барботажных биореакторах / Д.Ю. Суслов // Молодежь и научно-технический прогресс: Сборник докладов VII международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. – Старый Оскол, 2014. – С. 385 – 387. 8. Титова М.В. Выращивание суспензионной культуры клеток Stephania Glabra (Roxb.) Miers в различных системах: особенности роста и накопления алкалоида стефарина / М.В. Титова, О.В. Решетняк, Е.А. Осипова и др. // Биотехнология. – 2011. – № 4. – С. 40 – 46. 9. Титова М.В. Оптимизация выращивания суспензионных культур клеток Dioscorea Deltoidea Wall и Polyscias Filicifolia Bailey в полупроточном режиме в биореактрах различного объема / М.В. Титова, Н.А. Шумило, И.Е. Куличенко и др. // Сборник научных трудов государственного Никитского ботанического сада. – 2009. – Т. 131. – С. 68 – 73. Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 93

10. Тимонин А.С. Машины и аппараты химических производств: учебник для вузов / А.С, Тимонин, Б.Г. Балдин, В.Я. Борщев, Ю.И. Гусев и др. / под общей редакцией А.С. Тимонина. – Калуга: Ноосфера, 2014. – 856 с. 11. Васильев П.Д. Тенденции развития барботажных аппаратов со встроенными теплообменными элементами / П.Д. Васильев, А.В. Степыкин, А.А. Сидягин, С.Р. Рузанов // Технологии и оборудование химической, биотехнологической и пищевой промышленности: Материалы XII Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых с международным участием. – Бийск, 2019. – С. 16 – 19. 12. Пат. 2388743 Российская федерация, мпк C 07 C 51/265. Оптимизированное жидкофазное окисление / Уандерз А.Д., Де Вредэ М., Партин Л.Р. и др.; заявитель и патентообладатель Истман Кемикал Компани – №2007111905/02; заявл. 29.08.2005; опубл. 10.05.2010, Бюл. № 13. 13. Пат. 2240861 Российская федерация, мпк B 01 J 19/00. Реактор прямого хлорирования этилена / Маталинова Э.Г., Дмитриев Ю.К., Ермилов Ю.А. и др.; заявитель и патентообладатель ЗАО «Каустик». – №2003125103/15; заявл. 13.08.2003; опубл. 27.11.2004, Бюл. № 33. 14. Пат. 91888 Российская федерация, мпк B 01 D 53/18. Абсорбер барботажный для очистки газов / Селиванов Е.Н., Кляйн С.Э., Воронов В.В.; заявитель и патентообладатель Учреждение Российской академии наук Институт металлургии Уральского отделения РАН (ИМЕТ УрО РАН). – №2009144068/22; заявл. 27.11.2009; опубл. 10.03.2010. 15. Тур А.А. Барботажный аппарат газоочистки для биотехнологических производств / А.А. Тур, И.И. Киселева, Л.А. Тур // Экология и промышленность России. – 2008. – № 8. – С. 10 – 12. 16. Пат. 2586534 Российская Федерация, мпк C 12 M 1/04, C 12 N 1/12, C 12 N 1/20. Аппарат для культивирования автотрофных микроорганизмов / Шевцов А.А., Дранников А.В., Шабунина Е.А.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Воронежский государственный университет инженерных технологий» (ФГБОУ ВО «ВГУИТ». – №2014153346/10; заявл. 29.12.2014; опубл. 10.06.2016. 17. Пат. 2268086 Российская Федерация, мпк B 01 J 10/00, B 01 J 19/24. Противоточный секционированный газлифтный реактор для газожидкостных процессов / Назимок В.Ф., Федяев В.И., Назимок Е.Н., Тарханов Г.А.; заявитель и патентообладатель ООО «Научноисследовательский центр "ВНИПИМ-ТОС"». – № 2003110932/15; заявл. 17.04.2003; опубл. 20.01.2006, Бюл. № 2. 18. Пат. 141498 Российская Федерация, мпк B 01 D 3/28. Тепломассообменное устройство устройство / Степыкин А.В., Сидягин А.А.; заявитель и патентообладатель НГТУ им. Р.Е. Алексеева. – № 2013154833/05; заявл. 10.12.2013; опубл. 10.06.2014, Бюл. № 16. 19. Кафаров В.В. Математическое моделирование основных процессов химических производств: Учеб. пособие для вузов / В.В. Кафаров, М.Б. Глебов. – М.: Высш. шк., 1991. – 400 с.: ил. Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 94

20. Гельперин Н.И. Структура потоков и эффективность колонных аппаратов в химической промышленности / Н.И. Гельперин, В.Л. Пебалк, А.Е. Костанян. – М.: Химия, 1977. – 264 с. 21. Кононюк А. Е. Обобщенная теория моделирования. Начала. К.1. Ч.1. – Киев: Освіта України, 2012. – 602 с. 22. Лаптев А.Г. Основы расчета и модернизации тепломассообменных установок в нефтехимии: монография / А.Г. Лаптев, М.И. Фарахов, Н.Г. Минеев. – Казань: Казан. гос. энерг. ун-т, 2010. – 574 с. 23. Рубинштейн Ю.Б. Пенная сепарация и колонная флотация / Ю.Б. Рубинштейн, В.И. Мелик-Гайказян, Н.В. Матвеенко, С.Б. Леонов. – М.: Недра, 1989. – 304 с.: ил. 24. СП 118.13330.2012. Общественные здания и сооружения. – М.: Минстрой России, 2014. – 76 с. 25. ГОСТ 12.0.003-2015. Система стандартов безопасности труда (ССБТ). Опасные и вредные производственные факторы. Классификация. – М.: Стандартинформ, 2019. – 17 с. 26. СП 60.13330.2016. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха. – М.: Стандартинформ, 2017. – 66 с. 27. ГОСТ 30494-2011. Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях (Переиздание с поправкой). – М.: Стандартинформ, 2019. – 16 с. 28. СанПиН 2.2.4.548-96. Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений. – М.: Информационно-издательский центр Минздрава России, 1997. – 20 с. 29. СН 2.2.4/2.1.8.562-96. Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки. Санитарные нормы. – М.: Информационно-издательский центр Минздрава России, 1997. – 21 с. 30. ГОСТ 12.1.012-2004. Система стандартов безопасности труда. Вибрационная безопасность. Общие требования. – М.: Стандартинформ, 2010. – 20 с. 31. СН 2.2.4/2.1.8.566-96. Производственная вибрация, вибрация в помещениях жилых и общественных зданий. Санитарные нормы. – М.: Информационно-издательский центр, 1997. – 18 с. 32. СП 52.13330.2016. Естественное и искусственное освещение. Актуализированная редакция СНиП 23-05-95* (с Изменением N 1). – М.: Стандартинформ, 2019. – 122 с. 33. СП 23-102-2003. Естественное освещение жилых и общественных зданий. – М.: ФГУП ЦПП, 2005. – 88 с. 34. Кнорринг Г.М. Справочная книга для проектирования электрического освещения / Г.М. Кнорринг, И.М. Фадин, В.Н. Сидоров – 2-е изд., перераб. и доп. – СПб.: Энергоатомиздат. Санкт-Петербургское отд-ние, 1992. – 448 с.: ил. 35. Правила устройства электроустановок. – 7-е издание (по состоянию на 01.03.2007 г). – М.: Издательство НЦ ЭНАС, 2007. – 504 с. Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 95

36. СО 153-34.21.122-2003. Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций. – М.: ОАО "НТЦ "Промышленная безопасность", 2006. – 59 с. 37. НПБ 105-03. Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной опасности. – М.: ФГУ ВНИИПО МЧС России, 2003. – 48 с. 38. Загидуллин С.Х. Изучение газосодержания и перепада давления в секционированной барботажной колонне непрерывного действия / С.Х. Загидуллин, А.А. Абишев, В.Л. Долганов // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. – 2011. – Т. 13. – № 4. – С. 1160 – 1163. 39. Степыкин А.В. Массообменные характеристики регулярной насадки с внедренными теплообменными модулями / А.В. Степыкин, А.А. Сидягин, В.М. Ульянов // Вестник ТГТУ. – 2015. – Том 21. – № 3. – С. 445 – 452. 40. Хаммер М. Технология обработки природных и сточных вод: Пер. с англ.- М.: Стройиздат, 1979. – 400 с.: ил. 41. Павлов К.Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: Учебное пособие для вузов / К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков; под ред. чл.-корр. АН России П.Г. Романкова. – М.: ООО ИД «Альянс», 2007. – 567 с. 42. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии: учебник для вузов. – М.: ООО ТИД «Альянс», 2005. – 753 с. 43. Рамм В.М. Абсорбция газов. – Изд. 2-е, переработ. и доп. – М.: Химия, 1976. – 655 с. 44. Соколов В.Н. Газожидкостные реакторы / В.Н. Соколов, И.В. Доманский. – Л., Машиностроение (Ленингр. отд-ние), 1976. – 216 с. 45. Ульянов В.М. Технологические расчеты машин и аппаратов химических и нефтеперерабатывающих производств. Примеры и задачи: учеб. пособие / В.М. Ульянов, А.А. Сидягин, В.А. Диков; под ред. В.М. Ульянова. – Н.Новгород: Нижегород. гос. техн. ун-т им. Р.Е. Алексеева, 2015. – 633 с. 46. Соколов В.Н. Машины и аппараты химических производств. Примеры и задачи: учеб. пособие для вузов / И.В. Доманский, В.П. Исаков, Г.М. Островский и др.; под общ. ред. В.Н. Соколова. – Л.: Машиностроение, 1982. – 384 с. 47. ГОСТ 10667-90. Стекло органическое листовое. Технические условия. – М.: Издательство стандартов, 1990. – 35 с. 48. ГОСТ 10587-84. Смолы эпоксидно-диановые неотвержденные. Технические условия (с Изменением N 1, с Поправкой). – М.: Издательство стандартов, 1989. – 20 с. 49. Химекс Лимитед. Эпоксидно-диановые смолы [Электронный ресурс] // Режим доступа: www.chimexltd.com. 50. ГОСТ 34233.2-2017. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет цилиндрических и конических обечаек, выпуклых и плоских днищ и крышек. – М.: Стандартинформ, 2018. – 58 с. Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 96

