05.17.08 "Процеси та обладнання хімічної технології"
Постійне посилання колекціїhttps://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/18275
Переглянути
4 результатів
Результати пошуку
Документ Підвищення ефективності процесу сульфатування в трубчастому плівковому реакторі у виробництві поверхнево-активних речовин(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Дзевочко, Альона ІгорівнаДисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.08 "Процеси та обладнання хімічної технології" (16 – хімічна та біоінженерія). – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2021. Дисертаційна робота присвячена підвищенню ефективності процесу сульфатування сумішей органічних речовин у виробництві поверхнево- активних речовин (ПАР) за рахунок створення нового технологічного процесу та обладнання з вирішенням питань енерго- та ресурсозбереження та мінімізації шкідливих викидів в навколишнє середовище. В роботі наведено результати аналітичного огляду з сульфатування органічних речовин. Встановлено, що в Україні в теперішній час промислові підприємства миючих засобів та піноутворюючих складів працюють як правило у неповному циклі, а потужність виробництва ПАР незначна. Показано, що процес сульфатування є основним у виробництві ПАР, на якому можливо досягти необхідних якісних показників. Наведено теоретичні основи процесу сульфатування, застосовувані сульфатуючі агенти. Показано, що останнім часом в якості сульфатуючого агенту використовується газоподібний триоксид сірки, розбавлений осушеним повітрям. Проаналізовано сучасні тенденції розвитку виробництва ПАР, його апаратурно-технологічного оформлення. Враховуючи велику швидкість реакції і значне тепловиділення процес сульфатування органічної речовини передбачає наявність двох конструктивних елементів в апаратурному оформленні: контактного і теплообмінного. З цієї точки зору основне поширення отримали трубчасті плівкові реактори з низхідним потоком реагентів, де використовуються тільки гідродинамічні сили потоків. Взаємодія двофазних потоків, яким є процес плівкового сульфатування органічної речовини газоподібним триоксидом сірки, характеризується різноманіттям хімічних та фізичних явищ, пов’язаних між собою та визначаючих якісні показники процесу. В зв’язку з цим, процес сульфатування в трубчастих плівкових реакторах можливо представити з наступних стадій: процес масопередачі газоподібного триоксиду сірки до поверхні розділу фаз; процес абсорбції триоксиду сірки органічною речовиною з одночасним проходженням екзотермічної хімічної реакції; процес теплообміну між рідинною фазою та газоповітряним потоком; процес теплообміну між рідинною фазою та потоком охолоджувальної води. Розглянуто основні типи математичних моделей, які можливо застосувати при математичному моделюванні процесу сульфатування сумішей органічних речовин газоподібним триоксидом сірки. Показано, що негативним фактором застосовуваних апаратурно-технолоігчних схем є підвищена енерго- та ресурсоємність та недосконалість процесу сульфатування, що призводить до отримання ПАР зі ступенем сульфатування на рівні 90 – 92 %. Відзначена доцільність проведення наукових досліджень процесу сульфатування трьохкомпонентних сумішей органічних речовин, удосконалення математичної моделі трубчастого плівкового реактору, комп’ютерних експериментів процесу з використанням математичної моделі та розрахунку конструктивних особливостей реактора сульфатування і основних технологічних параметрів. Наведено схему експериментальної установки, методику проведення наукових досліджень процесу сульфатування, методику досліджень фізико- хімічних характеристик реакційної маси. Наведено основні фізико-хімічні характеристики вихідної сировини, за основу якої була взята суміш вищого спирту фракції С12 – С14, вищого спирту фракції С8 – С10 та моноетаноламіду вищих жирних кислот кокосової олії. Наведено результати експериментальних досліджень процесу сульфатування трьохкомпонентних сумішей органічних речовин газоподібним триоксидом сірки. Показано вплив основних технологічних параметрів процесу: мольного співвідношення триоксиду сірки до органічної речовини, концентрації триоксиду сірки у газоповітряному потоці, температури реакційної маси на якісні показники отриманих продуктів. Експериментально знайдено фізико-хімічні характеристики реакційної маси (густина та динамічна в’язкість) від ступеня сульфатування та температури. Обробкою експериментальних даних отримані рівняння для їх розрахунку. Сформульований і науково обґрунтований спосіб отримання поверхнево-активної речовини сульфатуванням трьохкомпонентних