ДОСЛІДЖЕННЯ ТЕПЛОВИХ І МАСООБМІННИХ ПРОЦЕСІВ В ГАЗОРІДИННИХ ПЛІВКОВИХ АБСОРБЕРАХ У ТЕХНОЛОГІЇ ПОВЕРХНЕВО-АКТИВНИХ РЕЧОВИН
DOI:
https://doi.org/10.20998/2078-5364.2021.3.01Ключові слова:
поверхнево-активна речовина, плівковий абсорбер, масообмін, теплообмінАнотація
У статті наведено, що поверхнево-активні речовини (ПАР) мають асиметрично побудовану молекулу, яка містить гідрофільну та гідрофобну групи. Основним відділенням виробництва ПАР є процес сульфатування органічної речовини газоподібним триоксидом сірки.
Показано, що процес сульфатування в газорідинних плівкових абсорберах складається з таких стадій: процес масообміну триоксиду сірки з газоповітряного потоку до рідинної фази; процес абсорбції триоксиду сірки органічною речовиною з проходженням екзотермічної хімічної реакції; процес теплообміну між рідинною фазою та газоповітряним потоком; процес теплообміну між рідинною фазою та потоком охолоджувальної води.
Дослідження теплових і масообмінних процесів на цих стадіях дають можливість обрати необхідні рівняння для розрахунку коефіцієнтів теплопередачі, коефіцієнтів тепловіддачі та коефіцієнта масопередачі.
Розрахунок коефіцієнта теплопередачі від рідини до газу рекомендовано проводити за рівнянням коли дифузійні і теплові числа Прандтля близькі до одиниці. Використання класичного рівняння для розрахунку коефіцієнта тепловіддачі від рідинної фази до стінки реакційної труби не дали необхідного результату. Тому було використано рівняння, яке враховує властивості газорідинного потоку в цілому. Розрахунок коефіцієнта тепловіддачі від стінки реакційної труби до охолоджувального потоку води рекомендовано проводити за класичним рівнянням критерію Нуссельта.
Наведено дані обробки експериментальних даних по розрахунку густини та динамічної в’язкості реакційної маси за довжиною реактора.
Рівняння для розрахунку коефіцієнта масопередачі було отримано аналізом 6-ти рівнянь різних авторів, які займалися процесом сульфатування органічних речовин. Для проведення аналізу було розроблено математичний опис процесу сульфатування в плівковому абсорбері. При розробці математичного опису були складені балансові рівняння масо- і теплообміну для реакційної труби. За результатами математичного моделювання було обрано рівняння, яке включає дотичне напруження на поверхні розділу газ-рідина.
Результати математичного моделювання були зіставлені з експериментальними даними Гутьєрреса та результатами математичного моделювання Дабіра. Отримані результати будуть використані при математичному моделюванні процесу сульфатування в плівковому абсорбері.
Посилання
Heverdyaev O.N., Belov P.S., Shkitov A.M. Osnovy tekhnologii poverhnostno-aktivnyh veshchestv i sinteticheskih moyushchih sredstv. Moskva : MGOU, 2001. 201 p.
Nikolaev P.V., Kozlov N.A., Petrova S.N. Osnovy himii i tekhnologii proizvodstva sinteticheskih moyushchih sredstv. Ivanovo : Ivan. gos. him. tekhn. nauk. u-t, 2007. 116 p.
Ignatovich E. Himicheskaya tekhnika. Processy i apparaty. Per. s nem. Moskva : Tekhnosfera, 2007. CH. 1. 141 p.
Kasatkin A.G. Osnovnye processy i apparaty himicheskoj tekhnologi : ucheb. dlya VUZov. 10-e izd. stereotip., dorabot. Moskva : OOO TID "Al'yans", 2004. 753 p.
Dzevochko A.I. Pidvyshchennia efektyvnosti protsesu sulfatuvannia v trubchastomu plivkovomu reaktori u vyrobnytstvi poverkhnevo-aktyvnykh rechovyn : avtoref. dys. … kand. tekhn. nauk : 05.17.08. Kharkiv, 2021. 22 p.
Ajnshtejn V.G., Zaharov M.K., Nosov G.A. Obshchij kurs processov i apparatov himicheskoj tekhnologii. Moskva : Vysshaya shkola, 2002. 912 p.
Borisov G.S., Brykov V.P., Dytnerskij YU.I. Osnovnye processy i apparaty himicheskoj tekhnologii. Moskva : Al'yans, 2008. 496 p.
Buchynskyi A.K., Kovalenko V.S. Osnovy tekhnolohii ta tekhniky absorbtsiinykh protsesiv : navch. posib. Dnepropetrovsk : UDKhTU, 2004. 155 p.
Romankov P.G., Frolov V.F. Massoobmennye processy himicheskoj tekhnologii. Moskva : Himiya, 1990. 384 p.
