Repko K. Hydrodynamic and heat-mass exchange characteristics of a weighted nozzle in a stabilized foam layer

Українська версія

Thesis for the degree of Doctor of Philosophy (PhD)

State registration number

0823U101717

Thesis Registration Form

0823U101717.pdf

Applicant for

Specialization

  • 161 - Хімічні технології та інженерія

09-02-2024

Specialized Academic Board

ДФ 64.050.108-3629

National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute"

Essay

The work is devoted to the study of mass transfer equipment for absorption and desorption processes in direct contact of gas and liquid using combined block elements with a weighted spherical nozzle, as well as a more in-depth description of these processes, which is an urgent task of chemical technology. The object of research is the processes of hydrodynamics and mass transfer on combined block elements with a weighted spherical nozzle in a column apparatus. The subject of research is the hydrodynamic and mass transfer characteristics of a single contact zone in a combined block element with a weighted spherical nozzle, as well as their regime and design parameters. The work solves the scientific and practical task of increasing the efficiency of column apparatuses with countercurrent movement of phases due to the combination and combination of several types of contact devices in one apparatus - regular and irregular, as well as when using the advanced fluidization mode. Apparatus with a weighted fluidized nozzle can be improved in the direction of reducing energy consumption, which is important for gas purification processes. Among this category of equipment, combined devices with a moving nozzle stand out separately, which are complex structures that combine elements of bubble devices and devices with a three-phase fluidized gas-liquid layer. Modern regular attachment structures were analyzed. The development of regular nozzles is in the direction of creating structured nozzles with complex channels for the passage of gas and a corrugated sheet surface, which allows to evenly distribute the liquid and create conditions for effective contact of phases and implementation of the mass transfer process. As nozzles for devices with a fluidized bed, nozzle bodies of various shapes are used, made of materials stable in the corresponding working environments. From the point of view of energy consumption, the devices should have low hydraulic resistance. One of the factors affecting the reduction of the gas hydraulic resistance is the decrease in the density of the movable nozzle bodies, which, first of all, ensures their intensive movement throughout the entire volume of the layer. In order to reduce energy costs for carrying out the mass transfer process, it is advisable to use mobile nozzle bodies made of mesh materials, such materials allow the production of nozzles with a highly developed phase contact surface, which at the same time have a low bulk density. At the same time, by reducing the length of blocks with nozzles that work in active hydrodynamic modes, higher values of mass transfer coefficients are achieved. In the process of experimental research, methods of visual observation of the behavior of the three-phase system inside the combined block element were used, hydrodynamic characteristics were determined by instrumental measurement methods. Methods of physical and chemical analysis were used to assess the qualitative and quantitative composition of mixtures. Graphic presentation and statistical processing of research results were carried out using methods of mathematical statistics and application software. In order to determine the mass transfer characteristics and study the phase mass transfer, the section presents an installation for researching the processes of ammonia absorption and carbon dioxide desorption into the air flow on combined block elements and the chosen technique for processing experimental data and estimating the measurement error. The paper presents the results of theoretical and experimental studies of the characteristics of hydrodynamics for a combined block element. Zones and modes of operation of the three-phase gas-liquid system were determined, which differ from those studied earlier. Derived dependencies for the height of the foam layer, hydrodynamic resistance of the combined block element to determine the operating parameters of the new design. The recommended height of the stabilizer above the plate. Equations for calculating the height of the gas-liquid layer, hydraulic resistance, the relative density of the gas-liquid layer that characterizes the gas bridge are given, and empirical dependences are given for determining the amount of splashing for different modes of operation of the combined block element. The results of experimental studies of mass transfer parameters during the operation of a combined block element with the use of stabilization are given. We determined the dependences for calculating the efficiency of the combined block element on structural and mode parameters. Key words: hydrodynamics, mass transfer, combined block element, gas-liquid layer stabilization, stabilizer, intensive apparatus, three-phase interaction, perforated plate, turbulation, moving nozzle, intensification, energy efficiency, decarbonization, absorption and desorption processes

Read more

Research papers

1. В. Ф. Моїсєєв, Є. В. Манойло, М. І. Bacильєв, К. Ю. Репко, Д. В. Давидов. Обробка газорідинних систем на трубчастих решітках із стабілізатором пінного шару.// Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Серія: Нові рішення у сучасних технологіях. – Харків: НТУ «ХПІ». – 2017. – № 53 (1274). – С. 114-123. (Б) DOI: https://doi.org/10.20998/2413-4295.2017.53.17

