Чисельним методом установлення досліджено вплив змінних коефіцієнтів опору в поздовжньому та поперечному напрямках на загальну картину течії - в міжпластинній порожнині (зокрема типу «альфа-флекс»), з метою можливого використання в практичних цілях. Інтенсивність передачі тепла при пластинах з кутом ₂ = 70 основного поля пластини (рис. 16) майже вдвічі вище ніж при куті ₁=60 (рис.15), при рівних кутах ₁ на вході та виході.

Всього досліджено 3 математичні моделі тепловіддачі та гідроопору ізентропійного перебігу однофазної нестискуємої рідини в міжпластинних просторах сітчасто-поточних теплообмінників, які описують течії в ізотропній та анізотропній структурах міжпластинних порожнин, що дозволило досліджувати поздовжні та поперечні розподіли тиску та швидкостей руху рідини.

Проведене в роботі дослідження з використанням третьої математичної моделі (14) дозволило отримати якісно нову картину течій, що утворюються при обтіканні контактуючих гофрів двох суміжних пластин в просторі між пластинами, зіставлення її з реальним перебігом струменів в прозорих моделях (рис. 17).

Рис. 15 - Розподіл коефіцієнтів тепловіддачі б та теплопередачі К на полі пластини для варіанту ц1 = ц2 = ц3 = 60°	Рис. 16 - Розподіл коефіцієнтів тепловіддачі б та теплопередачі К на полі пластини для варіанту ц1 = 60°; ц2 = 70° (ц1 - на вході та виході потоку, а ц2 - на основному полі пластини)

Рис. 17 - Кінематична модель потоку в міжпластинному просторі

а)схема концептуальної течії за осередками, утворених нульовими лініями струму, що відокремлюють потік (у кожному каналі) від зовнішнього;

б)схема течії за геометрично створеними осередками;

в)реальна течія - в прозорій моделі (з підфарбованими струменями).

На лабораторних стендах УкрНДІхіммаш, за участю здобувача, проведені випробування дослідно-промислових зразків теплообмінників з пластинами 0,3 м² та 0,6 м² п'яти різних варіантів гофрування поверхні пластин, що мають кути нахилу прямолінійних гофрів від 15° до 75°, та одного варіанту з криволінійними гофрами S-образної форми, в яких кожен канал має кут нахилу за поздовжньої вісі пластини, що безперервно змінюється (вхід гарячої рідини розташований з боку вузьких каналів пластини, холодної рідині - з боку широких каналів).

В цьому випадку теплоенергетична ефективність для в'язких рідин може бути підвищена у декілька разів. При випробуваннях на воді, в діапазоні температур теплоносіїв від 20 °С до 80 °С, теплоенергетичний показник підвищився до 50 %, т.ч. при однакових енерговитратах кількість передаваної цільової теплової енергії збільшилася в півтора рази.

Забезпечення експлуатаційних гарантій та зменшення енерговитрат привело до необхідності розкриття механізму роботи конструкції розбірного пластинчастого теплообмінника, що знаходиться під змінним тиском, як багатокамерної пружної герметичної системи, складеної з набору пластин, прокладок та плит стисканних загальним замикаючим зусиллям.

Можливість появи зазору Дд_j між пластинами та його розміри визначаються залежністю

(23)

де: F - площа пластини, обмежена прокладкою; р_і - тиск в i-той камері; ДL - різниця термічних деформацій стислих та розтягнутих частин системи; К₁, К₂, К₃ - коефіцієнти пружної податливості елементів системи.

Для перевірки отриманих розрахункових залежностей проведені експерименти на 24-х камерному універсальному стенді (рис. 18), що підтвердили отриману закономірність (з погрішністю, що не перевищує 10 %).

Рис. 18 - Загальний вид випробувального стенду багатокамерних герметичних систем

Дослідження дозволили істотно розширити сфери застосування пластинчастої теплообмінної апаратури в хімічній, нафтогазовій та суміжних галузях промисловості, теплоенергетична ефективність якої в 2,5 3 рази вища ніж у традиційно вживаних трубчастих теплообмінних пристроїв.

