Способ управления тепломассообменным аппаратом Советский патент 1990 года по МПК B01J19/00 G05D27/00 

i

(21)4340332/31-26

(22)14.12.88

(46) 30.05.90. Бюл. I 20

(71)Алтайский государственный университет

(72)В.И.Волков и М.Ю.Волков

(53)66.012-52(088.8)

(56)Аэров М.Э. и др. Аппараты со стационарным зернистым слоем, Л.: Химия, 1979, с. 46.

Авторское свидетельство СССР № 1286265, кл. В 01 J 19/00, 1985.

(54)СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТЕПЛОМАССО- ОБМЕННЫМ АППАРАТОМ

(57)Изобретение относится к способам управления тепломассообменными процессами с использованием аппаратов

с плотно или дистанционно-упакован- ными слоями катализаторов или теплообменных элементов и позволяет повысить эффективность за счет равноме; - ного распределения тепломассообмена по аппарату в целом. Способ заключс-- ется в измерении перепада давлений в тепломассообменной зоне, температуры потока на входе и выходе аппарата и определения среднего ее значения, по величине которой и величине перепада давлений определяют и VCT - навливают время пульсации с начальной частотой не более 50 Гц, по которого частоту увеличивают дчскрст но каждый раз на 20-50 Гц, я при достижении ее значения более 50 Гц уг- танавливают первоначальную часто;у пульсаций и по новым значениям итмо- ряемых параметров определяют новое значение времени пульсаций. 2 ил.

СО

(Л

Изобретение относится к способам управления тепломассообменными процессами с использованием аппаратов с плотно или дистанционно-упакованными слоями катализаторов или теплообменных элементов и позволяет повысить эффективность за счет равномерного распределения тепломассообмена по аппарату в целом. Способ заключается в измерении перепада давлений в тепломассообменной зоне, температуры потока на входе и выходе аппарата и определении среднего ее значения, по величине которой и величине перепада давлений определяют и устанавливают время пульсации с начальной частотой не более 50 Гц, по истечении которого частоту увеличивают дискретно каждый раз на 20 - 50 Гц, а при достижении ее значения более 50 Гц устанавливают первоначальную частоту пульсаций и по новым значениям измеряемых параметров определяют новое значение времени пульсаций. 2 ил.

Изобретение относится к способам управления тепломассообменными процессами и может быть использовано в энергетической и нефтехимической промышленности, где применяются аппараты с плотно или дистанционно упакованными Слоями катализаторов или теплообменник элементов.

Цель изобретения - повышение эффективности за счет равномерного распределения тепломассообмена по аппарату в целом.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для реализации предлагаемого способа; на фиг. 2 - зависимость относительного изменения перепада давлений в слое по его длине.

Устройство содержит тепломассооб- менный аппарат 1 со слоем катализатора или теплообменных элементов, датчики 2 и 3 температуры и 3 и 4 давления потока соответственно на входе и выходе аппарата 1, аналого-цифровые преобразователи 6-9, цифровой вычислительный блок 10, цифроанплоговьы преобразователь 11, усилитель 12 и пульсатор 13 потока.

Способ осуществляется следующим образом.

В потоке, поступающем к слою в аппарате 1, пульсатором 13 создают сации давления потока в диапазоне о О До 150 Гц. Частоту f, пульсации изменяют дискретно с шагом от 2 чо

сл

0

1

о

50 Гц. Например, f,0 Гц, Гц, Гц, Гц.

Время Т пульсаций с одинаковой частотой выбирают из условия полной пе- 5 рестрочки потока в слое после дискретного изменения частоты и определяют по формуле

с.т

(1)

II

10

где Ј - пористость слоя; L - длина слоя, м; U - средняя скорость потока, м/ч.

Величины Ј и L известны и вводятся в блок 10 заранее.