2. В.Ф. Моїсєєв, Є.В. Манойло, Н.Г. Пономарьова, К.Ю. Репко, Д.В. Давидов. Методологія розрахунку режимно-конструктивних і гідродинамічних параметрів пінних апаратів для процесів масообміну// Вісник НТУ «ХПІ»: Серія "Нові рішення у сучасних технологіях" - № 16, 2018, с 165 – 176. (Б) DOI: https://doi.org/10.20998/2413-4295.2018.16.25

3. Moiseev, V., Manoilo, E., Khukhryanskiy, O., Repko, K. (2021). Experimental research of mass transfer in a stabilized foam layer. // ScienceRise, № 5(76), 2021, Р. 14-22. DOI: https://doi.org/10.21303/2313-8416.2021.002123

4. Moiseev V., Manoilo E., K. Repko, N. Ponomarovа, D. Davydov. Hydraulic resistance and spray transfer in a stabilized three-phase foam layer. Lecture Notes in Mechanical Engineering. — Springer, 2022. — P. 187-196. (Scopus) DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-031-06044-1_18

5. В. Ф. Моїсєєв, Є. В. Манойло, Ю. О. Манойло, К. Ю. Репко, О. О. Жуга, Д. В. Давидов. Гідравлічний опір та бризко віднесення у стабілізованому трифазному пінному шарі // Вісник Національного технічного університету "ХПІ". Сер. : Хімія, хімічна технологія та екологія = Bulletin of the National Technical University "KhPI". Ser. : Chemistry, Chemical Technology and Ecology : зб. наук. пр. – Харків : НТУ "ХПІ", 2023. – № 1 (9). – С. 3-9. (Б) DOI: https://doi.org/10.20998/2079-0821.2023.01.01

6. Moiseev, V., Manoilo, E., Manoilo, Y., Repko, K., Davydov, D. (2023). Improving the Reliability of Circulating Water Supply Installations of Thermal Power Plants. In: Cioboată, D.D. (eds) International Conference on Reliable Systems Engineering (ICoRSE) - 2023. ICoRSE 2023. Lecture Notes in Networks and Systems, vol 762. pp. 318–327, 2023 (Scopus) DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-031-40628-7_27

7. К.Ю.Репко, В.Ф.Моїсєєв, Є.В.Манойло. Реконструкція технологічного обладнання для забезпеченні екологічного безпеки виробництва соди // Інформаційні технології: наука, техніка,, технологія, освіта, здоров’я: тези доповідей ХХVI міжнародної конференції MicroCAD-2018, 16-18 травня 2018 р.: у 4 ч. Ч.ІІ /за ред. Проф.. Сокола Є.І. – Харків: НТУ «ХПІ». – 332 с (с. 293)

8. К.Ю.Репко, В.Ф.Моїсєєв, Є.В.Манойло. Реконструкція технологічного обладнання для забезпеченні екологічного безпеки виробництва соди // тези доповідей ХII міжнародної науково-практичної конференції магістрантів та аспірантів, 17-20 квітня 2018 р.: у 3 ч. Ч.3 /за ред. Проф.. Сокола Є.І. – Харків: НТУ «ХПІ». – 250 с (с. 100-101)

9. К.Ю. Репко, Є.В. Манойло. Оновлення технологічного обладнання для підвищення екологічної безпеки виробництва кальцинованої соди//Экологическая безопасность государства: тезисы докладов XII Всеукраинской научно-практической конференции молодых ученых и студентов (с международньїм участием) г. Киев, 19 апреля 2018 г., Национальный авиационный университет / редкол. А.И.Запорожец и др. - К. : НАУ, 2018 - 262 с. (81-82 с)

10. В.Ф.Моїсєєв, Є.В.Манойло, Н.Г.Пономарьова, К.Ю.Репко. Створення маловідходних технологій на базі інтенсифікованих пінних апаратів // 5-й Міжнародний конгрес “Захист навколишнього середовища. Енергоощадність. Збалансоване природокористування” (Львів, 26–29 вересня 2018 року): збірник матеріалів. – Львів : Видавництво Львівської політехніки, 2018. – 1 електр. опт. диск (DVD). ISBN 978-966-941-220-1, 123 с.