51. ГОСТ 34233.1-2017. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Общие требования. – М.: Стандартинформ, 2019. – 36 с. 52. ГОСТ 8732-78. Трубы стальные бесшовные горячедеформированные. Сортамент (с Изменениями N 1, 2). – М.: ИПК Издательство стандартов, 2004. – 11 с. 53. Чугаев Р.Р. Гидравлика: Учебник для вузов. – 4-е изд., доп. и перераб. – Л.: Энергоиздат (Ленингр. отд-ние), 1982. – 672 с.: ил. 54. Каталог насосов компании АО «ГМС Ливгидромаш». Режим доступа: http://www.hms-livgidromash.ru. 55. Каталог компрессоров компании «Remeza». Режим доступа: https://www.remeza.org. 56. ГОСТ 9931-85. Корпуса цилиндрические стальных сварных сосудов и аппаратов. Типы, основные параметры и размеры. – М.: Издательство стандартов, 1988. – 23 с. 57. Шах А.Д. Организация, планирование и управление предприятием химической промышленности / А.Д. Шах, С.З. Погостин, П.А. Альман. / Под ред. Н.П. Федоренко. – 3-е изд. перераб. и доп. – М.: Высш. щкола, 1981. – 432 с.: ил. Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 97

Êîë. Ïîç. Ôîðìàò Çîíà Ïåðâ. ïðèìåí. À2 À1 Ñïðàâ. ¹ Íàèìåíîâàíèå Ïðèìå÷àíèå Äîêóìåíòàöèÿ À1 À2 À2 À2 À2 À1 ÂÐ-ÍÃÒÓ-Ì19ÒÎ-000-21 ÑÁ Êîëîííà ëàáîðàòîðíàÿ. Ñáîðî÷íûé ÷åðòåæ ÂÐ-ÍÃÒÓ-Ì19ÒÎ-001-21 ÒÇ Ñòåíä ëàáîðàòîðíûé. Òåõíîëîãè÷åñêàÿ ñõåìà ÂÐ-ÍÃÒÓ-Ì19ÒÎ-002-21 ÎÝÏ Îðãàíèçàöèîííîýêîíîìè÷åñêèå ïîêàçàòåëè ïðîåêòà ÂÐ-ÍÃÒÓ-Ì19ÒÎ-003-21 ÑÁ Áëîê òåïëîìàññîîáìåííûé. Ñáîðî÷íûé ÷åðòåæ ÂÐ-ÍÃÒÓ-Ì19ÒÎ-004-21 ÑÁ Áîëüøîé òåïëîîáìåííûé ìîäóëü. Ñáîðî÷íûé ÷åðòåæ ÂÐ-ÍÃÒÓ-Ì19ÒÎ-005-21 ÑÁ Ìàëûé òåïëîîáìåííûé ìîäóëü. Ñáîðî÷íûé ÷åðòåæ ÂÐ-ÍÃÒÓ-Ì19ÒÎ-006-21 Íàñàäêà ãîôðèðîâàííàÿ ÂÐ-ÍÃÒÓ-Ì19ÒÎ-007-21 Ðåçóëüòàòû èññëåäîâàíèé 4 1 1 1 1 1 1 3 Èíâ. ¹ ïîäë. Ïîäï. è äàòà Âçàì. èíâ. ¹ Èíâ. ¹ äóáë. Ïîäï. è äàòà Îáîçíà÷åíèå Èçì. Ëèñò ¹ äîêóì. Ïîäï. Äàòà Ðàçðàá. Âàñèëüåâ Ï.Ä. Ïðîâ. Ñèäÿãèí À.À. Í.êîíòð. Áàëàõíèí È.À, Óòâ. Äèêîâ Â.À. ÂÐ-ÍÃÒÓ-Ì19ÒÎ-000-21 Ëèò. Îïèñü ÷åðòåæåé Êîïèðîâàë Ëèñò Ëèñòîâ 1 ÄÏÈ ÍÃÒÓ Ì19-ÒÌÎ Ôîðìàò A4

Ïðèìå÷àíèå Êîë. Ïîç. Ôîðìàò Çîíà Ïåðâ. ïðèìåí. Îáîçíà÷åíèå Íàèìåíîâàíèå Äîêóìåíòàöèÿ ÂÐ-ÍÃÒÓ-Ì19ÒÎ-000-21 ÑÁ Ñáîðî÷íûé ÷åðòåæ À1 Ñïðàâ. ¹ Ñáîðî÷íûå åäèíèöû À2 Á× Á× Á× 1 ÂÐ-ÍÃÒÓ-Ì19ÒÎ-003-21 ÑÁ 2 3 4 Áëîê òåïëîìàññîîáìåííûé Öàðãà Áàðáîòåð Ðåøåòêà 2 5 H=300ìì 1 2 Èíâ. ¹ ïîäë. Ïîäï. è äàòà Âçàì. èíâ. ¹ Èíâ. ¹ äóáë. Ïîäï. è äàòà Äåòàëè Á× Á× Á× Á× Á× Á× Á× Á× Á× Á× Á× Á× Á× 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Èçì. Ëèñò ¹ äîêóì. Ïîäï. Äàòà Ðàçðàá. Âàñèëüåâ Ï.Ä. Ïðîâ. Ñèäÿãèí À.À. Í.êîíòð. Áàëàõíèí È.À. Óòâ. Äèêîâ Â.À. Äíèùå Êîëüöî Óãîëîê Êàðìàí ñåêòîðíûé Ïàòðóáîê âíåøíèé Ïàòðóáîê âíóòðåííèé Øòóöåð Øòóöåð Ñãîí Ñãîí Ïðîêëàäêà Ïðîêëàäêà Ïðîêëàäêà 1 1 8 1 2 2 1 5 1 5 5 4 4 Dó=15ìì Dó=10ìì Dó=25ìì Dó=20ìì Dó=20ìì Dó=15ìì Dâ=200ìì Dâ=20ìì Dâ=3ìì ÂÐ-ÍÃÒÓ-Ì19ÒÎ-000-21 Ëèò. Êîëîííà ëàáîðàòîðíàÿ Êîïèðîâàë Ëèñò 1 Ëèñòîâ 2 ÄÏÈ ÍÃÒÓ Ì19-ÒÌÎ Ôîðìàò A4

Êîë. Ïîç. Ôîðìàò Çîíà Îáîçíà÷åíèå Íàèìåíîâàíèå Ïðèìå÷àíèå Ñòàíäàðòíûå èçäåëèÿ Áîëòû ÃÎÑÒ 15591-70 Ì8õ55 Ì8õ60 Øàéáà 8 - 200 HV ÃÎÑÒ ISO 7093-1-2016 Ãàéêà Ì8õ1-6H ÃÎÑÒ 15521-70 Áîëò Ì3õ16 ÃÎÑÒ Ð 50793-95 Ãàéêà Ì3-6H ÃÎÑÒ 5915-70 Øàéáà 3 - 200 HV ÃÎÑÒ ISO 7093-1-2016 Âèíò 2,5õ10 ÃÎÑÒ 11650-80 Õîìóò 1Ë 20-32-6 ÃÎÑÒ 28191-89 18 19 20 21 22 23 24 60 4 4 4 8 2 Èíâ. ¹ ïîäë. Ïîäï. è äàòà Âçàì. èíâ. ¹ Èíâ. ¹ äóáë. Ïîäï. è äàòà 25 26 12 48 60 Èçì. Ëèñò ¹ äîêóì. Ïîäï. Äàòà Ëèñò ÂÐ-ÍÃÒÓ-Ì19ÒÎ-000-21 Êîïèðîâàë Ôîðìàò 2 A4

Ïðèìå÷àíèå Êîë. Ïîç. Ôîðìàò Çîíà Ïåðâ. ïðèìåí. Îáîçíà÷åíèå Íàèìåíîâàíèå Äîêóìåíòàöèÿ ÂÐ-ÍÃÒÓ-Ì19ÒÎ-003-21 ÑÁ Ñáîðî÷íûé ÷åðòåæ À2 Ñïðàâ. ¹ Ñáîðî÷íûå åäèíèöû À2 À2 1 ÂÐ-ÍÃÒÓ-Ì19ÒÎ-004-21 ÑÁ Áîëüøîé òåïëîîáìåííûé 2 L=180ìì ìîäóëü 2 ÂÐ-ÍÃÒÓ-Ì19ÒÎ-005-21 ÑÁ Ìàëûé òåïëîîáìåííûé 2 L=140ìì ìîäóëü Èíâ. ¹ ïîäë. Ïîäï. è äàòà Âçàì. èíâ. ¹ Èíâ. ¹ äóáë. Ïîäï. è äàòà Äåòàëè À2 Á× Á× Á× Á× 4 ÂÐ-ÍÃÒÓ-Ì19ÒÎ-006-21 4 5 6 7 Íàñàäêà ãîôðèðîâàííàÿ Íàñàäêà ãîôðèðîâàííàÿ Íàñàäêà ãîôðèðîâàííàÿ Íàñàäêà ãîôðèðîâàííàÿ Õîìóò ñòÿæíîé 1 2 2 2 2 L=190ìì L=175ìì L=120ìì L=65ìì Ñòàíäàðòíûå èçäåëèÿ 8 9 Èçì. Ëèñò ¹ äîêóì. Ïîäï. Äàòà Ðàçðàá. Âàñèëüåâ Ï.Ä. Ïðîâ. Ñèäÿãèí À.À. Í.êîíòð. Áàëàõíèí È.À. Óòâ. Äèêîâ Â.À. Ðóêàâ ÂÃ (III)-6,3-20-27-Ó 5 ÒÓ 38-1051731-86 Õîìóò 1Ë 20-32-6 8 ÃÎÑÒ 28191-89 ÂÐ-ÍÃÒÓ-Ì19ÒÎ-003-21 Áëîê òåïëîìàññîîáìåííûé Êîïèðîâàë Ëèò. Ëèñò Ëèñòîâ 1 ÄÏÈ ÍÃÒÓ Ì19-ÒÌÎ Ôîðìàò A4

