Дослідження теплових і масообмінних процесів в газорідинних плівкових абсорберах у технології поверхнево-активних речовин

Abstract

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.The article states that surfactants have an asymmetrically constructed molecule that contains hydrophilic and hydrophobic groups. The main department of surfactant production is the process of sulfation of organic matter with gaseous sulfur trioxide. It is shown that the process of sulfation in gas-liquid film absorbers consists of the following stages: the process of mass transfer of sulfur trioxide from the gas stream to the liquid phase; the process of absorption of sulfur trioxide by organic matter with the passage of an exothermic chemical reaction; the process of heat exchange between the liquid phase and the gas stream; the process of heat exchange between the liquid phase and the flow of cooling water. Studies of heat and mass transfer processes at these stages make it possible to select the necessary equations for the calculation of heat transfer coefficients, heat transfer coefficients and mass transfer coefficient. It is recommended to calculate the heat transfer coefficient from liquid to gas by the equation when the diffusion and thermal Prandtl numbers are close to unity. The use of the classical equation to calculate the heat transfer coefficient from the liquid phase to the wall of the reaction tube did not give the desired result. Therefore, an equation was used that takes into account the properties of the gas-liquid flow as a whole. It is recommended to calculate the heat transfer coefficient from the reaction pipe wall to the cooling water flow according to the classical Nusselt equation. Experimental data processing data for calculating the density and dynamic viscosity of the reaction mass along the length of the reactor are presented. The equation for calculating the mass transfer coefficient was obtained by analyzing 6 equations of different authors who were engaged in the process of sulfation of organic substances. A mathematical description of the sulfation process in a film absorber was developed for analysis. During the development of the mathematical description, the balance equations of mass and heat transfer for the reaction tube were compiled. Based on the results of mathematical modeling, an equation was chosen that includes the tangential stress at the gas-liquid interface. The results of mathematical modeling were compared with Gutierrez's experimental data and the results of Dabir's mathematical modeling. The obtained results will be used in mathematical modeling of the sulfation process in a film absorber.