сумішей органічних речовин, що дало можливість створити новий піноутворюючий склад зі зменшенням його впливу на навколишнє середовище. Удосконалена математична модель процесу сульфатування трьохкомпонентних сумішей органічних речовин газоподібним триоксидом сірки розбавленим осушеним повітрям в трубчастому плівковому реакторі. Розглянуто матеріальні баланси за рідинною та газоповітряною фазах. Проаналізовано додатковий ефект поверхневого натягу на поверхні розділу фаз, вивчені фізичні властивості рідинної фази по висоті реактору. Розглянуто рівняння теплового балансу. Проаналізовано вибір рівнянь розрахунку коефіцієнтів теплопередачі та коефіцієнтів тепловіддачі. Проведено аналіз процесу абсорбції газоподібного триоксиду сірки органічною речовиною з одночасним проходженням екзотермічної реакції. Наведені дані з аналізу процесу масообміну в трубчастому плівковому реакторі. Порівняно результати 5 різних авторів щодо розрахунку коефіцієнта масопередачі за допомогою математичного моделювання, що дозволило обрати необхідне рівняння для розрахунку. Одночасно була показана адекватність математичної моделі реальним експериментальним даним. Проведено системний аналіз процесу сульфатування трьохкомпонентних сумішей органічних речовин методом математичного моделювання. Розраховано зміни основних технологічних параметрів процесу сульфатування в залежності від напряму подачі охолоджувальної води. Показано, що подача охолоджувальної води як прямотечією по всій довжині реактора, так і протитечією є недоцільною. Реактор сульфатування повинен бути виконаний з двохсекційним охолодженням зі співвідношенням верхньої та нижньої секцій 1:2, при чому у верхній секції охолодження протитечією, а в нижній – прямотечією. Наведено дані з розрахунку промислового трубчастого плівкового реактора сульфатування продуктивністю п’ять тис. т./рік. Розроблено алгоритм та програму розрахунку з використанням пакета прикладних програм MatLab. В програмі використаний ітераційний метод та реалізований багатоваріантний розрахунок реактора на задану продуктивність. При продуктивності реактору 5 тис. т./рік він має наступні характеристики: поверхня теплообміну верхньої секції – 8,05 м2, нижньої секції – 16,11 м2, кількість труб – 37 шт. при внутрішньому діаметрі 0,037 м, довжина труб – 5,5 м. Загальний діаметр реактора 0,65 м, загальна довжина – 7,2 м. В ньому досягається ступінь сульфатування – 97,4 % при кольоровості отриманих продуктів – 1 одиниця за йодною шкалою. Результати досліджень показали, що така конструкція реактора володіє стійкістю та параметричною чутливістю. Наведено дані техніко-економічного обґрунтування прийнятих технічних рішень. Результати досліджень дали можливість розробити апаратурно-технологічну схему процесу сульфатування трьохкомпонентних сумішей органічних речовин, яка дозволяє покращити енерго- та ресурсозберігаючі характеристики процесу: по витраті органічної речовини – на 8,8 % на 1 т. ПАР, зниження енергоресурсів – на 85,2 кВт/год на 1 т. ПАР та зменшити шкідливі викиди органічних речовин при використанні ПАР в 6,4 рази на 1 т. ПАР. Розроблена автоматизована система управління даної апаратурно-технологічної схеми з використанням сучасних приладів та засобів автоматизації. Наукова новизна отриманих результатів полягає в наступному: – вперше встановлено залежність ступеня сульфатування та кольоровості отриманих продуктів від основних технологічних параметрів при сульфатуванні трьохкомпонентних сумішей органічних речовин; – вперше проведений системний аналіз процесів масопередачі, абсорбції з проходженням екзотермічної хімічної реакції та теплообміну методом математичного моделювання, що дало можливість обґрунтувати конструктивні характеристики трубчастого плівкового реактору; – вперше показана можливість проведення процесу сульфатування трьохкомпонентних сумішей органічних речовин в трубчастому плівковому реакторі з низхідним потоком фаз з отриманням високоякісних ПАР та підвищенням ефективності процесу; – удосконалена математична модель процесу сульфатування сумішей органічних речовин у трубчастому плівковому реакторі з низхідним потоком фаз, яка стала основою для його розрахунку; – встановлені та науково обґрунтовані значення технологічних параметрів процесу сульфатування в трубчастому плівковому реакторі, що дало можливість вирішити питання енерго- та ресурсозбереження. Практичне значення отриманих результатів для виробництва поверхнево- активних речовин. На основі отриманих в роботі наукових результатів: запропоновано проводити процес сульфатування трьохкомпонентних сумішей органічних