Аналіз процесу теплообміну в трубчастому плівковому абсорбері при сульфатуванні сумішей органічних речовин

Abstract

В статті наведено, що виробництво поверхнево-активних речовин (ПАР) складається з таких стадій: каталітичного окислення двооксиду сірки, сульфатування, нейтралізації та очищення газоподібних викидів. Стадія сульфатування є основною, на якій можливо отримати високоякісні проміжні продукти. Показано, що для процесу сульфатування використовуються трубчасті плівкові абсорбери, в яких створюються м’які умови проходження екзотермічної реакції за рахунок ефективного відводу тепла. Це дає можливість отримати високоякісні ПАР як з точки зору ступеня сульфатування, так і з точки зору світлих продуктів. Наведено, що трубчастий плівковий абсорбер з низпадним потоком фаз представляє собою вертикальну конструкцію з двома потоками: плівка рідинної фази та газоповітряний потік, тобто двофазну систему. Наявність двох фаз змінює не тільки форми руху таких систем, але й їх природу, так як вирішальний вплив має взаємодія між фазами. На відміну від однофазних потоків на границі розділу двофазних потоків проявляються нові сили – сили міжфазного поверхневого натягу, які впливають і на процес масопередачі і на процес теплообміну. Показано, що в періодичних публікаціях мало даних про вплив на процес теплообміну температур та витрат вихідних реагентів. Такі дослідження дадуть можливість створити більш сучасну конструкцію промислового трубчастого плівкового абсорбера. Наведено дані аналізу з вибору температур та витрат використаних реагентів. Більш глибокий аналіз процесів теплообміну проводився методом математичного моделювання. Наведена спрощена математична модель, яка дозволяє провести аналіз процесу теплообміну за довжиною абсорбера. Розроблена програма розрахунку процесу сульфатування суміші органічних речовин в трубчастому плівковому абсорбері з використанням пакету прикладних програм MathLab. Наведено результати математичного моделювання для трьох швидкостей газоповітряного потоку: 16 м/с, 20 м/с, 24 м/с, які були рекомендовані при аналізі витрат вихідних реагентів. Показано, що основна кількість тепла реакції передається охолоджувальній воді по всій довжині абсорбера.

The article states that the production of surfactants consists of the following stages: catalytic oxidation of sulfur dioxide, sulfation, neutralization and purification of gaseous emissions. The sulfation step is the main stage at which high-quality intermediates can be obtained. It has been shown that tubular film absorbers are used for the sulfation process, which create mild conditions for the exothermic reaction due to efficient heat dissipation. This makes it possible to obtain high-quality surfactants both in terms of the degree of sulfation, and in terms of light products. It is stated that a tubular film absorber with a descending phase flow is a vertical structure with two flows: a liquid phase film and a gas-air flow, ie. a two-phase system. The presence of two phases changes not only the forms of motion of such systems, but also their nature, as the interaction between the phases has a decisive influence. In contrast to single-phase flows, new forces are manifested at the interface of two-phase flows - forces of interphase surface tension, which effect both the process of mass transfer and the process of heat transfer. It is shown that in periodicals there is little data on the impact on the process of heat transfer temperatures and consumption of starting reagents. Such studies will make it possible to create a more modern design of industrial tubular film absorber. The data of the analysis on the choice of temperatures and costs of the used reagents are given. A deeper analysis of heat transfer processes was performed by the method of mathematical modeling. A simplified mathematical model is presented, which allows to analyze the heat transfer process along the length of the absorber. A program for calculating the process of sulfation of a mixture of organic substances in a tubular film absorber using the application package MathLab. The results of mathematical modeling for three velocities of gas flow: 16 m/s, 20 m/s, 24 m/s, which were recommended in the analysis of the costs of starting reagents. It is shown that the main amount of reaction heat is transferred to the cooling water along the entire length of the absorber.