Способ определения параметров массопереноса примеси в неподвижном продуваемом слое с погруженными поверхностями Советский патент 1990 года по МПК G01N13/00 

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для комплексного экспериментального определения эффективного коэффициента продольной диффузии и пристенного коэффициента массоотдачи неподвижного продуваемого слоя, содержащего погруженные поверхности, и может быть использовано в химической, металлургической и нефтеперерабатывающей отраслях промышленности при оптимизации процессов в аппаратах с продуваемым слоем.

Целью изобретения является повышение информативности способа путем дифференцированного определения эффективного коэффициента продольной

диффузии и пристенного коэффициента массоотдачи.

На чертеже приведена схема устройства для реализации способа.

Устройство состоит из корпуса 1, в котором размещены газораспределительная решетка 2 и трубный пучок 3 (массообменная поверхность). Корпус 1 соединен с камерой 4 для добавления примеси в основной поток через вентилятор 5. В стенку корпуса 1 вмонтированы отборники 6 проб. Устройство содержит также трубки-имитаторы 7, расположенные в корпусе 1, подпиточные бачки 8, соединенные с трубным пучком 3, регулирующий шибер 9, установленный на выходе вентилятора 5 и

СП СП

4 00 3d

соединенный с корпусом 1 через расхо домерное сопло 10, снабженное жидкосным манометром 11. На поверхностях трубок трубного пучка 3 установлены термокамеры 12, соединенные через переключатели 13 с вольтметром 14. В верхней части стенки корпуса 1 установлена трубка Пито 15, «снабженная жидкостным манометром 16. В нижней части корпуса 1 установлены термопара 17 и манометр 18.

Кроме того, в устройстве предусмотрены газоанализаторы для проведения анализа проб (не показаны).

В устройстве создание и поддержание определенной концентрации примеси на поверхностях обусловлено подачей жидкой примеси через пористые структуры поверхностей, подпитка которых производится из бачков.

Корпус устройства 1 представляет собой вертикальную шахту, в которой размещен пучок 3 из трубок с порис- той структурой. Подпитка трубок осуществляется из подпиточных бачков 8, .которые выполняют также функцию термостатов, обеспечивая необходимую температуру примеси (.например, воды) . В нижней части корпуса 1 размещены три горизонтальных ряда трубок-имми- таторов 7, которые имеют такой же диаметр, как и массообменные. Подача газа в слой осуществляется с помо- щъю вентилятора 5 через газораспределительную решетку 2, регулировка расхода производится с помощью шибера 9 . На всасывающем патрубке вентилятора расположена камера 4, пред- назначенная для добавления определенного количества примеси в поток газа {.например, оросительная камера) . Расход газа измеряется с помощью рас- ходомерного сопла 10, соединенного с жидкостным манометром 11, температура потока измеряется с помощью термопары 17S соединенной через переключатель 13 с вольтметром 14, давление на входе и выходе - манометра- ми. 18. В корпусе по высоте расположен ряд (6-8 и более) отборников 6 проб газа, подключаемых к газоанализаторам (к примеру, измерителем влажности различного типа, если в качестве примеси используется вода). Кроме того, в 2-3 сечения:; расположены несколько отборников проб для контроля одномерности поля концентраций.

, д

5

0

5 30,с дд45 ,-п Концентрации примеси на поверхностях определяют по температурам поверхностей, которые, в свою очередь, намеряются с помощью термопар 12, соединенных также через переключатель с вольтметром. Для контроля равномерности распределения газа по сечению на выходе из слоя установлена трубка Пито 15, связанная с жидкостным манометром 16.

Способ осуществляют следующим образом.

Пространство между газораспределительной решеткой верхней образующей последнего ряда труб трубного пучка 3 заполняют частицами. По мере заполнения в корпус вставляют отборники 6 проб. Затем включают вентилятор 5 и с помощью шибера 9 устанавливают заданный расход газа. В камеру 4 через форсунки поступает примесь (например, вода), при этом такую же примесь в жидком состоянии с заданной температурой подают из подпиточных бачков 8 в трубки трубного пучка J. После достижения стационарного режима по концентрациям производят измерение следующих величин: расход температуры и давления газового потока, концентраций примеси на входе, выходе и в 6-8 сечениях по высоте слоя; температур погруженных поверхностей (с помощью которых по имеющимся справочным данным определяется концентрация примеси на погруженных поверхностях) i распределение скоростей газа по сечению на выходе из слоя.