Êîë. Ïîç. Ôîðìàò Çîíà Ïåðâ. ïðèìåí. Îáîçíà÷åíèå Íàèìåíîâàíèå Ïðèìå÷àíèå Äîêóìåíòàöèÿ ÂÐ-ÍÃÒÓ-Ì19ÒÎ-004-21 ÑÁ Ñáîðî÷íûé ÷åðòåæ À2 Á× Á× 1 2 Êîðîá Ïàòðóáîê 2 2 Èíâ. ¹ ïîäë. Ïîäï. è äàòà Âçàì. èíâ. ¹ Èíâ. ¹ äóáë. Ïîäï. è äàòà Ñïðàâ. ¹ Äåòàëè Èçì. Ëèñò ¹ äîêóì. Ïîäï. Äàòà Ðàçðàá. Âàñèëüåâ Ï.Ä. Ïðîâ. Ñèäÿãèí À.À. Í.êîíòð. Áàëàõíèí È.À. Óòâ. Äèêîâ Â.À. ÂÐ-ÍÃÒÓ-Ì19ÒÎ-004-21 Áîëüøîé òåïëîîáìåííûé ìîäóëü Êîïèðîâàë Ëèò. Ëèñò Ëèñòîâ 1 ÄÏÈ ÍÃÒÓ Ì19-ÒÌÎ Ôîðìàò A4

Êîë. Ïîç. Ôîðìàò Çîíà Ïåðâ. ïðèìåí. Îáîçíà÷åíèå Íàèìåíîâàíèå Ïðèìå÷àíèå Äîêóìåíòàöèÿ ÂÐ-ÍÃÒÓ-Ì19ÒÎ-005-21 ÑÁ Ñáîðî÷íûé ÷åðòåæ À2 Á× Á× 1 2 Êîðîá Ïàòðóáîê 2 2 Èíâ. ¹ ïîäë. Ïîäï. è äàòà Âçàì. èíâ. ¹ Èíâ. ¹ äóáë. Ïîäï. è äàòà Ñïðàâ. ¹ Äåòàëè Èçì. Ëèñò ¹ äîêóì. Ïîäï. Äàòà Ðàçðàá. Âàñèëüåâ Ï.Ä. Ïðîâ. Ñèäÿãèí À.À. Í.êîíòð. Áàëàõíèí È.À. Óòâ. Äèêîâ Â.À. ÂÐ-ÍÃÒÓ-Ì19ÒÎ-005-21 Ìàëûé òåïëîîáìåííûé ìîäóëü Êîïèðîâàë Ëèò. Ëèñò Ëèñòîâ 1 ÄÏÈ ÍÃÒÓ Ì19-ÒÌÎ Ôîðìàò A4

ПРИЛОЖЕНИЕ Е. Кривые отклика пустотелой колонны Рисунок Е.1 - Кривые отклика пустотелой барботажной колонны на импульсные возмущения Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 104

ПРИЛОЖЕНИЕ Ж. Кривые отклика колонны с контактным устройством Рисунок Ж.1 - Кривые отклика барботажной колонны с одним блоком контактного устройства на импульсные возмущения Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 105

ПРИЛОЖЕНИЕ И. Кадры экспериментов а б Рисунок И.1 - Структура газожидкостного потока в барботажной колонне при расходном газосодержании β = 50% и фиктивной скорости жидкости wж = 0,012 м/с: а – пустотелая колонна; б – колонна с контактным устройством Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 106

а б Рисунок И.2 - Структура газожидкостного потока в барботажной колонне при расходном газосодержании β = 60% и фиктивной скорости жидкости wж = 0,012 м/с: а – пустотелая колонна; б – колонна с контактным устройством Лист ВР-НГТУ-М19ТО-000-21 ПЗ Изм. Лист № докум. Подпись Дата 107

Пассат 3.01 © ООО НТП «Трубопровод» Приложение К. Отчет из программы ПАССАТ  Прочностной расчет лабораторной барботажной колонны с контактными тепломассообменными устройствами Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА Дзержинск 2021 г.

СОДЕРЖАНИЕ Общие положения ............................................................................................................................................ 2 Исходные данные для расчета ......................................................................................................................... 3 Сводные таблицы ............................................................................................................................................. 4 Штуцер №1....................................................................................................................................................... 6 Фланцевое соединение №2............................................................................................................................... 9 Штуцер №5..................................................................................................................................................... 15 Список литературы......................................................................................................................................... 19 Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата 1 2 3 4 5 6 7 Изм. Лист Разраб. Проверил Расcчит. Н. контр. Утвердил № документа Подпись Дата Васильев П.Д. Сидягин А.А. Балахнин И.А. Диков В.А. ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЕТ ЛАБОРАТОРНОЙ БАРБОТАЖНОЙ КОЛОННЫ Лит. Лист 1 Листов 19 ДПИ НГТУ М19-МТО Расчётно-пояснительная записка ПРОГРАММА П АССАТ 3.01. ООО НТП «ТРУБОПРОВОД»

1 Общие положения Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата Расчет на прочность выполнен на ЭВМ по программе «Пассат 3.01», разработанной ООО НТП «Трубопровод». Лист Изм. Лист № документа Подпись Дата 2 ПРОГРАММА П АССАТ 3.01. ООО НТП «ТРУБОПРОВОД»

2 Исходные данные для расчета Общий вид аппарата Вид слева Вид спереди Изометрический вид Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата Вид сверху Инв. № подл. Подпись и дата Дата и время расчета: 08.06.2021 16:19 Лист Изм. Лист № документа Подпись Дата 3 ПРОГРАММА П АССАТ 3.01. ООО НТП «ТРУБОПРОВОД»

3 Сводные таблицы 3.1 Основные элементы Исходные данные Элемент Крышка плоская №1 Обечайка цилиндрическая №2 Обечайка цилиндрическая №1 Обечайка цилиндрическая №3 Обечайка цилиндрическая №4 Обечайка цилиндрическая №5 Материал Диаметр, мм Толщина стенки, мм Длина (высота), мм Суммарная прибавка, мм Коэфф. прочности сварного шва 12Х18Н10Т 200 6 18 1 1 СО-95-К 200 10 300 0 1 СО-95-К 200 10 300 0 1 СО-95-К 200 10 300 0 1 СО-95-К 200 10 300 0 1 СО-95-К 200 10 300 0 1 Результаты расчета Условия испытаний Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата Элемент Крышка плоская №1 Обечайка цилиндрическая №2 Обечайка цилиндрическая №1 Обечайка цилиндрическая №3 Обечайка цилиндрическая №4 Обечайка цилиндрическая №5 Расчетное давление, МПа Допускаемые напряжения, МПа Расчетная толщина с уч. прибавок, мм Допускаемое давление, МПа Условие прочности 0.016049 227.27 4.2274 0.038520 выполнено 0.015936 36.364 0.043835 3.4632 выполнено 0.012769 36.364 0.035120 3.4632 выполнено 0.0096011 36.364 0.026406 3.4632 выполнено 0.0064334 36.364 0.017693 3.4632 выполнено 0.0032657 36.364 0.0089812 3.4632 выполнено 3.2 Штуцера Исходные данные Элемент Метка Штуцер №1 Штуцер №2 Штуцер №5 Тип Проходящий без укрепления Проходящий без укрепления Непроходящий без укрепления Материал Диаметр, мм Толщина стенки, мм Длина (высота), мм Суммарная прибавка, мм 12Х18Н10Т 16 2 36 0 12Х18Н10Т 16 2 36 0 СО-95-К 20 10 20 0 Лист Изм. Лист № документа Подпись Дата 4 ПРОГРАММА П АССАТ 3.01. ООО НТП «ТРУБОПРОВОД»

Штуцер №6 Штуцер №7 Штуцер №8 Штуцер №9 Штуцер №10 Непроходящий без укрепления Непроходящий без укрепления Непроходящий без укрепления Непроходящий без укрепления Непроходящий без укрепления СО-95-К 20 10 20 0 СО-95-К 20 10 20 0 СО-95-К 20 10 20 0 СО-95-К 25 7.5 20 0 СО-95-К 20 10 20 0 Результаты расчета Условия испытаний Штуцер №1 Штуцер №2 Штуцер №5 Штуцер №6 Штуцер №7 Штуцер №8 Штуцер №9 Штуцер №10 Расчетное давление, МПа Диаметр отв., не треб. укрепления, мм Расчетная толщина с уч. прибавок, мм Допускаемое давление, МПа Условие прочности 0.016466 55.193 0.52502∙10-3 22.173 выполнено 0.016466 55.193 0.52502∙10-3 22.173 выполнено 0.012278 200 0.0033771 2.355 выполнено 0.012278 200 0.0033771 2.355 выполнено 0.0091107 200 0.0025058 2.355 выполнено 0.0091107 200 0.0025058 2.355 выполнено 0.0059676 200 0.0020515 2.355 выполнено 0.0041778 200 0.0011490 2.355 выполнено Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата Элемент Лист Изм. Лист № документа Подпись Дата 5 ПРОГРАММА П АССАТ 3.01. ООО НТП «ТРУБОПРОВОД»

4 Штуцер №1 4.1 Исходные данные Элемент: Условное обозначение (метка) Элемент, несущий штуцер: Тип элемента, несущего штуцер: Тип штуцера: Крышка плоская №1 Крышка плоская Проходящий без укрепления Ст3 6мм 1 мм 12Х18Н10Т 16 мм 2 мм 0 мм 36 мм Смещение штуцера, Rш: Угол поворота штуцера, : Длина внутр. части штуцера, l3: Прибавка на коррозию, cs1: Минимальный размер сварного шва, : Расчётные параметры размещения штуцера: Ближайший штуцер 30 мм 0° 36 мм 0 мм 3 мм Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата Материал несущего элемента: Толщина стенки несущего элемента, s: Сумма прибавок к стенке несущего элемента, c: Материал штуцера: Внутренний диаметр штуцера, d: Толщина стенки штуцера, s1: Сумма прибавок к толщине стенки штуцера (включая коррозию), cs: Длина штуцера, l1: Штуцер №1 Лист Изм. Лист № документа Подпись Дата 6 ПРОГРАММА П АССАТ 3.01. ООО НТП «ТРУБОПРОВОД»