Для определения средней скорости потока используют показания датчиков 2 и 3 температуры и датчиков 4 и 5 давления потока соответственно на входе и выходе аппарата 1, которые, преобразуясь в цифровую информацию в преобразователях 6-9, подаются в блок 10 С учетом геометрических и физико-механических характеристик слоя и потока в блоке 10 среднюю скорость потока в слое вычисляют по зависимости

(bP,tcp ,E,L,d,p,(U), (2)

где UP - перепад давлений на слое в

аппарате 1, рассчитанном по данным датчиков 3 и 4, Па; tcp - средняя температура потока,

рассчитанная по данным датчиков 2 и 3,°С;

d - диаметр элемента слоя, м; Ои(и- плотность и вязкость потока, заданные при начальной температуре потока, кг/м3 и с . Определив время пульсаций потока на начальной частоте не более 50 Гц, введенной в блок 10 заранее, блок 10 выдает соответствующий сигнал на преобразователь 11. Аналоговый сигнал с преобразователя 11 через усилитель 12 подается на вход пульсатора 13, устанавливающего начальное значение частоты пульсирования потока.

Одновременно блок 10 начинает отчет времени пульсирования на этой частоте, по окончании которого он вы- дает команду на увеличение частоты пульсации на (20-50) Гц, сравнивая при этом полученную частоту с максимальной частотой 150 Гц. Если окажется, что вновь полученная частота . больше 150 Гц, блок 10 устанавливает на пульсаторе начальную частоту не более 50 Гц, т.е. возвращается к исходной частоте пульсации и опрашивая

0 5

0

5 0 5

о

датчики 2,3,4 и 5, определяет новое значение времени пульсирования на одной частоте.

Управление следующим циклом пульсирования происходит аналогично.

Выбор числовых значений частот пульсаций определен выявленной существенной зависимостью локального гидравлического сопротивления, измеряемого на размерах, близких к размерам элементов слоя, от частоты пульсаций давления потока генерируемых пульсатором 13 перед слоем. Это видно из фиг. 2, где приведено распределение локального перепада давлений &Р в произвольной засыпке шариков диаметром ,01 м, отнесенного к полному перепаду давлений на всей засыпке &Р0 400 ПА вдоль одной из образующих слоя -для трех значений частоты f : Ј,17 Гц; Гц; Гц. Порядковый номер ,2 и т.д. соответствует перепаду давлений между 0,04 ми 0,02 м, 0,06 м и 0,04 м и т.д. от начала засыпки.

Анализ фиг. 2 показывает, что изменение частоты пульсаций давления на величину, большую 20 Гц, приводит к существенному перераспределению локального гидравлического сопротивления .

Изменение частоты пульсаций на меньшую величину оказывает более слабое влияние на локальное гидравлическое сопротивление. Поэтому целесообразно изменять частоту пульсаций давления дискретно с шагом более 20 Гц. Кроме того, дискретное изменение частоты пульсаций давления вызывает интенсивную перестройку потока в слое, что благоприятно сказывается на тепломассообмене в целом за счет дополнительного стимулирования турбулентности.

С другой стороны, увеличивая шаг дискретности изменения частоты пульсаций давления свыше 50 Гц, можно пропустить экстремально различные распределения локального гидравлического сопротивления в слое и получить распределение, довольно близкое к исходному.

Влияние частоты пульсаций давления на локальное гидравлическое сопротш-- ление наиболее значительно при изменении частоты пульсаций в диапазоне от 50 до 150 Гц и с повышением частоты пульсаций на входе свыше 150 Гц

51

эффект перераспределения локального гидравлического сопротивления в слое уменьшался, что объясняется уходом в зарезонансную область от собственных частот пульсаций потока в элементах слоя.

Формула изобретения

Способ управления тепломассообмен- ным аппаратом путем измерения перепада давлений в тепломассообменной зоне, по величине которого изменяют частоту пульсации давления потока на входе в тепломассообменную зону, о т- личающийся тем, что, с цеЯиг./

67261

лью по л МЩЕНИЯ эффективности за с tc- обеспечения равномерности тепломассообмена по аппарату в целом, дополнительно измеряют температуру потока на входе и выходе аппарата, определяют среднее ее значение, по ее величине и величине перепада длрления определяют и устанавливают время пульсации JQ с начальной частотой не более 50 Гц, по истечении которого частоту увеличивают дискретно каждый раз на 20- 50 Гц, а по достижении ее значения ( лее 150 Гц устанавливают пррвонгпмл--- J5 кую частоту пульсаций и по новым чая- чениям измеряемых параметров опр ляют новое значение времени пульг.мгчй.

f 5 б

Риг 2

7 8 Н