Досліджено питання щодо будови високоефективних випарників плівкого типу с багатократним використанням тепла гріючої пари. Конструктивно ці апарати виконані у вигляді набору теплообмінних елементів, які розташовані у вигляді коаксіальних конічних, циліндричних або вертикальних плоских пластин. На ефективність роботи теплообмінного елементу, виконаного у вигляді вертикального напівциліндру, впливає ряд конструктивних та технологічних факторів, а саме: зменшення поперечного перетину теплообмінного елементу за рухом пари від периферії до центру та збільшення приросту товщини стікаючої плівки; зменшення товщини шару за рахунок випарювання розчинника; зміна щільності теплового потоку від гріючої пари до розчину, що повязано зі зміною товщини плівки розчину; зміною температури кипіння розчину та його концентрації. .

З метою визначення впливу цих факторів була розроблена математична модель роботи конічного та, як окремий випадок за R₀=const та б =0 , плоского теплообмінного елементу.

Експерименти були проведені на конусних елементах з кутами розкриття конфузору 2б = 30, 45, 60 . Радіус вхідного отвору R_вх =0,27 м та довжина елементу L =0,474 м (рис. 20). Конусні елементи виготовлені із стального листу товщиною h_к = 1,510^-3 м, які мають теплопровідність л_к = 16,2 Вт/(мК). Над конусом розташовано необігріваний циліндричний переливний розподільчий пристрій висотою d_o = 0,06 м (рис. 19).

Рис. 19 - Схема течії плівки рідини

Експерименти проводилися за зміненням витрат рідини у межах Q =(7 25)10^-5 м³/с та різниці температур ДT=T_s - T_а від 5 К до 25 К.

Результати експериментів були використані для корегування рівнянь моделі течії та теплообміну стічної та випарювальної плівки рідини у конфузорі.

Течія рідини описана в біконічних координатах, вершина яких збігається з вершиною конусу (рис. 19), та визначається за формулами

(24)

Рівняння нерозривності для аксіальносиметричної течії має вигляд

(25)

Використовуючи безрозмірні змінні та параметри:

отримали рівняння руху та теплообміну у вигляді

(26)

(27)

де: .

Змінив на l = о_o - о, отримано рівняння, що визначає товщину плівки

(28)

Вплив хвилястості на випарювання плівки за різними значеннями кута розкриття конфузору, витрати вхідної рідини та різниці температур визначали відповідно до значення питомого зняття пари W.

Для розрахунку теплообмінного устаткування, використовують середнє число Нуссельта, яке при теплообміні без випарювання визначається за формулою

(29)

Для визначення розрахункової залежності під час випарювання за допомогою рівняння

(30)

проведені чисельні експерименти, за результатами яких побудовані регресіонні залежності для кута розкриття конфузору 10 <2б < 45

(31)

з середньоквадратичним відхиленням від експерименту до 12 %. Відносну довжину шляху випарювання в цьому випадку можна оцінити залежністю

(32)

Для конфузору 45 <2б < 100 маємо

(33)

з точнiстю до 14 %. Відносна довжина шляху випарювання дорівнює

(34)

Отримані також регресіонні залежності для широкого діапазону кутів розкриття конфузору 10 <2б < 100

(35)

з середньоквадратичним відносним відхиленням до 16 % та для відносної довжини шляху випарювання

(36)

Наведені в цьому розділі дослідження та складені математичні моделі розрахунку теплообміну, гідроопору, концентрації розчинів, виділення кристалів за природною, примусовою та змішаною циркуляцією використовують при створені сучасних хіміко-технологічних енергетичних систем. У числі створених оригінальних енергозберігаючих випарювальних установок вельми ефективними виявилися апарати багатократного використання пари в єдиному агрегаті, що мають циліндрові, конічні та плоскі гріючі поверхні.

П'ятий розділ присвячено створенню нових поколінь енергозберігаючого теплообмінного хімічного та нафтогазохімічного устаткування, випарювальних установок та виробництв, їх стандартизації та багатосторонньої оцінки споживчої якості.

Показані очікувані масштаби економії енергоносіїв на хімічних виробництвах країни та видані рекомендації щодо їх оптимального використання з метою ресурсозбереження та охорони довкілля за рахунок максимального використання вторинних енергетичних ресурсів (в тому числі, низькопотенціального тепла); створення замкнутих технологічних водяних і газових циклів, зниження маси технологічних відходів та виробництвом з них товарної продукції.