В процессе эксперимента применяется система автоматического регулирования температур массообменных поверхностей. Полученные данные используют для расчета искомых параметров массопереноса по формулам

c- .,f 3ffo B#TpJ«M-С Х)

D(1о(1-г,) ,

где Р 2D(1-Ј1)t

JM 1J

feMi-e J

рз a crFcr

D(i-e,T

ст с т

w

м

t

С

ст

С - текущая концентрация примеси, кг/кг} - концентрация примеси на

С,

F

погружных поверхностях, кг/кг,

-концентрация примеси на входе в слой, кг/кг

Wi, - скорость фильтрации потока, м/с;

D - эффективный коэффициент продольной диффузии, мг/с

Е, - доля сечения, занятая погруженными поверхностями; X - текущая координата, м,

-площадь погруженных поверхностей в единице объема м2/м3,

рст - пристенный коэффициент массоотдачи, м/с.

Различных вариантов выполнения устройства может быть достаточно мнго (например, массообменные поверхности могут быть покрыты слоем сублимирующегося вещества, либо слоем катализатора, на котором протекает химическая реакция и т.п.).

Пример. Корпус 1 устройства представлял собой вертикальную шахт

ст

10

5574866

размерами 0,j2xO,2 м. Высота массо- обменного участка составляла 0,29 м. В качестве погруженной массообменной поверхности использовали шахматный трубный пучок 3 из 11 труб с наружным диаметром dTp 0,01 м. Наружная поверхность труб представляла собой пористую структуру, подпитываемую дистиллированной водой. Перед массо- обменным участком организован участок аэродинамической стабилизации,в котором расположены три горизонтальных ряда обычных труб 7 диаметром .г 0,016 м. В качестве основного потока использовали воздух. Пробы воздуха отбирали при помощи специальных трубок отборников 6 проб, расположенных в слое. Анализ проб воздуха произ- 20 водили конденсационно-термометричес- ким методом с использованием гигрометров Ф.

В процессе опыта измеряли относительную влажность, а затем ее пересчитывали на влагосодержание (массовую концентрацию) водяного пара. В качестве насадки использовали стеклянные частицы диаметром d г„ 5, м, при этом площадь погруженясь поверхностей в единице объема слоя составляла Ь Ст м2/м3, доля сечения, занятая погруженными поверхностями, Ј 0,10. Температура поверхностей t 30 °С, скорость

фильтрации воздуха W 0,U1 м/с.

Изменение концентрации водяного пара в потоке воздуха по высоте слоя представлено в таблице.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в химической, металлургической и нефтедобывающей промышленности для определения эффективного коэффициента продольной диффузии и пристенного коэффициента массоотдачи неподвижного продуваемого слоя, содержащего погруженные массообменные поверхности. Целью изобретения является повышение информативности способа путем обеспечения дифференцированного определения эффективного коэффициента продольной диффузии и пристенного коэффициента массоотдачи. Цель достигается дополнительным измерением распределения концентрации примеси по высоте слоя при поддержании постоянной концентрации примеси на массообменных поверхностях. Искомые коэффициенты рассчитывают математической обработкой полученного распределения. 1 ил.

Концентрация водяного пара в потоке на входе в слой составляла 6,U кг/кг, концентрация на погруженных поверхностях - 27,5-10-3 кг/кг (что соответствует 100%-ной относительной влажности при 30 °О .

Методом последовательных приближений определяли границу применимости формул (1) и (2). В итоге получено, что при X iO,126 м необходимо использовать формулу (1), а при ,126м- формулу (.2) .

Таким образом, указанные зависимости позволяют найти искомые значения параметров массопереноса D

/,U2 -IU-5 м2/с, (3 5,17-10му с

Формула изобретения

Способ определения параметров массопереноса примеси в неподвижном продуваемом слое с погруженными поверхностями, заключающийся в создании концентрации примеси на погруженных поверхностях, подаче газа в слой, измерении стационарной конценграции примеси на выходе из слоя при постоянном расходе газа через слой и расчете параметров массопереноса по измеренным величинам концентрации примеси на поверхности и расхода газа, отличающийся тем, что, с целью повышения информативности коэффициента продольной диффузии и пристенного коэффициента массо- отдачи, концентрацию примеси на всех пбгруженных поверхностях поддерживают постоянной, дополнительно измеряют зависимость концентрации примеси в

13

слое от высоты слоя, пристенный коэффициент массоотдачи рассчитывают по измеренным величинам и зависимости примеси от высоты слоя на участке слоя , где X - текущая высота слоя; L Кр - критическое расстояние, рассчитываемое по физическим параметрам слоя и потока газа, а эффективный коэффициент продольной диффузии рассчитывают по зависимости концентрации от высоты слоя на участке X L кр с учетом вычисленного пристенного коэффициента массоотдачи.

;;

з