11. В.Ф. Моїсєєв, Є.В. Манойло, К.Ю. Репко, Н.Г. Пономарьова. Конструктивні та гідродинамічні параметри пінних апаратів // Матеріали ІV Всеукраїнської науково-методичної конференції «Освіта, наука та виробництво: розвиток та перспективи» (м. Шостка, 18 квітня 2019 р.), Суми : Сумський державний університет, - 216 с., с.18-19

12. V.F. Moisceev, E.V. Manoilo, K.Y. Rеpko. Processing of gas-liquid systems in three-phase foam layer with stabilization. Тези доповідей конференції «Екологічна безпека держави»: тези доповідей XIII Всеукраїнської иауково-практичної конференції молодих учених і студентів, м. Київ, 23 квітня 2020 р., Національний авіаційний університет / редкол. О.І. Запорожець та ін. — К.: НАУ, 2020.-168 с. (c. 21-22)

13. В.Ф. Моїсєєв, Є.В. Манойло, К.Ю. Репко. Обробка газорідинних систем у трифазному пінному шарі із стабілізацією Тези доповідей конференції "ОСВІТА, НАУКА ТА ВИРОБНИЦТВО: РОЗВИТОК ТА ПЕРСПЕКТИВИ»: матеріали V Всеукраїнської науково-методичної конференції, м. Шостка, 23 квітня 2020 року. - Суми : Сумський державний університет, 2020. - 228 с. (с. 8 -9)

14. В.Ф. Моїсєєв, Є.В. Манойло, К.Ю. Репко. Модернізація абсорбційних систем газоочистки//Екологічна безпека держави: тези доповідей XV Всеукраїнської науково-практичної конференції молодих учених і студентів, м. Київ, 22 квітня 2021 р., Національний авіаційний університет. — К.: НАУ, 2021. — 108 с. (С. 37-38)

15. V.F. Moiseev, E.V. Manoilo, K.Y. Repko. Modernization of absorption systems // ОСВІТА, НАУКА ТА ВИРОБНИЦТВО: РОЗВИТОК ТА ПЕРСПЕКТИВИ: матеріали VI Всеукраїнської науково-методичної конференції, м. Шостка, 22 квітня 2021 року. - Суми : Сумський державний університет, 2021. - 307 с. (с. 14-15)

16. Моїсєєв В.Ф., Манойло Є.В., Хухрянський О.М., Репко К.Ю. Дослідження масовіддачі в газовій фазі у розвиненому пінному шарі. Хімічна технологія: наука, економіка та виробництво: матеріали Міжнародної науково-практичної конференції / м. Шостка, 20-22 жовтня 2021 р. / СумДУ, Суми, 2021. С. 167-172.

17. Репко К.Ю., Манойло Є.В., Моїсєєв В.Ф. Реконструкція обладнання для декарбонізації води у системах водо- та теплопостачання. Актуальні проблеми енерго- ресурсозбереження та екології: матеріали IV Міжнародної науково-технічної конференції/ м. Одеса, 15-16 грудня 2021 р., ОДАБА, Одеса, 2021. С. 84-87.

18. К.Ю. Репко., Е.В. Манойло. Зниження експлуатаційних витрат при роботі обладнання для декарбонізації води у системах водопостачання. Сталий розвиток: захист навколишнього середовища: енергоощадність, збалансоване природокористування: тези доповідей VII Міжнародного молодіжного конгресу, м. Львів, 10-11 лютого 2022 року./ Збірник матеріалів - К.: Яроченко Я.В., 2022. С. 203.

19. В.Ф. Моїсєєв, Є.В. Манойло, К.Ю. Репко. Реконструкція обладнання для декарбонізації води у системах водопостачання. Екологічна безпека держави: тези доповідей XVІ Всеукраїнської науково-практичної конференції молодих учених і студентів, м. Київ, 22 квітня 2022 року./ Національний авіаційний університет. К.: НАУ, 2022. С. 23-24

Read more

Files

autoreferat-Анотація.doc

дисертація_161.doc

Similar theses

0824U001072

Hryhorii Pustovoi

Energy-efficient compressor chiller complex with an adsorption refrigeration module

0824U000832

Myrhorodska-Terentieva Viktoriia D.

Obtaining an expanded range of modified starches by the method of heat treatment

0824U000835

Serhii Koshel

Determination of ion transfer numbers in polymer membranes and ionic liquids by computer resistometry method

0824U000797

Artem Mandrika

Preparation of monomeric orthosilicic acid as a modifier of aluminum-based coagulants

0824U000183

Roman Prokop

Regeneration of exhausted semi-synthetic motor oils