Baranov D.A., Blinichev V.N., Vyazkin A.V. Processy i apparaty himicheskoj tekhnologii. CHast' 2. Moskva : Logos, 2001. 600 p.
Dytnerskij YU.I. Processy i apparaty himicheskoj tekhnologii. Moskva : Himiya, 1995. 768 p.
Dzevochko A. I., Podustov M.O., Panasenko V.O. Rozrobka matematychnoi modeli protsesu sulfatuvannia v plivkovomu reaktori. Intehrovani tekhnolohii ta enerhozberezhennia. Kharkiv. 2017. № 1. P. 25–33.
Tovazhnyanskyy L.L., Gotlinskaya A.P., Leshchenko V.O., Nechiporenko D.I., CHernyshov I.S. Processy i apparaty himicheskoj tekhnologii : uchebnik v 2 ch. CH. 1 / pod red. L.L. Tovazhnyans'kogo. Har'kov : NTU ''HPІ'', 2004. 632 p.
Kasatkin A.G. Osnovnye processy i apparaty himicheskoj tekhnologii. Moskva : Al'yans, 2014. 753 p.
Sokolov V.N., Domanskij I.V. Gazozhidkostnye reaktory. Leningrad : Mashinostroenie, 1976. 215 p.
Tananajko Yu.M., Voroncov E.G. Metody rascheta i issledovaniya plenochnyh processov. Kiev : Tekhnika, 1975. 312 p.
Johnson G.R., Grynes B.L. Modeling of a thin-film sulfur trioxide sulfonation reactor. Jnd. Eng. Chem. Process. 1974. Vol. 13, No. 1. Р. 6–35.
Gutierrez G.Y., Mans T.C. Improved mathematical model for a falling film sulfonation reactor. Ind. Eng. Chem. Res. 1988. Vol. 27, No. 9. P. 1701–1707.
Tovazhnyanskyy L.L., Gotlinskaya A.P., Leshchenko V.O., Nechiporenko D.I., CHernyshov I.S. Processy i apparaty himicheskoj tekhnologii : uchebnik : v 2 ch. CH. 2 / pod red. L.L. Tovazhnyans'kogo. Harkov : NTU ''HPІ'', 2005. 532 p.
Brоhström A. Mathematical model for simulating the sulphonation of dodecylbensone with gaseous sulfur trioxide in an industrial reactor of votater type. Trans. Just. Chem. Eng. 1975. Vol. 53, No. 1. Р. 29–43.
Zemenkov D.I., Pravdin V.G., Litvinenko I.I. Issledovanie mezhfaznogo obmena pri sul'fatirovanii vysshih zhirnyh spirtov sernym angidridom. Himicheskaya tekhnologiya. 1979. № 5. P. 14 15.
Podustov M.O., Toshynskyi V.I., Zhuchenko O.A., Petrov V.M. Masoperedacha v systemi haz–ridyna pry sulfatuvanni orhanichnoi rechovyny. Naukovi visti NTUU KPI. 2008. № 1. P. 128–131.
Dabir B. Riazi M. R., Davoudirad H. R. Modelling of Falling Film Reactors. Chem. Engng. Sci. 1996. No. 51. Р. 2553–2558.
Dzevochko O.M., Podustov M.O. Doslidzhennia protsesu sulfatuvannia orhanichnykh rechovyn hazopodibnym tryoksydom sirky. Intehrovani tekhnolohii ta enerhozberezhennia. 2018. № 2. P. 50–55.
Torres J.A., Díaz L., Sánchez F.J. Falling film reactor for methyl ester sulphonation with gaseous sulphur trioxide. Ing. Investig. 2009. Vol.29. No. 3. Р. 48–53.
Federico I. Talens-Alesson. The modelling of falling film chemical reactors. Chem. Engng. Sci. 1999. Vol. 54. Р. 1871–1881.
Torres J. A., Sulfonation/Sulfation Processing Technology for Anionic Surfactant Manufacture. Advances in Chemical Engineering. 2012. Р. 269–294.
Roberts D.W. Optimization of linear alkyl benzene sulfonation process for surfactant manufacture. Org. Process Res. Dev. 2003. Vol. 7, P. 172–184.
Talens F.L. The modeling of falling film chemical reactor. Chem. Eng. Sci. 1999. Vol. 54, No. 12. PP. 1871–1881.
Akanksha Р., Pant K.K., Srivastava V.K. Modelling of sulphanation of tridecylbenzene in a falling film reactor. Math. Comp. Model. 2007. Vol. 46, No. 9–10. P. 1332–1344.
Ortega Y.T. Sulfonation/Sulfation processing technology for anionic surfactant manufacture. Advances in Chemical Engineering. 2011. Vol. 11. P. 269–294.