Название штуцера: Расстояние до стенки ближайшего штуцера, b: Угол : 4.2 Штуцер №2 40 мм 90 ° Расчёт в рабочих условиях Условия нагружения: Расчётная температура, T: Расчётное внутреннее избыточное давление, p: 20 0.0060643 °C МПа Расчёт укрепления отверстия по ГОСТ 34233.3-2017 Свойства материала элемента, несущего штуцер Температура фланца (кольца), tф: 20 °C Допускаемые напряжения для материала Ст3 при температуре 20 °C (рабочие условия): 20 = 154 МПа Модуль продольной упругости при температуре 20 °C : E= 1.99∙105 МПа Подпись и дата Свойства материала штуцера Допускаемые напряжения для материала 12Х18Н10Т при температуре 20 °C (рабочие условия): 20 1= 184 МПа Модуль продольной упругости при температуре 20 °C : E1 = 2∙105 МПа Допускаемое давление для патрубка штуцера : = 2 * 184 * 1 * (2 – 0) / (16 + 2 + 0) =40.889 МПа Взам. инв. № Инв. № дубл. 40.889 МПа  0.0060643 МПа Заключение: Условие прочности и устойчивости выполнено. Расчёт в условиях испытаний (Гидроиспытания) 4.3 Условия нагружения при испытаниях: Расчётная температура, T: Расчётное внутреннее избыточное давление, p: 20 0.016466 °C МПа Расчёт укрепления отверстия по ГОСТ 34233.3-2017 Свойства материала элемента, несущего штуцер Подпись и дата Температура фланца (кольца), tф: 20 °C Допускаемые напряжения для материала Ст3 при температуре 20 °C (условия гидроиспытаний): 20 = =250 / 1.1= 227.27 МПа Модуль продольной упругости при температуре 20 °C : E= 1.99∙105 МПа Свойства материала штуцера Инв. № подл. Допускаемые напряжения для материала 12Х18Н10Т при температуре 20 °C (условия гидроиспытаний): Лист Изм. Лист № документа Подпись Дата 7 ПРОГРАММА П АССАТ 3.01. ООО НТП «ТРУБОПРОВОД»

20 1= =276 / 1.1 = 250.91 МПа Модуль продольной упругости при температуре 20 °C : E1 = 2∙105 МПа Допускаемое давление для патрубка штуцера : = 2 * 250.91 * 1 * (2 – 0) / (16 + 2 + 0) =55.758 МПа Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата 55.758 МПа  0.016466 МПа Заключение: Условие прочности и устойчивости выполнено. Лист Изм. Лист № документа Подпись Дата 8 ПРОГРАММА П АССАТ 3.01. ООО НТП «ТРУБОПРОВОД»

5 Фланцевое соединение №2 Подпись и дата 5.1 Исходные данные Тип фланцев: Исполнение: Диаметр болтовой окружности, Dб: Шпильки: Плоские приварные Плоские 260 мм Материал: Наружный диаметр, d: Количество, n: Контроль затяжки: Прокладка: 40 8 мм 12 Без контроля затяжки Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Материал прокладки: Толщина, hп: Наружный диаметр, Dн.п: Ширина, bп: Данные первого фланца (кольца): Материал фланца (кольца): Смежный элемент: Материал смежного элемента: Наружный диаметр фланца (кольца), Dн: Толщина фланца (кольца) плоского или с выступом, h: Толщина стенки смежного элемента: Сумма прибавок, c (задаётся в смежном элементе): Данные второго фланца (кольца): Материал фланца (кольца): Смежный элемент: Материал смежного элемента: Наружный диаметр фланца (кольца), Dн: Резина по ГОСТ 7338 с твёрдостью по Шору А до 65 единиц 3 мм 240 мм 20 мм СО-95-К Обечайка цилиндрическая №2 СО-95-К 300 мм 20 мм 10 мм 0 мм СО-95-К Обечайка цилиндрическая №1 СО-95-К 300 мм Лист Изм. Лист № документа Подпись Дата 9 ПРОГРАММА П АССАТ 3.01. ООО НТП «ТРУБОПРОВОД»

Толщина фланца (кольца) плоского или с выступом, h: Толщина стенки смежного элемента: Сумма прибавок, c (задаётся в смежном элементе): 5.2 20 мм 10 мм 0 мм Расчёт в рабочих условиях Условия нагружения: Расчётное осевое сжимающее усилие, F: Расчётный изгибающий момент, M: Расчётное внутреннее избыточное давление, p: 574.51 Н 0.0043239 Н∙м 0.0043258 МПа Расчёт на прочность и устойчивость по ГОСТ 34233.4-2017 Температура фланца (кольца), tф: Температура фланца (кольца), tф: Температура болтов (шпилек), tб: 20 °C 20 °C 20 °C Свойства материала болтов (шпилек) Допускаемые напряжения для материала 40 при температуре 20 °C (рабочие условия): 20 =130= 130 МПа б= Модуль продольной упругости для материала 40 при температуре T = 20 °C : E20б= 2.13∙105 МПа Коэффициент линейного расширения для материала 40 при температуре T = 20 °C : -4 20б= 0.113∙10 1/°C Допускаемые напряжения для материала 40 при температуре 20 °C (рабочие условия): 20 =130= 130 МПа б= Модуль продольной упругости для материала 40 при температуре T = 20 °C : E20б= 2.13∙105 МПа Допускаемые напряжения для материала СО-95-К при температуре 20 °C (рабочие условия): Подпись и дата 20 =min{40 / 1.5; 50 / 2.4; 50 / 1.5}= 20.833 МПа Допускаемые напряжения для материала СО-95-К при температуре 20 °C (рабочие условия): 20 ш1= =min{40 / 1.5; 50 / 2.4; 50 / 1.5}= 20.833 МПа Допускаемые напряжения для материала СО-95-К при температуре 20 °C (рабочие условия): 20 Инв. № дубл. ш1= ш2= =min{40 / 1.5; 50 / 2.4; 50 / 1.5}= 20.833 МПа Допускаемые напряжения для материала СО-95-К при температуре 20 °C (рабочие условия): 20 ш2= =min{40 / 1.5; 50 / 2.4; 50 / 1.5}= 20.833 МПа Свойства материала фланца (кольца) 1 Подпись и дата Взам. инв. № Допускаемые напряжения для материала СО-95-К при температуре 20 °C (рабочие условия): 20 f1= =min{40 / 1.5; 50 / 2.4; 50 / 1.5}= 20.833 МПа Модуль продольной упругости для материала СО-95-К при температуре T = 20 °C : E201= 2.9∙106 МПа Коэффициент линейного расширения для материала СО-95-К при температуре T = 20 °C : 201= 11/°C Допускаемые напряжения для материала СО-95-К при температуре 20 °C (рабочие условия): 20 =min{40 / 1.5; 50 / 2.4; 50 / 1.5}= f1= 20.833 МПа Модуль продольной упругости для материала СО-95-К при температуре T = 20 °C : E201= 2.9∙106 МПа Свойства материала фланца (кольца) 2 Инв. № подл. Допускаемые напряжения для материала СО-95-К при температуре 20 °C (рабочие условия): Лист Изм. Лист № документа Подпись Дата 10 ПРОГРАММА П АССАТ 3.01. ООО НТП «ТРУБОПРОВОД»

20 f2= =min{40 / 1.5; 50 / 2.4; 50 / 1.5}= 20.833 МПа Модуль продольной упругости для материала СО-95-К при температуре T = 20 °C : E202= 2.9∙106 МПа Коэффициент линейного расширения для материала СО-95-К при температуре T = 20 °C : 202= 11/°C Допускаемые напряжения для материала СО-95-К при температуре 20 °C (рабочие условия): 20 f2= =min{40 / 1.5; 50 / 2.4; 50 / 1.5}= 20.833 МПа Модуль продольной упругости для материала СО-95-К при температуре T = 20 °C : E202= 2.9∙106 МПа Расчёт без учета стесненности температурных деформаций Расчёт болтов(шпилек): Допускаемые напряжения для болтов (шпилек) при затяжке : = 1.2 * 1 * 1 * 1 * 130 = 156 МПа Условие прочности при затяжке: = 20467 / 0.3936∙10-3 = 52 МПа 52 МПа  156 МПа,Условие прочности выполнено. Допускаемые напряжения для болтов (шпилек) при рабочих условиях: = 1 * 1 * 1 * 130 = 130 МПа Подпись и дата Условие прочности в рабочих условиях: = 20555 / 0.3936∙10-3 = 52.223 МПа 52.223 МПа  130 МПа,Условие прочности выполнено. Расчёт прокладки: Взам. инв. № Инв. № дубл. Условие прочности мягких прокладок: = max{20467; 20555} / (3.1416 * 223.01 * 20) [q] = 18 МПа Условие работоспособности выполнено. Расчёт первого фланца: Условие статической прочности при затяжке в сечении S0: Подпись и дата = max{|18.864 + 7.2686|; |18.864 + 4.7918|} =1.0333 * 1 * 31.25 = 26.133 МПа = 32.292 МПа 26.133 МПа  32.292 МПа,Условие прочности выполнено. Условие статической прочности в рабочих условиях в сечении S0: = Инв. № подл. = 1.467 МПа max{|19 – 0.020589 + 4.8262|; |19 – 0.020589 + 7.3208|; |19 + 0.020589|} = 26.3 МПа Лист Изм. Лист № документа Подпись Дата 11 ПРОГРАММА П АССАТ 3.01. ООО НТП «ТРУБОПРОВОД»