Отримані теоретичні рішення, їх експериментальна перевірка та узагальнений промисловий досвід дозволили підвищити ефективність та технічний рівень арсеналу теплообмінної та випарювальної техніки до конкурентоспроможного:

1.Розроблено та освоєно, впроваджено в виробництво випарні установки зануреного горіння продуктивністю до 20 т/годину випареної води. Вони мають високі показники використання тепла згорання 95 97 %. Це дозволило вирішити ряд масштабних важливих проблем, у тому числі і ті що, відносяться до охорони навколишнього середовища (Сумський ОАО „Хімпром”, Кримський ОАО „Титан” та ін.). Створена конструкція дозволяє здійснити якісне очищення пари від димових газів та підвищити енергозбереження за рахунок багатократного використання тепла в подальших апаратах поверхневого типу. Створені АЗГ можуть бути використані як парогенератори в системах теплопостачання, потужністю до 7,5 МВт, а в портативній модифікації (на автоплатформах) для підвищення видобутку нафти до 10 %, за рахунок подачі в родовища гарячої технологічної води.

2.Введено в експлуатацію теплообмінники і випарні апарати та багатокорпусні автоматизовані установки, призначені для випарювання сірчанокислих розчинів лугів та цинку, екстракційної фосфорної кислоти (з виділенням фосфогіпсу), електролітичних лугів (з виділенням хлоридів натрію і сульфату натрію), нейтрально - сульфітних лугів на ряді підприємств целюлозно-паперової промисловості, дозволило використовувати значні резерви енергозбереження та підвищити охорону навколишнього середовища.

3.Розроблено пропозиції для переоснащенню хімічної, нафтогазохімічної та суміжних галузей промисловості новим високоефективним устаткуванням та комплексними випарними установками з програмними системами управління.

4.Розроблено нормативні документи на типо-розмірні ряди створеного обладнання.

Показано розширення промислових областей застосування нового енергозберігаючого теплообмінного устаткування випарних установок, що забезпечують не тільки цільову технологічну передачу теплової енергії (з урахуванням методу пінч-аналізу), але і замкнуті цикли використання технічної води при максимальній утилізації вторинних теплових ресурсів (у тому числі низькопотенційного тепла), що забезпечує необхідні екологічні умови. Очікувані масштаби енергозбереження складають, за балансовими розрахунками (по галузевим статистичним даним), тільки за рахунок зниження матеріалоємності устаткування, що випускається, - приблизно 3 млн. тонн умовного палива та за рахунок енергозбереження при промисловій експлуатації теплообмінників, випарників і використанні вторинних енергоресурсів до 3,7 млн. тонн у.п. та 2 млрд.м³ природного газу.

Шостий розділ присвячено сучасному вибору конструкційних матеріалів, оцінці досягнутого технічного рівня створеного теплообмінного устаткування та конкурентоспроможності вітчизняної машинобудівної продукції.

Для створення новітніх технологій нафтогазохімпереробки, забезпечення їх сучасним надійним енергозберігаючим обладнання науково обґрунтовані, експериментально та практично підтверджені систематизовані рекомендації для вибору конструкційних матеріалів, високотехнологічних засобів їх зварювання, високої міцності, корозійної, ерозійної та термічної стійкості і довговічності. Розроблено рекомендації і галузеві норми за технічними, технологічними аспектами та енергозбереженню.

Робота по створенню нових та оптимальному використанню корозійностійких конструкційних сталей та сплавів, виконувалась за комплексною програмою Інституту Електрозварювання НАН України ім. Є.О. Патона, ВАТ “УкрНДІхіммаш” (з особистою виконавчою участю здобувача) та фірми “Тіссен Крупп” (ФРГ). Результати роботи впроваджені в хімічні виробництва.

У сьомому розділі представлені науково-практичні аспекти промислового використання енергозберігаючих розробок. Отримані в роботі теоретичні закономірності та велика кількість експериметальних даних є науковою основою створення перспективних видів та конструкцій енергозберігаючого тепло- та масообмінного обладнання нового покоління. Деякі з них аналітично розглянуті у розділах 2 4, де наведені закономірності течій теплоносіїв та теплообміну робочих середовищ, що дозволяють не тільки застосувати процеси тепломасопереносу у розглянутих видах обладнання, але й прогнозувати їх здійснення в інших умовах та видах апаратурного оформлення.