речовин газоподібним триоксидом сірки, розбавленим осушеним повітрям в трубчастому плівковому реакторі з низхідним потоком фаз; розроблено алгоритми і програми для його розрахунку, як складову частину виробництва ПАР потужністю 5 тис. т. ПАР/рік. Отримані наукові результати передані у Державну установу "Науково-дослідний і проектний інститут основної хімії" (м. Харків) для використання при удосконаленні виробництва ПАР та ПП "ПРЕСТІЖ ЛАЙН" для використання при розробці проекту виробництва піноутворюючих складів (м. Харків). Матеріали дисертаційної роботи використано у навчальному процесі кафедри автоматизації технологічних систем та екологічного моніторингу НТУ "ХПІ" в курсах лекцій "Технологічні системи та комплекси", "Комп’ютерне моделювання процесів і систем", "Природоохоронні та енергозберігаючі системи", а також при виконанні бакалаврських і магістерських кваліфікаційних робіт. Результати дисертаційної роботи закладають підґрунтя для отримання високоякісних ПАР та організації їх виробництва в умовах України. Робота є результатом самостійних досліджень Дзевочко А.І. Результати досліджень опубліковано у 15 наукових працях, з них: 5 статей у наукових фахових виданнях України (1 – у виданні, що входить до науково-метричної бази Scopus), 2 патенти України на корисні моделі, 8 тез доповідей в збірниках матеріалів міжнародних та всеукраїнських науково-практичних конференцій.Документ Підвищення ефективності процесу сульфатування в трубчастому плівковому реакторі у виробництві поверхнево-активних речовин(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Дзевочко, Альона ІгорівнаДисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.08 – процеси та обладнання хімічної технології. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2021 р. Робота присвячена підвищенню ефективності процесу сульфатування в трубчастому плівковому реакторі у виробництві поверхнево-активних речовин шляхом удосконалення апаратурно-технологічної схеми. Встановлено залежність ступеня сульфатування та кольоровості отриманих продуктів від основних технологічних параметрів при сульфатуванні трьохкомпонентних сумішей органічних речовин. Проведено системний аналіз процесів масообміну, абсорбції з проходженням екзотермічної хімічної реакції та теплообміну методом математичного моделювання. Приведені рекомендації щодо конструктивного оформлення реактору сульфатування та технологічним параметрам процесу. Розроблено алгоритми та програми досліджень та розрахунку трубчастого плівкового реактора з низхідним потоком фаз. Результати досліджень дали можливість розробити апаратурно-технологічну схему процесу сульфатування трьохкомпонентних сумішей органічних речовин, яка дозволяє покращити енерго- та ресурсозберігаючі характеристики процесу: зниження витрати органічної речовини – на 8,8 % на 1 т. ПАР, зниження енергоресурсів – на 85,2 кВт/год на 1 т. ПАР, зменшення шкідливих викидів органічних речовин при використанні ПАР у 6,4 рази на 1 т. ПАР. Очікуваний економічний ефект від впровадження результатів досліджень складе 70,1 млн. грн./рік.Документ Підвищення ефективності хіміко-технологічного процесу комплексної водневої термобарохімічної технології інтенсифікації видобутку вуглеводнів(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2020) Велігоцький, Дмитро ОлексійовичДисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.08 − процеси та обладнання хімічної технології (16 – хімічна та біоінженерія). ˗ Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України, Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут" Міністерства освіти і науки України, Харків, 2020 р. Аналіз сучасних технологій підвищення видобутку вуглеводнів виявив, що найбільш ефективними та перспективними є методи, які комплексно впливають на продуктивний горизонт, поєднуючи ефективні тепловий, хімічний та механічний впливи на продуктивний горизонт. Однією з найбільш перспективних технологій інтегрованої дії на пласт є технологія комплексного водневого термобарохімічного впливу (КВТБХВ), хіміко-технологічний процес (ХТП) якої ґрунтується на ефекті водневої активації процесів дифузії та фільтрації флюїду в пористому середовищі гірської породи продуктивного горизонту під час протікання складної екзотермічної реакції в свердловині. Метою дисертаційної роботи є підвищення ефективності хіміко-технологічного процесу КВТБХВ, зокрема його водневих стадій, шляхом фізичного та математичного моделювання. Для дослідження кінетики термобарохімічних процесів та фізичного моделювання комплексного впливу, в тому числі водневого, на зміну фільтраційно-ємнісних