=1.0333 * 1 * 31.25 = 32.292 МПа 26.3 МПа  32.292 МПа,Условие прочности выполнено. = max{|19 – 0.020589 + 4.8262|; |19 – 0.020589 + 7.3208|; |19 + 0.020589|} = 26.3 МПа 26.3 МПа  32.292 МПа,Условие прочности выполнено. Условие статической прочности в рабочих условиях в сечении s0: = max{|0.043258|; | (-0.066505)|} = 0.066505 МПа 0.066505 МПа  20.833 МПа,Условие прочности выполнено. Условие статической прочности при затяжке для тарелок: = = max{|7.2686|; | 4.7918|} 1 * 20.833 = 7.2686 МПа = 20.833 МПа 7.2686 МПа  20.833 МПа,Условие прочности выполнено. Условие статической прочности в рабочих условиях для тарелок: = max{|7.3208|; | 4.8262|} = 7.3208 МПа 7.3208 МПа  20.833 МПа,Условие прочности выполнено. Жёсткость фланца: Инв. № дубл. Подпись и дата Условие выполнения жесткости фланцев : = 1 * 0.74485 = 0.74485 ° Условие жёсткости выполнено. Расчёт второго фланца: Параметры первого и второго фланцев полностью совпадают, расчёт второго фланца не проводится Жёсткость фланца: Параметры первого и второго фланцев полностью совпадают, расчёт второго фланца не проводится 5.3 Расчёт в условиях испытаний (Гидроиспытания) Условия нагружения: Расчётное осевое сжимающее усилие, F: Расчётный изгибающий момент, M: Расчётное внутреннее избыточное давление, p: 813.31 Н 0.0014250 Н∙м 0.013092 МПа Подпись и дата Взам. инв. № Расчёт на прочность и устойчивость по ГОСТ 34233.4-2017 Температура фланца (кольца), tф: Температура фланца (кольца), tф: Температура болтов (шпилек), tб: Свойства материала болтов (шпилек) Допускаемые напряжения для материала 40 при температуре 20 °C (условия гидроиспытаний): 20 =130= 130 МПа б= Модуль продольной упругости для материала 40 при температуре T = 20 °C : E20б= 2.13∙105 МПа Коэффициент линейного расширения для материала 40 при температуре T = 20 °C : -4 20б= 0.113∙10 1/°C Допускаемые напряжения для материала СО-95-К при температуре 20 °C (условия гидроиспытаний): 20 Инв. № подл. 20 °C 20 °C 20 °C ш1= =40 / 1.1 = 36.364 МПа Допускаемые напряжения для материала СО-95-К при температуре 20 °C (условия гидроиспытаний): Лист Изм. Лист № документа Подпись Дата 12 ПРОГРАММА П АССАТ 3.01. ООО НТП «ТРУБОПРОВОД»

20 ш2= =40 / 1.1 = 36.364 МПа Свойства материала фланца (кольца) 1 Допускаемые напряжения для материала СО-95-К при температуре 20 °C (условия гидроиспытаний): 20 f1= =40 / 1.1 = 36.364 МПа Модуль продольной упругости для материала СО-95-К при температуре T = 20 °C : E201= 2.9∙106 МПа Коэффициент линейного расширения для материала СО-95-К при температуре T = 20 °C : 201= 11/°C Свойства материала фланца (кольца) 2 Допускаемые напряжения для материала СО-95-К при температуре 20 °C (условия гидроиспытаний): 20 f2= =40 / 1.1 = 36.364 МПа Модуль продольной упругости для материала СО-95-К при температуре T = 20 °C : E202= 2.9∙106 МПа Коэффициент линейного расширения для материала СО-95-К при температуре T = 20 °C : 202= 11/°C Расчёт без учета стесненности температурных деформаций Расчёт болтов(шпилек): Допускаемые напряжения для болтов (шпилек) при затяжке : = 1.2 * 1.35 * 1 * 1 * 130 = 210.6 МПа Условие прочности при затяжке: Инв. № дубл. Подпись и дата = 20467 / 0.3936∙10-3 = 52 МПа 52 МПа  210.6 МПа,Условие прочности выполнено. Допускаемые напряжения для болтов (шпилек) при рабочих условиях: = 1.35 * 1 * 1 * 130 = 175.5 МПа Условие прочности в рабочих условиях: = 20732 / 0.3936∙10-3 = 52.674 МПа 52.674 МПа  175.5 МПа,Условие прочности выполнено. Расчёт прокладки: Подпись и дата Взам. инв. № Условие прочности мягких прокладок: = max{20467; 20732} / (3.1416 * 223.01 * 20) [q] = 18 МПа Условие работоспособности выполнено. Расчёт первого фланца: Условие статической прочности в рабочих условиях в сечении s0: = Инв. № подл. = 1.4796 МПа max{|0.13092|; | (-0.060969)|} = 0.13092 МПа 0.13092 МПа  36.364 МПа,Условие прочности выполнено. Лист Изм. Лист № документа Подпись Дата 13 ПРОГРАММА П АССАТ 3.01. ООО НТП «ТРУБОПРОВОД»

Условие статической прочности при затяжке для тарелок: = = max{|7.2686|; | 4.7918|} 1 * 36.364 = 7.2686 МПа = 36.364 МПа 7.2686 МПа  36.364 МПа,Условие прочности выполнено. Условие статической прочности в рабочих условиях для тарелок: = max{|7.4266|; | 4.8959|} = 7.4266 МПа 7.4266 МПа  36.364 МПа,Условие прочности выполнено. Жёсткость фланца: Условие выполнения жесткости фланцев : = 1.3 * 0.74485 = 0.9683 ° Условие жёсткости выполнено. Расчёт второго фланца: Параметры первого и второго фланцев полностью совпадают, расчёт второго фланца не проводится Жёсткость фланца: Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата Параметры первого и второго фланцев полностью совпадают, расчёт второго фланца не проводится Лист Изм. Лист № документа Подпись Дата 14 ПРОГРАММА П АССАТ 3.01. ООО НТП «ТРУБОПРОВОД»

6 Штуцер №5 6.1 Исходные данные Элемент: Условное обозначение (метка) Элемент, несущий штуцер: Тип элемента, несущего штуцер: Материал несущего элемента: Толщина стенки несущего элемента, s: Сумма прибавок к стенке несущего элемента, c: Материал штуцера: Внутренний диаметр штуцера, d: Толщина стенки штуцера, s1: Сумма прибавок к толщине стенки штуцера (включая коррозию), cs: Длина штуцера, l1: Обечайка цилиндрическая №1 Обечайка цилиндрическая Непроходящий без укрепления СО-95-К 10мм 0 мм СО-95-К 20 мм 10 мм 0 мм 20 мм Смещение штуцера, Lш: Угол поворота штуцера, : Минимальный размер сварного шва, : Расчётные параметры размещения штуцера: Ближайший штуцер 60 мм 90 ° 2 мм Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата Тип штуцера: Штуцер №5 Лист Изм. Лист № документа Подпись Дата 15 ПРОГРАММА П АССАТ 3.01. ООО НТП «ТРУБОПРОВОД»

Название штуцера: Расстояние до стенки ближайшего штуцера, b: Угол : 6.2 Штуцер №6 305.35 мм 90 ° Расчёт в рабочих условиях Условия нагружения: Расчётная температура, T: Расчётное внутреннее избыточное давление, p: 20 0.0039064 °C МПа Расчёт укрепления отверстия по ГОСТ 34233.3-2017 Свойства материала элемента, несущего штуцер Допускаемые напряжения для материала СО-95-К при температуре 20 °C (рабочие условия): 20 = =min{40 / 1.5; 50 / 2.4; 50 / 1.5}= 20.833 МПа Модуль продольной упругости при температуре 20 °C : E= 2.9∙106 МПа Свойства материала штуцера Подпись и дата Допускаемые напряжения для материала СО-95-К при температуре 20 °C (рабочие условия): 20 1= =min{40 / 1.5; 50 / 2.4; 50 / 1.5}= Модуль продольной упругости при температуре 20 °C : E1 = 2.9∙106 МПа Допускаемое давление для патрубка штуцера : Инв. № дубл. = Взам. инв. № 20.833 МПа 2 * 20.833 * 1 * (10 – 0) / (20 + 10 + 0) =13.889 МПа 13.889 МПа  0.0039064 МПа Заключение: Условие прочности и устойчивости выполнено. Расчётный диаметр отверстия (ось штуцера совпадает с нормалью к поверхности в центре отверстия): =20 + 2 * 0 =20 мм Наибольший допустимый диаметр одиночного отверстия, не требующего дополнительного укрепления при наличии избыточной толщины стенки сосуда: = min{2 * ((10 – 0) / 0.027578 – 0.8) * (200 * (10 – 0))1/2; 200 + 2 * 0} = 1.3492 МПа Инв. № подл. Подпись и дата =2 * 1 * (10 – 0) * 0.68 * 20.833 * 1 / [200 + (10 – 0) * 1] = 200мм Лист Изм. Лист № документа Подпись Дата 16 ПРОГРАММА П АССАТ 3.01. ООО НТП «ТРУБОПРОВОД»

Отверстие считается одиночным, если ближайшее к нему отверстие Штуцер №6 не оказывает на него влияния, т.е. расстояние между наружными поверхностями соответствующих штуцеров удовлетворяет условию: = (200 * (10 – 0))1/2 + (200 * (10 – 0))1/2 = 89.443 мм Условие выполнено, дальнейших расчётов укреплений не требуется. Допускаемое давление [p] = 1.3492 МПа 1.3492 МПа  0.0039064 МПа Заключение: Условие прочности и устойчивости выполнено. Площадь, необходимая для укрепления отверстия: -7 =0.5 * (20 – 17.889) * 0.027578 = 0.29115∙10 м² Располагаемая площадь укрепления одиночного отверстия: =17.678 * (10 – 0.0018752 – 0) * 1 + 0 * 0 * 0 + 0 * (0 – 0 – 0) * 1 + 40 * (10 – 0.027578 – 0) * 1 = 0.57564∙10-3м² Ar = 0.29115∙10-7 м² 0.57564∙10-3 м² Заключение: Условие прочности выполнено. Расчёт в условиях испытаний (Гидроиспытания) Подпись и дата 6.3 Условия нагружения при испытаниях: Расчётная температура, T: Расчётное внутреннее избыточное давление, p: 20 0.012278 °C МПа Расчёт укрепления отверстия по ГОСТ 34233.3-2017 Инв. № дубл. Свойства материала штуцера Инв. № подл. Подпись и дата Допускаемые напряжения для материала СО-95-К при температуре 20 °C (условия гидроиспытаний): Взам. инв. № Свойства материала элемента, несущего штуцер 20 = =40 / 1.1= 36.364 МПа Модуль продольной упругости при температуре 20 °C : E= 2.9∙106 МПа Допускаемые напряжения для материала СО-95-К при температуре 20 °C (условия гидроиспытаний): 20 1= =40 / 1.1 = 36.364 МПа Модуль продольной упругости при температуре 20 °C : E1 = 2.9∙106 МПа Допускаемое давление для патрубка штуцера : = 2 * 36.364 * 1 * (10 – 0) / (20 + 10 + 0) =24.242 МПа 24.242 МПа  0.012278 МПа Заключение: Условие прочности и устойчивости выполнено. Расчётный диаметр отверстия (ось штуцера совпадает с нормалью к поверхности в центре отверстия): =20 + 2 * 0 =20 мм Лист Изм. Лист № документа Подпись Дата 17 ПРОГРАММА П АССАТ 3.01. ООО НТП «ТРУБОПРОВОД»