Нові винаходи (розроблені під керівництвом та за участю здобувача) пластинчастого випарника для хімічної та суміжних отраслів промисловості при збереженні техніко-економічної гідності пластинчастих теплообмінників та характерних особливостей випарювальної апаратури відкривають шлях реалізації випарювальних апаратів, об'єднаних єдиною концептуальною формулою винаходу. Формула винаходу утримує об'єднуюче значення технічної ідеї, яка має 12 суттєвих відмінностей , що визначають цільовий напрямок оптимального використання випарної техніки в галузі. У базовій схемі (рис. 20) пластинчастий випарник складається з труби скіпання випарюваємого розчину, яка розташована над пластинчастою камерою, при цьому верхній зріз труби скіпання, що розташовано на рівні розчину в корпусі випарника, а вхід упареного розчину та його вихід розташовані відповідно зі сторін нижчого та верхнього торців пакету пластин.

В інших типах винаходів випарник може бути виконано з розбірною та зварювальною граючою камерою, яка забезпечує роботу випарників з кипінням між пластинами, з підємною та стікаючою плівкою в міжпластинному просторі.

Визначає інтерес винахід на пластинчастий випарний апарат з багаторазовим використанням тепла.

Рис. 20 - Базова схема пластинчатого випарного апарату

Суттєвість винаходу є у тому, що пластинчастий випарник має пакет пластин, що розміщений між стискуваними плитами, патрубки для підведення гріючої пари та розчину, відведення випарюваного розчину та конденсату. Пакет пластин розподіляється на секції ступені випарювання, при цьому кожна секція має три пластини. Винахід дозволяє використовувати вторинну пару попередньої секції, яка обігріває наступну секцію, та забезпечує багатократне використання гріючої пари.

Зниженню металомісткості та підвищенню енергоефективності вітчизняних пластинчастих теплообмінників, які можуть працювати під тиском до 3,2 МПа, дозволяє патент на перехреснопоточний теплообмінник. Типорозмірний ряд теплообмінників з трьох видів пластин (рис. 21, 22) поставлено на виробництво у 2008 р. на ВАТ „Завод „Павлоградхіммаш”.

Рис. 21 - Пластинчастий теплообмінник	Рис. 22 - Пакет пластин

На основі наведених вище науково-практичних основ нових інженерних методів проектування теплохімічного обладнання розроблено за участю здобувача 51 державних та міжнародних стандартів на теплові, гідромеханічні, міцності, деформаційні методи розрахунків, а також практичні рекомендації для корозійній та ерозійній стійкості матеріалів. Розроблені стандарти типів, параметрів та конструкцій теплообмінних та випарників та випарювальних установок нового енергозберігаючого устаткування.

Сумарна кількість розроблених стандартизованих типо-розмірів конструкцій і пристроїв за параметричними полями всіх видів теплообмінних та випарювальних апаратів налічує більш ніж 10 тисяч типорозмірів. Розроблені теоретичні та практичні методи і заходи енергозбереження поставили нові вимоги до підвищення рівня кваліфікації розробників і обслуговуючого персоналу виробництв. За участю здобувача створено навчальний цикл підготовки наукових, інженерно-технічних працівників галузевих НДІ та промислових підприємств, а також стажування викладачів та студентів у філії кафедри хімічної техніки та промислової екології НТУ «ХПІ» у ВАТ «УкрНДІхіммаш».

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ТА ВИСНОВКИ

У дисертації отримані науково обґрунтовані результати, які в сукупності вирішують важливу науково-прикладну комплексну проблему, що полягає в розробці теоретичних основ, постановці й рішенні задач гідродинаміки та теплообміну в міжпластинному просторі для сітчато-пластинчатих теплообмінників, тепловіддачі при випарюванні та нагріву в апаратах з гравітаційною плівкою на коаксіальна розташованих конічних та вертикальних плоских поверхнях теплообміну з багаторазовим використанням тепла гріючої пари, розрахунку теплообміну та гідроопору в теплообмінниках з політетрафторетилену (фторопласту), випарювання у випарниках зануреного горіння. Теоретично обґрунтована та практично доведена можливість, при створенні представленої в роботі перспективної теплохімічної техніки і технології, істотної економії енергоресурсів, здатній впливати на підвищення конкурентоспроможності товарної продукції України.

Науково-практичні результати, які отримані в роботі:

1.Сформовано системний підхід до рішень та постановки пріоритетних наукових та технічних завдань створення парку енергозберігаючого теплообмінного та випарювального обладнання в хімічному виробництві з урахуванням органічного зв'язку нової техніки, передових технологій та їх конкурентоздатності.