характеристик та проникності гірської породи створено експериментальний комплекс, який дозволяє відтворювати технологічні особливості здійснення хіміко-технологічного процесу технології КВТБХВ. Комплекс забезпечує його протікання в умовах, максимально наближених до реальних пластових, дає можливість не тільки досліджувати кінетику складної гетерогенної хімічної реакції під час перебігу ХТП, але й визначати термобаричний та хімічний впливи рідких та газоподібних продуктів реакції горючо-окислювальних складів і гідрореагуючих речовин (ГОС-ГРР), в тому числі водню, на зміну фільтраційних характеристик кернів гірської породи. Розроблено методику проведення експериментальних досліджень кінетики ХТП, яка ґрунтується на послідовному змішуванні в реакторі двох технологічних рідин, вимірюванні та фіксації основних параметрів протікання термобарохімічного процесу та відтворює його максимально близько до реального, який відбувається в свердловині. Аналіз одержаних експериментальних графічних залежностей основних параметрів кінетики ХТП, утвореного технологічними рідинами з базовим хімічним складом, дозволив зробити висновки про неефективність його водневих стадій ХТП та необхідність проведення подальших досліджень для вирішення цієї проблеми. Запропоновано методи впливу на характер протікання багатостадійного ХТП термобарохімічного впливу, зокрема його водневих стадій. Тривалість низькотемпературної стадії досягнуто за рахунок використання в складі базової системи ГОС–ГРР суміші до 50 % пасивованих гранул від загальної кількості нітрату амонію. Визначено основні типи швидкореагуючих ГРР на основі лужних металів алюмінію та натрію. Зважаючи на високу хімічну активність цих ГРР, запропоновано та опрацьовано методи їх практичного застосування з використанням захисних оболонок. Експериментально доведено, що додавання до базових технологічних рідин гідрореагуючих речовин на основі алюмінію та натрію дозволяє на низькотемпературній стадії процесу генерувати водень, який виступає як активатор дифузії та фільтрації флюїду в гірській породі, а використання як активатора процесу горіння синтезованого за удосконаленою технологією полімерного нітрилу параціану в кількості 0,7-0,95 %, дозволяє підвищити температуру та тривалість протікання високотемпературної стадії ХТП до рівня, на якому при наявності активованого водню відбуваються процеси часткового гідрокрекінгу важких вуглеводнів безпосередньо в пласті. Відновлено технологічну лінію з синтезу параціану з аміду щавлевої кислоти, визначено параметри його синтезу, які забезпечують покращення показників хімічної чистоти та питомої кількості кінцевого продукту. Удосконалено технологічний регламент синтезу. Розроблено методику оцінки ефективності ХТП, яку засновано на визначенні впливу різних за характером протікання ХТП технології КВТБХВ на відновлення проникності та фільтраційно-ємнісних характеристик закольматованих природних кернів, використання якої дозволяє визначати найбільш ефективний за характером протікання хіміко-технологічний процес для використання на свердловинах, у яких з різних причин зменшилася продуктивність. На створеному експериментальному комплексі в умовах, наближених до пластових, здійснена обробка попередньо закольматованих стійкою до руйнування водонафтовою емульсією кернів рідкими та газоподібними продуктами реакцій, що утворюються в реакторі під час різних за характером протікання ХТП. Експериментально встановлено, що ХТП КВТБХВ з активацією полімерним нітрилом параціану та ГРР на основі алюмінію та натрію є найефективнішим оскільки коефіцієнт відновлення проникності обробленого керну за зазначеним ХТП склав 1,05, що свідчить не лише про відновлення проникності, але й про її збільшення в порівнянні з початковою. Розроблені методи та методики можуть використовуватися для покращення керованості водневих стадій ХТП та визначення ефективності впровадження технології КВТБХВ на свердловинах з різними конструктивними та геолого-технічними характеристиками, а також причинами зменшення продуктивності. З метою подальшого підвищення ефективності впровадження технології запропоновано методику удосконалення якості комп’ютерного 3D моделювання КВТБХВ. Модель ґрунтується на розв’язанні системи рівнянь Нав’є-Стокса, яку описують закони збереження імпульсу, маси та енергії, що дає змогу описувати складні задачі фільтрації, в тому числі моделювати процес КВТБХВ на реальних об’єктах. Закон збереження імпульсу в задачах фільтрації залежно від характеру фільтрації представлено у вигляді законів Дарсі, Форхгеймера та Дарсі з урахуванням дифузії (закон