Наибольший допустимый диаметр одиночного отверстия, не требующего дополнительного укрепления при наличии избыточной толщины стенки сосуда: = min{2 * ((10 – 0) / 0.049667 – 0.8) * (200 * (10 – 0))1/2; 200 + 2 * 0} =2 * 1 * (10 – 0) * 0.68 * 36.364 * 1 / [200 + (10 – 0) * 1] = 200мм = 2.355 МПа Отверстие считается одиночным, если ближайшее к нему отверстие Штуцер №6 не оказывает на него влияния, т.е. расстояние между наружными поверхностями соответствующих штуцеров удовлетворяет условию: = 89.443 мм Условие выполнено, дальнейших расчётов укреплений не требуется. Допускаемое давление [p] = 2.355 МПа 2.355 МПа  0.012278 МПа Заключение: Условие прочности и устойчивости выполнено. Площадь, необходимая для укрепления отверстия: -7 =0.5 * (20 – 17.889) * 0.049667 = 0.52435∙10 м² Располагаемая площадь укрепления одиночного отверстия: =17.678 * (10 – 0.0033771 – 0) * 1 + 0 * 0 * 0 + 0 * (0 – 0 – 0) * 1 + 40 * (10 – 0.049667 – 0) * 1 = 0.57473∙10-3м² Ar = 0.52435∙10-7 м² 0.57473∙10-3 м² Заключение: Условие прочности выполнено. Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата = (200 * (10 – 0))1/2 + (200 * (10 – 0))1/2 Лист Изм. Лист № документа Подпись Дата 18 ПРОГРАММА П АССАТ 3.01. ООО НТП «ТРУБОПРОВОД»

7 Список литературы Инв. № подл. Подпись и дата Взам. инв. № Инв. № дубл. Подпись и дата 1) ГОСТ 34233.1-2017. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Общие требования. 2) ГОСТ 34233.2-2017. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет цилиндрических и конических обечаек, выпуклых и плоских днищ и крышек. 3) ГОСТ 34233.3-2017. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Укрепление отверстий в обечайках и днищах при внутреннем и внешнем давлениях. Расчет на прочность обечаек и днищ при внешних статических нагрузках на штуцер. 4) ГОСТ 34233.4-2017. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет на прочность и герметичность фланцевых соединений. 5) ГОСТ 34233.9-2017. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Аппараты колонного типа. 6) ГОСТ 34283-2017. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность при ветровых, сейсмических и других внешних нагрузках. Лист Изм. Лист № документа Подпись Дата 19 ПРОГРАММА П АССАТ 3.01. ООО НТП «ТРУБОПРОВОД»

ÂÐ-ÍÃÒÓ-Ì19ÒÎ-000-21 ÑÁ Òàáëèöà øòóöåðîâ Îáîçíà÷åíèå Ç300* Íàèìåíîâàíèå À Âõîä âîçäóõà 1 15 0,16 Á Âõîä âîäû 1 15 0,16 Â Âûõîä âîäû 1 20 0,16 Ã Ðåçåðâíûé âûõîä âîäû 1 15 0,16 Ä1,2 Âõîä òåïëîíîñèòåëÿ 2 15 0,16 Å1,2 Âûõîä òåïëîíîñèòåëÿ 2 15 0,16 15Å À Ïðîõîä Äàâëåíèå Êîë. óñëîâíûé óñëîâíîå Dó , ìì Pó , ÌÏà Â Å1 Ä2 À (1:2) 30Å Ç10* 300* Å 30 12 î òâ. Ã Â Ã Ä1 320 Ë (2) 300* 60 15Å 60 Ç260* Ë (2) Â Å2 Á Â (1:1) 60 Á (1:1) 12 11 G 1/2-B G 3/4-B 1558 40* 300* 1 Ç20* 40* Ç25* 40* 40* Ä1 Å (2) 60 Å (2) Å1 Òåõíè÷åñêàÿ õàðàêòåðèñòèêà Ã (1:1) Í (3) 300* Í (3) 21 20 18 15 3* Å2 10* Ïåðâ. ïðèìåí. 60 3* Ä2 Ç200* 20* 5 6 10* 300* Ñïðàâ. ¹ Ç (2) 3 Ã Àòìîñôåðíîå 0,006 0,0132 30 Âîäà, âîçäóõ 30 20 0,047 59,7 75,3 320õ300õ1558 3 Âíóòðåííèé îáúåì, ì â ðàáî÷åì ñîñòîÿíèè Ìàññà, êã ïðè ãèäðîèñïûòàíèÿõ Ãàáàðèòíûå ðàçìåðû (ÄõØõÂ), ìì 2. Ïåðåä óñòàíîâêîé ñãîíîâ â øòóöåðà ðåçüáîâûå ó÷àñòêè ñãîíîâ îáìîòàòü ëåíòîé èç ôòîðîïëàñòîâîãî óïëîòíèòåëüíîãî ìàòåðèàëà. 0,8* 17 Ïîäï. è äàòà Âçàì. èíâ. ¹ Èíâ. ¹ äóáë. Ïîäï. è äàòà ðàáî÷åå Äàâëåíèå, ÌÏà ðàñ÷åòíîå ïðîáíîå Ðàñ÷åòíàÿ òåìïåðàòóðà ñòåíêè, °Ñ ñîñòàâ Õàðàêòåðèñòèêà ìàêñèìàëüíàÿ ðàáî÷åé ñðåäû òåìïåðàòóðà, °Ñ ìèíèìàëüíàÿ 1. Äåéñòâèòåëüíîå ðàñïîëîæåíèå øòóöåðîâ è ïàòðóáêîâ ñì. íà âèäå À è ðàçðåçå Ê - Ê. 24 Èíâ. ¹ ïîäë. Êîðïóñ Òåõíè÷åñêèå òðåáîâàíèÿ Ä (2:1) 2 Íàèìåíîâàíèå 3. Ñêëåéêó ãèäðîçàòâîðà ñ êîðïóñîì àïïàðàòà âûïîëíèòü ñ ïîìîùüþ ìîíòàæíîãî êëåÿ. 4. Ñîåäèíåíèÿ øòóöåðîâ òåïëîîáìåííûõ ìîäóëåé êîíòàêòíûõ óñòðîéñòâ ñî øòóöåðàìè êîðïóñà àïïàðàòà âûïîëíèòü ñ ïîìîùüþ ãèáêèõ øëàíãîâ è ìåòàëëè÷åñêèõ õîìóòîâ. 5. Ãèäðàâëè÷åñêèå èñïûòàíèÿ àïïàðàòà ïðîâåñòè ïîä íàëèâîì âîäû. 23 À Á Ä 9* 22 6. Ãîôðèðîâàííàÿ íàñàäêà â áëîêå êîíòàêòíîãî òåïëîìàññîîáìåííîãî óñòðîéñòâà óñëîâíî ïîêàçàíà ëîìàííûìè (ñì. ðàçðåç Í - Í, ëèñò 3) è øòðèõ-ïóíêòèðíûìè ëèíèÿìè (ñì. ðàçðåç Ï - Ï, ëèñò 3). 7. * - Ðàçìåðû äëÿ ñïðàâîê. Ê (2) ÂÐ-ÍÃÒÓ-Ì19ÒÎ-000-21 ÑÁ Èçì. Ëèñò ¹ äîêóì. Ïîäï. Äàòà Ðàçðàá. Âàñèëüåâ Ï.Ä. Ïðîâ. Ñèäÿãèí À.À. Ò.êîíòð. Êîëîííà ëàáîðàòîðíàÿ Ñáîðî÷íûé ÷åðòåæ Ëèò. Ìàññà Ìàñøòàá 41 Ó Ëèñò 1 1:2,5 Ëèñòîâ ÄÏÈ ÍÃÒÓ Ì19-ÒÌÎ Í.êîíòð. Áàëàõíèí È.À. Óòâ. Äèêîâ Â.À. Êîïèðîâàë Ôîðìàò A1 3

3* 10* ÂÐ-ÍÃÒÓ-Ì19ÒÎ-000-21 ÑÁ Å - Å (1:2) (1) Æ - Æ (1:1) 5* 4 15* 15* 19 Æ 7 25 5 Æ 15* 170 Ç190* Ç200* Ç (1:1) (1) Ð - Ð (1:1) È - È (1:1) Ç16* È Ç120* Ç8* . îòâ 2* 10* 27 45Å 3* 3* Ð Ç135 3* Ç34* 3* 16 30* 3 30* 30Å Ç68* Ç102* 34* 9 97 10 G 3/8-B 40 15* È 40* 2* 9 À Ç20* Á Ð Ê - Ê (1:2) (1) Ë - Ë (1:1) (1) 15° À Ïåðâ. ïðèìåí. Ì - Ì (1:1) 2 ïàòðóáêà Ç25* 30 Ì 2,5* 13 Ïîäï. è äàòà Âçàì. èíâ. ¹ Èíâ. ¹ äóáë. Ïîäï. è äàòà Èíâ. ¹ ïîäë. 23 2* 10* Ì 130* 35* Ç60 Ç135 60 G 3/4-B 104* Ñïðàâ. ¹ Ç16* 8 45Å Á ÂÐ-ÍÃÒÓ-Ì19ÒÎ-000-21 ÑÁ Èçì. Ëèñò ¹ äîêóì. Ïîäï. Äàòà Ðàçðàá. Âàñèëüåâ Ï.Ä. Ïðîâ. Ñèäÿãèí À.À. Ò.êîíòð. Êîëîííà ëàáîðàòîðíàÿ Ñáîðî÷íûé ÷åðòåæ Ëèò. Ìàññà Ìàñøòàá Ó Ëèñò 2 Ëèñòîâ ÄÏÈ ÍÃÒÓ Ì19-ÒÌÎ Í.êîíòð. Áàëàõíèí È.À. Óòâ. Äèêîâ Â.À. Êîïèðîâàë Ôîðìàò A1 3