2.Визначена концептуальна спільність отриманих теоретичних та інженерних рішень гідродинаміки та теплообміну для сітчасто-поточних теплообмінників з розрахунками та конструюванням трубчастих, ламельних, стрічково-поточних пластинчастих, щілинних (з гладкими гріючими поверхнями), таких, що є окремими випадками отриманого загального рішення.

3.Побудована ідентифікована осередкова структура міжпластинного простору сітчато-поточного теплообмінника, встановлено, що вимушений перебіг рідини в міжпластинному сітчасто-поточному просторі здійснюється у формі ряду поздовжніх конгруентних двозахідних гвинтових потоків, з взаємним підкрученням течій за різноспрямованими проточними частинами осередків та зроблено математичний опис течій з використанням рішення теорії потенційних плоских та вихрових течій.

4.Знайдено, при використанні методу накладення відомих потенційних потоків (поступального плоско-паралельного, джерела та стоку), теоретичне рішення рівняння Лапласа, що визначає потенціал швидкостей, функцію струму, абсолютне значення вектора швидкості та його напрям в будь-якій точці швидкісного поля проточної частини осередку, що, у свою чергу, при рішенні зворотної задачі дає можливість сформувати поле швидкостей під будь-яку, задану конструктором, форму осередку (що особливо важливе при варіаційному машинному проектуванні зручнообтічних енергозберігаючих теплопередаючих поверхонь). Подальший розвиток методу дозволяє проводити розрахунки тепловіддачі та гідроопору, що визначає теплоенергетичну досконалість теплообмінників, створювати нові перспективні конструкції.

5.Розроблена методика рішення задач течій, що обтікають складні форми поверхонь теплообміну. До рішення задач привернутий математичний апарат функцій комплексного змінного, такого, що значно розширює можливості використання методу потенційних течій для будь-яких обтічних поверхонь.

6.Отримано функції впливу взаємного підкручення течій в осередку на швидкість рідини у стінки, яка враховується залежністю Стокса-Гельмгольця, а індуцированої швидкості - залежністю Біо-Савара.

7.Розроблена математична модель тепловіддачі при випарюванні та нагріві у випарювальних апаратах багаторазового використанням пари - в єдиному агрегаті, в яких розчин тече у вигляді гравітаційної плівки на кооксіально розташованих конічних та вертикальних поверхнях теплообміну. Зроблена експериментальна перевірка отриманих теоретичних результатів, які мають загальне рішення для конічних та вертикальних поверхонь теплообміну.

8.Отримано вирази для обчислення теплообміну та втрат рушійного тиску в теплообмінних апаратах з політетрафторетилену (фторопласту), його сополімерів та поліолефінів, що мають довговічність в 5 8 разів перевищуючу довговічність традиційних металевих теплообмінних пристроїв.

9.Сформульовано й досліджено теоретичні рішення та конструкції трубчастих випарних апаратів з гріючими камерами, що мають тонкостінні трубні решітки, сумірні (за товщиною) із стінками труб, що дозволяє зменшити металоємність гріючих камер до 30ч50 %.

10.Отримано й досліджено теоретичні рішення та конструкції енергозберігаючих випарних установок зануреного горіння - парогенераторів - з роздільним виведенням димових газів та сокової пари, що мають коефіцієнт повноти використання тепла - 95 97 %.

11.Отримано розрахунки, дані експериментальних випробувань та створено енергозберігаючий вид пластинчастих теплообмінних апаратів (з прямими та S-подібними гофрами), що дозволяє знизити питомі енерговитрати до 50 %.

12.Запропоновані науково обґрунтовані рекомендації щодо вибору нових видів корозійностійких сталей, сплавів та засобів зварювання, побудовані за результатами досліджень (що потребуються високими технологіями), які забезпечують значне зниження промислових експлуатаційних та ремонтних енерговитрат.

13. Результати досліджень дозволили створити патенто-захищені енергозберігаючі технічні рішення:

-конструкції трубчастих, пластинчастих та контактних теплообмінників, випарників інтенсивної дії, а також багатокорпусних випарювальних установок цільового призначення (що мають пріоритет Україні та Росії);

-нові конструкції теплообмінних апаратів із фторопласту та його сополімерів, засоби їх виготовлення та організація серійного промислового виробництва;

-нові методи інженерних розрахунків та конструкції енергозберігаючих кожухотрубчастих теплообмінників підвищеної ефективності з трубними решітками, товщини яких спільномірні з товщинами теплообмінних труб;

-метод розрахунку і нові конструкції підігрівачів та енергозберігаючих випарних апаратів-парогенераторів зануреного горіння;

-створення оптимальної системи вибору нових конструкційних висококорозійностійких сталей та сплавів багатоцільового галузевого застосування, регламентація їх зварювання, забезпечення якості та надійності.