Фіка). В усі рівняння системи, які описують закони фільтрації, входять коефіцієнти проникності. На відміну від більшості задач фільтрації, в яких коефіцієнти проникності є константами, створено методику уточнення комп’ютерної 3D моделі процесу водневого термобарохімічного впливу на продуктивні горизонти свердловин, в якій в математичній моделі ураховуються результати експериментальних досліджень нестаціонарного процесу відновлення проникності гірської породи внаслідок комплексного водневого термобарохімічного впливу. В математичну модель фільтрації замість розрахункових значень або констант проникності додається функція зміни коефіцієнта відновлення проникності від відносного об’єму продуктів реакції ХТП. Експериментальна верифікація удосконаленої комп’ютерної моделі, яка здійснювалася шляхом проведення порівняльного аналізу результатів чисельного моделювання процесу фільтрації продуктів реакції на водневих стадіях КВТБХВ та результатів експериментальних досліджень, проведених на реальних кернах гірської породи, підтвердила суттєве підвищення точності моделювання. Використання удосконаленої й верифікованої моделі дозволяє з високою точністю описувати протікання фільтраційно-дифузійних та тепломасообмінних процесів реальних ХТП під час обробки продуктивних пластів, дає можливість робити прогнозні оцінки щодо результатів обробки. Удосконалену математичну модель покладено в основу комп’ютерної 3D моделі для постадійного комп’ютерного моделювання КВТБХВ з урахуванням кінетики ХТП. Такий підхід набув особливої актуальності за умов, коли завдяки розробленим методам з’явилася можливість керування стадіями, особливо водневими, за тривалістю та температурними рівнями. Розроблено алгоритм підготовки до імплементації технології з урахуванням результатів фізичного й математичного моделювання. Розроблений алгоритм дозволяє визначати кількісні та якісні показники хімічних складів робочих технологічних рідин, які впливають на характер протікання ХТП КВТБХВ, особливо його водневих стадій, та необхідні для створення дизайну обробки кожної окремої свердловини з урахуванням її індивідуальних конструктивних та геолого-технічних характеристик та причин кольматації. За розробленим алгоритмом створено дизайни обробок, за якими виконано дослідно-промислові впровадження технології на свердловинах України, Індії, Грузії та Туреччини. Результати підтвердили високу ефективність удосконалених та використаних ХТП як у вертикальних, так і у горизонтальних свердловинах.Документ Підвищення ефективності хіміко-технологічного процесу комплексної водневої термобарохімічної технології інтенсифікації видобутку вуглеводнів(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2020) Велігоцький, Дмитро ОлексійовичДисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.08 − процеси та обладнання хімічної технології. − Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут" Міністерства освіти і науки України, Харків, 2020 р. Дисертація присвячена підвищенню ефективності хіміко-технологічного процесу комплексної водневої термобарохімічної технології інтенсифікації видобутку вуглеводнів, в основу якого покладено інтегроване використання аномальних властивостей водню як активатора процесів дифузії та фільтрації. Для дослідження кінетики термобарохімічних процесів та фізичного моделювання комплексного впливу, в тому числі водневого, на зміну фільтраційно-ємнісних характеристик та проникності гірської породи створено експериментальний комплекс, який дозволяє відтворювати технологічні особливості здійснення хіміко-технологічного процесу, забезпечує його протікання в умовах, максимально наближених до реальних пластових. Експериментально доведено, що шляхом додавання до базових технологічних рідин гідрореагуючих речовин на основі алюмінію та синтезованого за удосконаленою технологією полімерного нітрилу параціану як активатору горіння, можна впливати на характер протікання водневих стадій хіміко-технологічного процесу. Розроблено методику експериментального визначення найбільш ефективного за характером протікання хіміко-технологічного процесу для використання на свердловинах з різними причинами зменшення продуктивності. Удосконалено комп’ютерну 3D модель багатостадійного процесу водневого термобарохімічного впливу на продуктивні горизонти свердловин, в якій ураховуються результати експериментальних досліджень. Результати дослідно-промислових впроваджень технології комплексного водневого термобарохімічного впливу в Україні та закордоном підтвердили високу ефективність удосконалених та використаних хіміко-технологічних процесів.