25* Ï 140* 49 180* 11 ÂÐ-ÍÃÒÓ-Ì19ÒÎ-000-21 ÑÁ 15° Í - Í (1:1) (1) Ï 320 Ï - Ï (1:1) 22* 14* 24* 14* Ñïðàâ. ¹ 270 Ïåðâ. ïðèìåí. 30* 5,5* 26 60 G 3/4-B 2 ñãîíà Èíâ. ¹ ïîäë. Ïîäï. è äàòà 5,5 2,5* 14 5,5 30 60 Âçàì. èíâ. ¹ Èíâ. ¹ äóáë. Ïîäï. è äàòà Ç20* 25* ÂÐ-ÍÃÒÓ-Ì19ÒÎ-000-21 ÑÁ Èçì. Ëèñò ¹ äîêóì. Ïîäï. Äàòà Ðàçðàá. Âàñèëüåâ Ï.Ä. Ïðîâ. Ñèäÿãèí À.À. Ò.êîíòð. Êîëîííà ëàáîðàòîðíàÿ Ñáîðî÷íûé ÷åðòåæ Ëèò. Ìàññà Ìàñøòàá Ó Ëèñò 3 Ëèñòîâ ÄÏÈ ÍÃÒÓ Ì19-ÒÌÎ Í.êîíòð. Áàëàõíèí È.À. Óòâ. Äèêîâ Â.À. Êîïèðîâàë Ôîðìàò A1 3

ÂÐ-ÍÃÒÓ-Ì19ÒÎ-001-21 Ò3 3.0 1.0 Òàáëèöà óñëîâíûõ îáîçíà÷åíèé Óñëîâíîå îáîçíà÷åíèå 1.0 1.2 1.2.0 1.2.3 1.6 3.0 3.1 3.5 9.2 1 ÂÇ7 1.2 42 1.0 LA 17 LE 16 TI 6 ÀÅ 3 TÅ 5 ÂÐ4 1.0 TI 11 H TE 10 ÂÇ8 1.6 1.2.3 TI 9 TI 15 TE 8 1.2.3 22 LA 21 H LG 22 AE 23 FG ÀE, ÀI PDG LE, LA LG ÂÇ5 3.1 ÂÇ1 ÂÐ2 FG 2 FG 1 ÂÐ1 1.6 3 9.2 Îáîçí. 1 21-2 3 41-2 ÂÐ1-4 ÂÇ1-10 21 ÂÇ2 ÂÇ3 3.5 Ïîäï. è äàòà Èíâ. ¹ äóáë. Ýêñïëèêàöèÿ îáîðóäîâàíèÿ è òðóáîïðîâîäíîé àðìàòóðû TI 19 1.0 Ðàñõîä Êîíöåíòðàöèÿ Ðàçíîñòü äàâëåíèé Óðîâåíü (Ñèãíàëèçàöèÿ) Óðîâåíü AI 24 ÂÇ10 TÅ 18 Ïðèìå÷àíèå ÎáîçíàÊîíòðîëèðóåìûé ïàðàìåòð ÷åíèå TG,TE,TI Òåìïåðàòóðà LE 20 1.6 Ñïðàâ. ¹ FG 7 ÂÐ3 1.2.3 ÂÇ9 ~220 Â 41 PDG 12 Òî÷êè çàìåðà è êîíòðîëÿ ÂÇ4 TÅ 14 Íàèìåíîâàíèå Êîëîííà ëàáîðàòîðíàÿ Íàñîñû âèõðåâûå Êîìïðåññîð ïîðøíåâîé Åìêîñòè Âåíòèëü ðåãóëèðóþùèé Âåíòèëü çàïîðíûé Êîë. 1 Ïðèìå÷àíèå D=200 ìì 2 1 2 4 10 Q=3,6 ì /÷ 3 Q=12,3 ì /÷ 3 V=0,25 ì 3 Èíâ. ¹ ïîäë. Ïîäï. è äàòà ÂÇ6 Âçàì. èíâ. ¹ Âîäà ñòî÷íàÿ Âîäà òåõíè÷åñêàÿ Âîäà òåõíè÷åñêàÿ îòðàáîòàííàÿ Âîäà òåõíè÷åñêàÿ ãîðÿ÷àÿ Âîäà î÷èùåííàÿ Âîçäóõ îòðàáîòàííûé Âîçäóõ àòìîñôåðíûé Âîçäóõ ñæàòûé Èíäèêàòîð (20%-ûé ðàñòâîð NaCl) 1.2.0 LG 13 Ïåðâ. ïðèìåí. ÀI 4 Íàèìåíîâàíèå ñðåäû 1.0 ÂÐ-ÍÃÒÓ-Ì19ÒÎ-001-21 Ò3 1.0 Èçì. Ëèñò ¹ äîêóì. Ïîäï. Äàòà Ðàçðàá. Âàñèëüåâ Ï.Ä. Ïðîâ. Ñèäÿãèí À.À. Ò.êîíòð. Ñòåíä ëàáîðàòîðíûé Òåõíîëîãè÷åñêàÿ ñõåìà Ëèò. Ìàññà Ìàñøòàá ó Ëèñò Ëèñòîâ ÄÏÈ ÍÃÒÓ Ì19-ÒÌÎ Í.êîíòð. Áàëàõíèí È.À. Óòâ. Äèêîâ Â.À. Êîïèðîâàë Ôîðìàò A2 1

ÂÐ-ÍÃÒÓ-Ì19ÒÌÎ-002-21 ÎÝÏ Ñåòåâîé ãðàôèê ðàáîò 10 1 6 1 7 1 1,4 2 13,2 2,4 10,8 4 3 10 5 2,4 1,4 3,4 1 2,4 8 13 9 3,4 2 3,4 1,4 11 12 14 1,4 23 1 22 2,8 5,8 20 2,8 7,4 19 18 1 1 17 15 6 21 1 1 16 Âèäû ðàáîò è ïîçäíèå ñðîêè îêîí÷àíèÿ ïîñëåäóþùèõ ñîáûòèé ¹ Íàçâàíèå ðàáîòû Ïîçäíèé ñðîê ñâåðøåíèÿ ïîñëåäóþùåãî ñîáûòèÿ, äíè 1 - 2 Èçó÷åíèå çàäàíèÿ 1,4 Îáîñíîâàíèå êîíñòðóêöèè è ïîäáîð 2 - 3 ìàòåðèàëîâ 3,8 2 - 6 Ïðîâåäåíèå êîíñóëüòàöèé 26,8 14 - 15 Óñòàíîâêà ñðåäñòâ ÊÈÏèÀ 41,4 3 - 4 Ïðîåêòèðîâî÷íûé ðàñ÷åò 17 41,4 42,4 27,8 5 - 8 Çàâåðøåíèå ïðîåêòèðîâàíèÿ 7-8 28,8 17 - 18 Ïðîâåäåíèå ïóñêà è íàëàäêè ñòåíäà 43,4 6 - 7 Ñîãëàñîâàíèå óñòàíîâêè ñòåíäà 27,8 18 - 19 Ïðîâåäåíèå èññëåäîâàíèé 50,8 32,2 18 - 21 Ïðîâåäåíèå êîíñóëüòàöèé 56,6 32,2 56,6 34,6 Îáðàáîòêà ýêñïåðèìåíòàëüíûõ 19 - 20 äàííûõ 20 - 22 Îôîðìëåíèå ðåçóëüòàòîâ 21 - 22 59,4 36,6 22 - 23 Çàâåðøåíèå èññëåäîâàíèé 60,4 Çàãîòîâêà ìàòåðèàëîâ è îáîðóäîâàíèÿ Èçãîòîâëåíèå âíóòðåííèõ óñòðîéñòâ Ìîíòàæ îïîðû è ïëîùàäêè îáñëóæèâàíèÿ Ïåðâ. ïðèìåí. 11 - 12 Ìîíòàæ ëàáîðàòîðíîé êîëîííû Îáùàÿ ñìåòà çàòðàò íà ëàáîðàòîðíûé ñòåíä Ñïðàâ. ¹ ¹ Íàèìåíîâàíèå çàòðàò Ìàòåðèàëû, ðóá. 1 Ïðîåêòèðîâàíèå 2 Ìîíòàæ Ïîäï. è äàòà 40 4 - 5 Ðàçðàáîòêà ÷åðòåæåé 9 - 11 10 - 11 Âçàì. èíâ. ¹ Èíâ. ¹ äóáë. 36,6 Ïîäêëþ÷åíèå âñïîìîãàòåëüíîãî 14 - 16 îáîðóäîâàíèÿ ê ñåòè 15 - 17 Óñòàíîâêà ùèòà óïðàâëåíèÿ 16 - 17 8 - 10 Ïîäï. è äàòà Íàçâàíèå ðàáîòû Óñòàíîâêà âñïîìîãàòåëüíîãî 11 - 13 îáîðóäîâàíèÿ 12 - 14 Ïîäêëþ÷åíèå êîììóíèêàöèé è 13 - 14 ìîíòàæ òðóáîïðîâîäà 8-9 Èíâ. ¹ ïîäë. ¹ Ïîçäíèé ñðîê ñâåðøåíèÿ ïîñëåäóþùåãî ñîáûòèÿ, äíè 3 Èññëåäîâàíèÿ 4 Ïðî÷èå çàòðàòû Èòîãî Ýíåðãèÿ, ðóá. Çàðïëàòà, ðóá. Ñóììà, ðóá. 1000 315 9986 11301 304870 - 9842 314712 - 3310 8241 11551 7000 - - 7000 312370 3625 28069 344065 ÂÐ-ÍÃÒÓ-Ì19ÒÌÎ-002-21 ÎÝÏ Èçì. Ëèñò Ðàçðàá. Ïðîâ. Ò.êîíòð. Êîíñóë. Í.êîíòð. Óòâ. ¹ äîêóì. Ïîäï. Äàòà Âàñèëüåâ Ï.Ä. Ñèäÿãèí À.À. Îðãàíèçàöèîííîýêîíîìè÷åñêèå ïîêàçàòåëè ïðîåêòà Îðëîâ À.Â. Áàëàõíèí È.À. Äèêîâ Â.À. Ëèò. Ìàññà Ìàñøòàá Ó Ëèñò Ëèñòîâ Ì19ÒÌÎ ÄÏÈ ÍÃÒÓ Êîïèðîâàë Ôîðìàò A1 1