14.В результаті виконаних в дисертаційній роботі досліджень вирішена важлива науково-практична і народногосподарська проблема енергозбереження в хімічній промисловості України. Створено нове покоління теплотехнічного устаткування призначене для апаратурного оформлення нових хімічних та нафтопереробних технологій. Результати дисертаційної роботи упроваджені на ряді підприємств нафтогазохімічного комплексу та машинобудівних підприємствах країни, зокрема Лисичанському ВАТ «Лінос», Кременчуцькому ВАТ «УКРТАТНАФТА», ВАТ «Титан» (м. Армянськ), ВАТ «Сумському НВО ім.М.В. Фрунзе», ВАТ «Завод Павлоградхіммаш» м. Павлоград, Дніпропетровської обл.), ВАТ «Снежнянськхіммаш» (м. Сніжне, Донецької обл.), ВАТ «УкрНДІхіммаш».

Основний зміст дисертації опублікований в працях

1.Перцев Л.П. Расчет оптимального теплового и гидродинамического режимов работы выпарных аппаратов пленочного типа с многократным использованием тепла / Л.П Перцев, С.Б. Лисиченко., Ю.Б. Данилов, В.В. Кравчук //Химическая промышленность. - Москва, 1990. - № 8. - С. 29 - 30. Здобувачу належить розробка конструкції, проведення експериментальних досліджень та розробка математичної моделі.

2. Седлов А.С. Установка очистки сточных вод ТЭЦ в модульном исполнении с получением сухого остатка солей / А.С. Седлов, В.Д. Рожнатовский, Ю.Б. Данилов, П.С. Борозна, А.Ф. Прахи, Л.Д. Марунина, О.П. Провоторов, А.Н. Назаров, Г.К. Фрейзлев, Л.П. Перцев // Теплоэнергетика. - Москва: Энергоатомиздат.-1991.- № 5. - С. 26- 30. Здобувачу належить розробка енергозберігаючої технології, тепловий розрахунок і апаратурне оформлення установок переробки продувок установки дистиляції.

3.Данилов Ю.Б. Термическая обработка промышленных стоков / Ю.Б. Данилов, А.С. Мачаев // Вестник Харьковского государственного политехнического университета. - Харьков: ХГПУ. - 1998. - № 22.- С. 148 - 151. Здобувач описав існуючу технологію обробки стоків та виклав теоретичне обґрунтування застосування випарних установок для утилізації стоків.

4.Ульев Л.М. Теплообмен и испарение жидкости при пленочном течении в конфузоре / Л.М. Ульев, Ю.Б Данилов // Теоретические основы химической технологии.- Москва: изд. Наука - 1999.- Т. 33, № 1. - С. 30 - 38. Здобувачу належить розробка конструкції випарника, математичної моделі та перевірка відповідності з експериментальним даним.

5.Данилов Ю.Б. Коррозионные исследования сплавов фирмы «Крупп ВДМ» в производстве каустической соды / Ю.Б. Данилов, В.А. Качанов, Е.К. Гвоздикова, Т.Э. Шепель, В.Н. Хиль, Т.А. Балак, В.С. Горлова // Химическое и нефтяное машиностроение. - Москва. - 2001. - № 4.- С. 40 - 44. Здобувач приймав участь у дослідженнях, провів аналіз наукової інформації щодо застосування сплаву.

6.Наконечный А. Особенности коррозионного разрушения сварных соединений Ni-Cr-Mo сплавов / А.Наконечный, Л. Червякова, Т. Старущенко, Т. Шепиль, Ю.Б. Данилов, В. Качанов // Фізикохімична механіка матеріалів. Проблеми корозії та антикорозійного захисту матеріалів. - Львів. - 2002. -№ 3.- С. 124 - 128. Здобувач приймав участь у дослідженнях, провів аналіз та узагальнення дослідних даних.

7.Павленко В.Ф. Конструкційні матеріали для обладнання з виробництва натрієвого лугу. / В.Ф. Павленко, Ю.Б. Данилов, В.А. Качанов В.А., Хіль В.М. // Хімічна промисловість України. - Київ. - 2002. - № 4 (51). - С. 21 - 28. Здобувач брав участь в дослідженнях та видачі рекомендацій використання сплавів для розроблення устаткування одержання каустичної соди.

