Безиндикаторный информационно-измерительный метод определения параметров структуры потоков в тепло- и массообменных аппаратах

В статье предложен информационно-измерительный метод определения дифференциальной и интегральной кривых отклика и их дисперсии – центрального момента второго порядка по профилю скорости, а также по зависимости скоростного напора или высоты столба манометрической жидкости в трубке Пито-Прандтля от радиуса массообменного аппарата. Приведены расчетные зависимости для определения параметров структуры потоков на основе экспериментальных данных для ректификационной колонны по паровой фазе и кипящему раствору, а также фильтрационного течения потока газовой фазы через слой адсорбента, формулы их пересчета в C- и F- кривые отклика, дисперсии. Рассмотрены индикаторные методы определения параметров структуры потоков, основанные на импульсном или ступенчатом вводе индикаторов в поток, с последующей регистрацией изменения концентрации «меченых» частиц, молекул и ионов во времени. Рассмотрен индикаторный метод измерения параметров структуры потока жидкофазных продуктов массообмена, основанный на вводе трассера, электропроводность которого отличается от электропроводности потока-носителя, с последующей регистрацией сигнала на выходе кондуктометрической ячейкой. Приведены для сравнения индикаторные методы определения параметров структуры потоков газофазных носителей на основе ввода частиц дыма, радиоактивных изотопов, а также ионизацией газового потока на входе в рабочий объем аппарата, с последующей регистрацией сигналов и распознаванием параметров модели. Показаны преимущества предлагаемого (информационно-измерительного) метода расчета вышеназванных параметров по сравнению с индикаторным методом, связанные с выбором индикатора, его точной подачей в виде импульсного или ступенчатого сигнала на входе объекта и регистрацией на выходе, а также знанием плотностей жидкой, газовой или паровой фазы в объекте и плотности манометрической жидкости в трубке Пито-Прандтля.

1. Каган А.М. и др. Контактные насадки промышленных тепломассообменных аппаратов. Под ред. Лаптева. Казань: Отечество; 2013.

2. Тимонин А.С., Божко Г.В., Борщев В.Я., Гусев Ю.И. Оборудование нефтегазопереработки, химических и нефтехимических производств. Книга 2. Под общей ред. А.С. Тимонина. М., Инфра-Инженерия; 2019.

3. Голованчиков А.Б., Черикова К.В., Прохоренко Н.А. Математическое моделирование колпачковой тарелки в процессах ректификации. Моделирование, оптимизация и информационные технологии. 2021;9(1). Доступно по: https://moitvivt.ru/ru/journal/pdf?id=924. DOI: 10.26102/2310-6018/2021.32.1.022.

4. Дмитриев А.В, Мадышев И.Н, Дмитриева О.С, Николаев А.Н. Исследования диспергирования жидкости и газа в контактных устройствах с увеличенным диапазоном устойчивой работы. Экология и промышленность России. 2017;21(3):12–15.

5. Мадышев И.Н, Дмитриева О.С., Дмитриев А.В. Перспективы использования струйно-барботажных контактных устройств для повышения энергоэффективности массообменных аппаратов. Экология и промышленность России. 2015;19(7):36–39.

6. Меренцов Н.А., Персидский А.В., Голованчиков А.Б. Идентификация математической модели управления абсорбционными аппаратами селективной очистки газовых выбросов. Моделирование, оптимизация и информационные технологии. 2022;10(2). Доступно по: https://moitvivt.ru/ru/journal/pdf?id=1178. DOI: 10.26102/2310-6018/2022.37.2.024.

7. Голованчиков А.Б., Прохоренко Н.А., Фоменков С.А. Разработка и численное моделирование конструкции колонны для контактирования газа с жидкостью. Моделирование, оптимизация и информационные технологии. 2020;8(4). Доступно по: https://moitvivt.ru/ru/journal/pdf?id=868. DOI: 10.26102/2310-6018/2020.31.4.022.

8. Голованчиков А.Б., Меренцов Н.А., Качанов А.В. Моделирование процесса абсорбции в насадочной колонне, работающей в режиме эмульгирования. Экология и промышленность России. 2021;25(3):24–29.

9. Меренцов Н.А., Персидский А.В., Голованчиков А.Б. Управление массообменными процессами при сорбционной очистке газовых выбросов. Моделирование, оптимизация и информационные технологии. 2022;10(2). Доступно по: https://moitvivt.ru/ru/journal/pdf?id=1179. DOI: 10.26102/2310-6018/2022.37.2.023.

10. Меренцов Н.А., Голованчиков А.Б., Персидский А.В., Лебедев В.Н. Моделирование процессов управления в экологическом массообменном оборудовании: монография. ВолгГТУ. Волгоград; 2020. 188 с.

11. Голованчиков А.Б., Прохоренко Н.А., Меренцов Н.А. Моделирование структуры потока в насадочных и тарельчатых ректификационных колоннах: монография. ВолгГТУ. Волгоград; 2020. 168 с.

12. Меренцов Н.А., Голованчиков А.Б., Персидский А.В., Топилин М.В. Моделирование процессов управления в нефтегазоперерабатывающем массообменном оборудовании: монография. ВолгГТУ. Волгоград; 2021. 212 с.

13. Голованчиков А.Б., Залипаева О.А., Меренцов Н.А. Моделирование сорбционных процессов с учётом структуры потока: монография. ВолгГТУ. Волгоград; 2018. 128 с.

14. Левеншпиль О. Инженерное оформление химических процессов. Москва: Химия; 1969. 621 с.

15. Кафаров В.В. Методы кибернетики в химии и химической технологии. Москва: Химия; 1976. 464 c.

16. Закгейм А.Ю. Введение в моделирование химико-технологических процессов. Москва: Химия; 1982. 288 с.

17. Тябин Н.В., Голованчиков А.Б. Методы кибернетики в реологии и химической технологии. Волгоград: ВПИ; 1983. 104 с.

18. Голованчиков А.Б., Дулькина Н.А. Моделирование структуры потоков в химических реакторах. Волгоград: ВолгГТУ; 2009. 240 с.

19. Голованчиков А.Б., Воротнева С.Б. Моделирование гидродинамических и тепловых процессов в двухтрубном теплообменнике. Волгоград: ВолгГТУ; 2015. 160 с.

20. Голованчиков А.Б., Тябин Н.В., Брифф Е.А.Пат. РФ 1813214 Способ определения структуры потока газа в аппарате (1993).

21. Меренцов Н.А., Голованчиков А.Б., Топилин М.В., Персидский А.В. Экспериментальное определение параметров структуры потока фильтрационных течений через слои гранул адсорбентов в экологическом массообменном оборудовании. Экология и промышленность России. 2022;26(11):42–47. DOI: 10.18412/1816-0395-2022-11-42-47.