Об итогах 2 года проекта РНФ 18-79-10136-П «Теоретические методы моделирования и разработки энергоэффективных импортозамещающих аппаратов очистки и глубокой переработки углеводородного сырья на предприятиях топливно-энергетического комплекса»

В проекте решен ряд актуальных научно-исследовательских и научно-технических задач с применением и развитием методов математического моделирования и экспериментальных исследований.

На основе приближенного метода математического  моделирования переноса импульса и теплоты в теплообменных аппаратах с поверхностными интенсификаторами получены выражения средних коэффициентов трения и теплоотдачи. Представлены результаты расчетов и сравнения с известными экспериментальными. Разработаны способы интенсификации явлений переноса в средах с повышенной вязкостью для увеличения эффективности теплообменников с применением насадок «Инжехим» и значительного снижения их массогабаритных характеристик. Насадки обеспечивают переход от ламинарного режима к турбулентному в трубе при числах Re более 50-150 и значительному повышению α- (в 15-20 раз). Даны выражения для числа Нуссельта. За счет объемного интенсификатора поверхность теплопередачи снижается до 17 раз. Представлены результаты численного решения уравнения теплопереноса и сравнение полученных температурных профилей с экспериментальными данными.

Решена научно-техническая задача расчета пленочных градирен и скрубберов. Получены выражения для чисел Нуссельта и Шервуда для контактных устройств различных конструкций. Даны решения системы уравнений и сравнения профилей температур и влагосодержания по высоте насадки с экспериментальными данными. Сделаны выводы о наиболее эффективных конструкциях насадок по теплогидравлическим характеристикам.

Получен алгоритм расчета режимных и конструктивных характеристик барботажных тарелок охлаждения и очистки газов с применением результатов гидравлических исследований. Дано численное решение системы уравнений по полям температур, влагосодержанию, концентрации частиц и сравнение с экспериментальными данными.

Показано преимущество режима прямотока при газоочистке при сильном взаимодействии газа с пленкой жидкости в шероховатом канале. Вычислена эффективность осаждения частиц в режимах слабого и сильного взаимодействия пленки с газовым потоком. Даны рекомендации по режимным и конструктивным параметрам обеспечивающих эффективность газоочистки 99%.  

Экспериментально получены массообменно-гидравлические характеристики пленочной трубчатой насадки в аппарате из полиэтилена с дискретно-шероховатой поверхностью для градирен и скрубберов.  

Экспериментально исследован процесс получения тяжелого вакуумного газойля по требованиям масляного производства методом ректификации. Проведена оценка термической стабильности кубового продукта колонны. Выполнены исследования параметров оптимального технологического  режима и основных конструктивных характеристик.  Использована регулярная сегментная гофрированная насадка «Инжехим» с нанесенной на поверхность шероховатостью. Разработана промышленная колонна, внедренная на нефтегазоперерабатывающем предприятии.  

Получены экспериментальные исследование влияния пульсаций потока на теплообмен в пучке труб. Экспериментальном получены закономерности теплообмена в пучке труб при пульсационном режиме течения потока. Мак. интенсификация теплообмена повышена 3,23 раза.  Численный эксперимент проводился с помощью Ansys Fluent. Проведена оценка уменьшения площади теплообмена маслоохладителя при пульсациях потока.

Экспериментально установлена возможность использования карбонатного шлама водоподготовки ТЭС в качестве сорбционного материала для извлечения анионных синтетических поверхностно-активных веществ из сточных вод промышленных предприятий. Наилучшей адсорбционной способностью обладают гранулы карбонатного шлама с использованием в качестве связующего жидкого натриевого стекла (11,2 мг/г) и парафина (10,79 мг/г). Рассмотрен процесс адсорбционной осушки природного газа разработанным гранулированным материалом на основе шлама химводоочистки Казанской ТЭЦ-1. Показано, что адсорбционная емкость материала по влаге достигает максимального значения 2,4 г/г. Предложена технологическая схема рекуперационной адсорбционной установки осушки природного газа.

Отмечено внедрение научно-технических разработок при очистке природного газа в местах добычи.

Получены экспериментальные результаты по объемному коэффициенту массоотдачи для пленочных аппаратов, которые удовлетворительно согласуется с расчетом по мат. модели. Полученные результаты могут использоваться при проектировании насадочных скрубберов и пленочных градирен, а также абсорберов.

Представлена адсорбционная технология очистки концентрата установки обратного осмоса от сульфат- и хлорид-ионов отходом энергетики.

Предложенный сорбционный метод очистки газовых смесей решает: min антропогенное влияние на атмосферу путем извлечения из газовых выбросов диоксида азота.

Получены экспериментальные данные по выделению товарного этиленглюколя из 36% водно-гликолевого раствора. Полученный регенерированный этиленгликоль представляет собой прозрачную жидкость с концентрацией 99,54% масс.

Рассмотрена проблема загрязнения сточных вод анионными синтетическими ПАВ, а также возможность использования различных сорбционных материалов в качестве ВЭР.

Показанная технологическая очистки обратноосмотического концентрата промышленного предприятия гранулированным сорбционным материалом. Эффективность очистки более 98%.

Получены способы очистки масло- и нефтесодержащих сточных вод. Предлагается использование 2-х ступенчатой технологии очистки:                                - сепарацию эмульгированных капель и адсорбционную доочистку.

Получена математическая модель процесса экстракции очистки углеводородных смесей в насадочном экстракторе с тонкослойным отстойником. Внедренные разработанные экстракторы и тонкослойные отстойники обеспечивают высокую эффективность процессов.

Получен приближенный метода моделирования переноса импульса и тепла в каналах с поверхностными интенсификаторами. Использована модель Дайсслера и Ван-Дрийста. Показана адекватность разработанной математической  модели.

Решена научно-техническая задача разработки и внедрения на промышленных предприятий установки выделения тяжелого вакуумного газойля. В результате внедрения разработанных научно-технических решений после промышленной эксплуатационной установки установлено соответствие требованиям технического  задания на проектирование.

Получены экспериментальные данные по разделению многокомпонентной смеси ректификаций. В результате установлено согласование эксперимента с данными математического моделирования.

Решена научно-техническая задача по математическому моделированию и модернизации промышленной ректификационной колонны. Внедрение насадки «Инжехим» в модернизированной колонне обеспечило заданное качества разделения смеси.

Численным методом исследован теплообмен в трубе при пульсирующем течении масла. Снижение площади теплообмена маслоохладителя составляет до 9% .

Численным методом исследован теплообмен при пульсациях потока теплоносителя. Эффективный режим  интенсификации - 0,5 Гц.

Предложена технология очистки масло- и нефтесодержащих сточных вод, включающая сепарацию сточных вод и последующую адсорбционную доочистку. В результате снижается антропогенное воздействие на окружающую среду.

Руководитель проекта

к.т.н., доцент каф. Энергообеспечение

предприятий, строительство зданий и

сооружений ФГБОУ ВО «КГЭУ»   Лаптева Е.А.