8.Ющенко К.А. Исследование коррозионного разрушения сварных соединений из никельхромомолибденовых сплавов / К.А. Ющенко, Т.М. Старушенко, А.А. Наконечный, Л.В. Червякова, Т.Е. Шепель, В.А. Качанов, Ю.Б. Данилов // Автоматическая сварка. - Киев. - 2003. - № 6. - С. 14 - 16. Здобувач приймав участь у дослідженнях, провів аналіз та узагальнення результатів.

9.Товажнянський Л.Л. Теплоэнергетика погружного горения в решении проблем теплоснабжения и экологии Украины / Л.П. Перцев, В.П. Шапорев, Ю.Б. Данилов, Н.Л. Морозова, О.А. Лопухина // Інтегровані технології та енергозбереження. - Харків: НТУ „ХПІ”. - 2004. - № 3. - С. 3 - 13. Здобувачем викладені наукові та промислові обґрунтування розробки нового покоління устаткування заглибного горіння.

10.Качанов В.А. О коррозионном поведении высоколегированных сплавов нового поколения в агрессивных средах. Ч.1. Производство уксусной кислоты / Ю.Б. Данилов, Е.К. Гвоздикова, Т.Э. Шепиль, В.Н. Хиль, В.Н. Потапов, Т.А. Балак // Коррозия: материалы, защита. - Москва: РАН. - 2005. - № 11. - С. 20 - 27. Здобувач приймав участь у дослідженнях, розробив методику та рекомендації щодо використання сплавів для розроблення устаткування одержання оцтової кислоти.

11.Данилов Ю.Б. Контактное тепломассообменное устройство из фторопласта для колонных аппаратов / Ю.Б. Данилов, А.Н. Сулима, В.Н. Коломиец, М.А. Харченко // Вісник Національного технічного університета “ХПІ”. - Харків: НТУ «ХПІ». - 2005. - № 11. - С. 59 - 64. Здобувач розробив конструкцію контактного теплообмінного пристрою, обробив експериментальні данні.

12.Качанов В. Сравнительные исследования коррозионной стойкости высоколегированных хромо-никель-молибденовых и никель-молибденовых сплавов в производстве двуокиси титана / В. Качанов, Ю. Данилов, Е. Гвоздикова, В. Горлова, В. Хиль, Т. Балак // Коррозия: материалы, защита. - Москва: РАН. - 2005. - № 12. - С. 35-46. Здобувач обґрунтував наукову інформацію, приймав участь у дослідженнях та видав рекомендації щодо застосування сплавів у виробництві титану.

13.Данилов Ю.Б. Вихревые течения в каналах сетчато-поточных пластинчатых теплообменников / Ю.Б. Данилов // Інтегровані технології та енергозбереження. - Харків: НТУ «ХПІ». - 2006. - № 1. - С. 3 - 8.

14.Данилов Ю.Б. Течение несжимаемой жидкости в ячейке сетчато-поточных пластинчатых теплообменников, индуцированное вихревым полем./Ю.Б. Данилов. - // Інтегровані технології та енергозбереження.- Харків: НТУ „ХПІ”. - 2006. - № 2. - С. 32 - 36.

15.Данилов Ю.Б. Новое и перспективное оборудование для химической промышленности / Ю.Б. Данилов // Химия и технология топлив и масел. - Москва. - 2006. - № 5. - С. 7 - 8.

16.Ющенко К. Опыт ремонта колонного оборудования нефтеперерабатывающих производств / К. Ющенко, Л. Чекотило, Ю. Каховский, А. Булат, Р. Морозова, Ю. Данилов, В. Качанов, А. Кабашний, С. Івануна, Т. Шепель, Е. Гвоздикова, Ю. Козин // Фізико-хімична механіка матеріалів. Проблеми корозії та антикорозійного захисту матеріалів. - Львів. - 2006 р. - №3 - С. 487 - 494. Здобувач провів дослідження якості зварювання двошарових сталей підвищеної твердості та розробив рекомендації щодо технології ремонту.

17. Товажнянський Л.Л. Гидросопротивление течению несжимаемой жидкости в межпластинчатой полости сетчато-поточного пластинчатого теплообменника / Л.Л. Товажнянський, Ю.Б. Данилов, Л.П. Перцев, А.Е. Морозов // Інтегровані технології та енергозбереження - Харків: НТУ «ХПІ». - 2006. - № 3. - С. 36 - 42. Здобувач розробив структури потоку та методику розрахунку гідроопіру осередку.