ÂÐ-ÍÃÒÓ-Ì19ÒÎ-003-21 ÑÁ À À (1:1) 190 3 5,5 5,5 5,5 22 14* 24 4 30 Á 5,5 14* 1 2 65 5 180* 140* 65* 120* 1* 100 270 Ñïðàâ. ¹ 175* 20* Ç192* 190* Ç192* 20* Ïåðâ. ïðèìåí. 6 Á (2:1) 9 2,5* 2* Ç25* 30 13* 13* 5,5 5,5 2 Ç25* Âçàì. èíâ. ¹ Ïîäï. è äàòà 2* 38 1. * - Ðàçìåðû äëÿ ñïðàâîê. 198 Èíâ. ¹ ïîäë. 11 8 Èíâ. ¹ äóáë. Ïîäï. è äàòà 7 ÂÐ-ÍÃÒÓ-Ì19ÒÎ-003-21 ÑÁ Èçì. Ëèñò ¹ äîêóì. Ïîäï. Äàòà Ðàçðàá. Âàñèëüåâ Ï.Ä. Ïðîâ. Ñèäÿãèí À.À. Ò.êîíòð. Áëîê òåïëîìàññîîáìåííûé Ñáîðî÷íûé ÷åðòåæ Ëèò. Ìàññà Ìàñøòàá 14 Ó Ëèñò 1:1 Ëèñòîâ ÄÏÈ ÍÃÒÓ Ì19-ÒÌÎ Í.êîíòð. Áàëàõíèí È.À. Óòâ. Äèêîâ Â.À. Êîïèðîâàë Ôîðìàò A2 1

ÂÐ-ÍÃÒÓ-Ì19ÒÎ-004-21 ÑÁ À-À Á Ã À 180 24* 24* Ïåðâ. ïðèìåí. 60* 58* Ã (2:1) ÃÎÑÒ 14771-76-Ñ2-ÐÈÏ 2* 270 30Å 2 2* 11* Ïîäï. è äàòà 6* Ç20* ÃÎÑÒ 16037-80-Ó17-ÇÏ- 2 2* 30Å Ñïðàâ. ¹ 2* Â 90 21* R20* 1 Á 4* 30 Â 30* Â - Â (2:1) 10 Èíâ. ¹ äóáë. G 1/2-B 7 30 Âçàì. èíâ. ¹ Ïîäï. è äàòà Èíâ. ¹ ïîäë. 7 36 1. * - Ðàçìåðû äëÿ ñïðàâîê. 14 À ÂÐ-ÍÃÒÓ-Ì19ÒÎ-004-21 ÑÁ Èçì. Ëèñò ¹ äîêóì. Ïîäï. Äàòà Ðàçðàá. Âàñèëüåâ Ï.Ä. Ïðîâ. Ñèäÿãèí À.À. Ò.êîíòð. Áîëüøîé òåïëîîáìåííûé ìîäóëü Ñáîðî÷íûé ÷åðòåæ Ëèò. Ìàññà Ìàñøòàá 3,5 Ó Ëèñò 1:1 Ëèñòîâ ÄÏÈ ÍÃÒÓ Ì19-ÒÌÎ Í.êîíòð. Áàëàõíèí È.À. Óòâ. Äèêîâ Â.À. Êîïèðîâàë Ôîðìàò A2 1

ÂÐ-ÍÃÒÓ-Ì19ÒÎ-005-21 ÑÁ À À-À Á 140 Â - Â (2:1) 24* 2* R20* 4* 30 40* Â 1 Â Ã (2:1) 20* G 1/2-B 2 10 11* 6* ÃÎÑÒ 16037-80-Ó17-ÇÏ- 2 Ïîäï. è äàòà 2* ÃÎÑÒ 14771-76-Ñ2-ÐÈÏ Èíâ. ¹ äóáë. 36 30 Âçàì. èíâ. ¹ Ïîäï. è äàòà Èíâ. ¹ ïîäë. 2* 14 Ç20* 30Å 270 7 30Å Ñïðàâ. ¹ 70 7 2* 24* 40* 60* Ïåðâ. ïðèìåí. Á 1. * - Ðàçìåðû äëÿ ñïðàâîê. Ã À ÂÐ-ÍÃÒÓ-Ì19ÒÎ-005-21 ÑÁ Èçì. Ëèñò ¹ äîêóì. Ïîäï. Äàòà Ðàçðàá. Âàñèëüåâ Ï.Ä. Ïðîâ. Ñèäÿãèí À.À. Ò.êîíòð. Ìàëûé òåïëîîáìåííûé ìîäóëü Ñáîðî÷íûé ÷åðòåæ Ëèò. Ìàññà Ìàñøòàá 3 Ó Ëèñò 1:1 Ëèñòîâ ÄÏÈ ÍÃÒÓ Ì19-ÒÌÎ Í.êîíòð. Áàëàõíèí È.À. Óòâ. Äèêîâ Â.À. Êîïèðîâàë Ôîðìàò A2 1

ÂÐ-ÍÃÒÓ-Ì19ÒÎ-006-21 270 75 À 40 R20 75 190 30 À À-À 12,5 60Å Ñïðàâ. ¹ Ïåðâ. ïðèìåí. 12 1 Èíâ. ¹ äóáë. X Âçàì. èíâ. ¹ Ïîäï. è äàòà Èíâ. ¹ ïîäë. Å 120 120 Å Ïîäï. è äàòà Z Y 120Å ÂÐ-ÍÃÒÓ-Ì19ÒÎ-006-21 Èçì. Ëèñò ¹ äîêóì. Ïîäï. Äàòà Ðàçðàá. Âàñèëüåâ Ï.Ä. Ñèäÿãèí À.À. Ïðîâ. Ò.êîíòð. Í.êîíòð. Áàëàõíèí È.À. Äèêîâ Â.À. Óòâ. Íàñàäêà ãîôðèðîâàííàÿ ABS-ïëàñòèê Êîïèðîâàë Ëèò. Ìàññà Ìàñøòàá 0,1 Ó Ëèñò 1:1 Ëèñòîâ ÄÏÈ ÍÃÒÓ Ì19-ÒÌÎ Ôîðìàò A2 1

ÂÐ-ÍÃÒÓ-Ì19ÒÎ-007-21 Кривые отклика пустотелой барботажной колонны на импульсные возмущения при постоянной фиктивной скорости жидкости w ж = 0,012 м/с и различных расходных газосодержаниях β Èíâ. ¹ ïîäë. Ïîäï. è äàòà Âçàì. èíâ. ¹ Èíâ. ¹ äóáë. Ïîäï. è äàòà Ñïðàâ. ¹ Ïåðâ. ïðèìåí. Кривые отклика пустотелой барботажной колонны на импульсные возмущения при постоянном расходном газосодержании β = 70% и различных фиктивных скоростях жидкости w ж ÂÐ-ÍÃÒÓ-Ì19ÒÎ-007-21 Èçì. Ëèñò ¹ äîêóì. Ïîäï. Äàòà Ðàçðàá. Âàñèëüåâ Ï.Ä. Ïðîâ. Ñèäÿãèí À.À. Ò.êîíòð. Ðåçóëüòàòû èññëåäîâàíèé Ëèò. Ìàññà Ìàñøòàá Ó Ëèñò 1 Ëèñòîâ ÄÏÈ ÍÃÒÓ Ì19-ÒÌÎ Í.êîíòð. Áàëàõíèí È.À. Óòâ. Äèêîâ Â.À. Êîïèðîâàë Ôîðìàò A1 3

ÂÐ-ÍÃÒÓ-Ì19ÒÎ-007-21 Кривые отклика барботажной колонны на импульсные возмущения при расходном газосодержании β = 50% и фиктивной скорости жидкости w ж = 0,012 м/с Èíâ. ¹ ïîäë. Ïîäï. è äàòà Âçàì. èíâ. ¹ Èíâ. ¹ äóáë. Ïîäï. è äàòà Ñïðàâ. ¹ Ïåðâ. ïðèìåí. Кривые отклика барботажной колонны на импульсные возмущения при расходном газосодержании β = 60% и фиктивной скорости жидкости w ж = 0,012 м/с ÂÐ-ÍÃÒÓ-Ì19ÒÎ-007-21 Èçì. Ëèñò ¹ äîêóì. Ïîäï. Äàòà Ðàçðàá. Âàñèëüåâ Ï.Ä. Ïðîâ. Ñèäÿãèí À.À. Ò.êîíòð. Ðåçóëüòàòû èññëåäîâàíèé Ëèò. Ìàññà Ìàñøòàá Ó Ëèñò 2 Ëèñòîâ ÄÏÈ ÍÃÒÓ Ì19-ÒÌÎ Í.êîíòð. Áàëàõíèí È.À. Óòâ. Äèêîâ Â.À. Êîïèðîâàë Ôîðìàò A1 3

ÂÐ-ÍÃÒÓ-Ì19ÒÎ-007-21 Зависимость среднего времени пребывания частиц жидкости τ ср от расходного газосодержания β при постоянной фиктивной скорости жидкости w ж = 0,012 м/с Èíâ. ¹ ïîäë. Ïîäï. è äàòà Âçàì. èíâ. ¹ Èíâ. ¹ äóáë. Ïîäï. è äàòà Ñïðàâ. ¹ Ïåðâ. ïðèìåí. Зависимость безразмерной дисперсии распределения частиц 2 жидкости σ (θ) от расходного газосодержания β при постоянной фиктивной скорости жидкости w ж = 0,012 м/с Сплошными линиями на графиках обозначены экспериментальные кривые, построенные по опытным точкам: кривая 1 (маркер ) – для пустотелой барботажной колонны; кривая 2 (маркер ) – для колонны с контактным устройством. ÂÐ-ÍÃÒÓ-Ì19ÒÎ-007-21 Èçì. Ëèñò ¹ äîêóì. Ïîäï. Äàòà Ðàçðàá. Âàñèëüåâ Ï.Ä. Ïðîâ. Ñèäÿãèí À.À. Ò.êîíòð. Ðåçóëüòàòû èññëåäîâàíèé Ëèò. Ìàññà Ìàñøòàá Ó Ëèñò 3 Ëèñòîâ ÄÏÈ ÍÃÒÓ Ì19-ÒÌÎ Í.êîíòð. Áàëàõíèí È.À. Óòâ. Äèêîâ Â.À. Êîïèðîâàë Ôîðìàò A1 3

Рецензии:

Авторизуйтесь, чтобы добавить рецензию

- у работы пока нет рецензий -

Отзывы:

Авторизуйтесь, чтобы оставить отзыв