18.Товажнянский Л.Л. Теплопередача несжимаемой вязкой жидкости при течении в межпластинной полости сетчато-поточного пластинчатого теплообменника / Л.Л. Товажнянський, Ю.Б.Данилов, Л.П. Перцев, А.Е. Морозов // Iнтегрованi технології та енергозбереження. - Харків: НТУ «ХПІ». - 2007. - № 1. - С. 25 - 34. Здобувачеві належить розробка математичну модель тепловіддачі в міжпластинної порожнині.

19.Данилов Ю.Б. Реактор отримання діетилового ефіру. Нові конструктивно-матеріальні розробки / Ю.Б. Данилов, А.М. Суліма, В.А. Качанов, В.М. Коломієць, О.К. Гвоздікова, Л.С. Молодцова, Н.Г. Ситник // Хімічна промисловість України. - Київ. - 2007. - № 3. - С. 7 - 10.

20.Качанов В. Коррозионно-электрохимическое поведение конструкционных материалов и их сварных соединений, выбор материального исполнения при конструировании оборудования для производства карбоновых кислот /В.Качанов, Ю. Данилов, Е. Гвоздикова, Т. Шепиль //Фізіко-хімічна механіка матеріалів. - Львів. -2007. -№ 6 - С. 23 - 28. Здобувач брав участь в дослідженнях, обробці наукової інформації, видачі рекомендацій.

21.Качанов В.А. Коррозия сварных соединений биметалла 16ГС+08Х13, изготовленных из образцов, вырезанных из колонны после эксплуатации / В.А. Качанов, Ю.Б. Данилов, Т.Э. Шепиль, Е.К. Гвоздикова, В.Ю. Козин, А.И. Кабашный, С.М. Ивануна, К.А. Ющенко, Л.В. Чекотило, А.В. Булат // Коррозия, материалы, защита. //Наука и технология. - Москва. - 2007. - № 1. - С. 495 - 501. Здобувач брав участь в дослідженнях, обробці наукової інформації, видачі рекомендацій.

22.Данилов Ю.Б. Разработка технологий на реконструкцию и ремонт оборудования, эксплуатирующегося в агрессивных средах. Опыт исследования сталей и сплавов нового поколения / Ю.Б. Данилов, К.А. Ющенко // Хімічна промисловість України. - Київ. - 2007. - № 5. - С. 26 - 30. Здобувачеві належить аналіз руйнування сплавів та розробка технології на реконструкцію устаткування.

23.Качанов В.А. Коррозионно-электрохимическое поведение конструкционных материалов и их сварных соединений в условиях эксплуатации оборудования при производстве смеси карбоновых кислот / В.А. Качанов, Ю.Б. Данилов, Е.К. Гвоздикова, Т.Э. Шепиль // Коррозия: материалы, защита. - Москва. - 2007. - № 12. - С. 16 - 26. Здобувач розробив методики дослідження та провів зробив аналіз корозійної поведінки матеріалів та їх зварних з'єднань.

24. Данилов Ю.Б. Оптимизация технологического процесса отбелки концентрированной азотной кислоты путем применения тепломассобменных аппаратов / Ю.Б. Данилов, В.Н. Коломиец, С.А. Ладченко // Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Харків: - НТУ «ХПІ». - 2008. - № 10. - С.68- 73. Здобувач брав участь в розробці технології відбілки кислоти та конструкції теплообмінного апарата.

25. Данилов Ю.Б. Математические и экспериментальные исследования модели оросительного теплообменника из фторопластовых трубок / Ю.Б. Данилов, В.Н. Коломиец, С.А. Ладченко //Iнтегрованi технології та енергозбереження. - Харків: НТУ «ХПІ». - 2008. - № 3. - С. 3 - 9. Здобувач брав участь в розробці конструкції теплообмінного пристрою, обробці експериментальних даних та узагальненні наукової інформації.

26.А. с. 1256717 СССР. Способ концентрирования хлормагниевых растворов./ В.С. Фокин, Л.П. Перцев, Н.Е. Загорулько, Ю.Б. Данилов., А.Н. Оскнер., І.І. Ковалишин, З.В. Варивода, А.Я. Обухов, Ю.П. Кузьмин, В.І. Савчук; - опубл. 07.12.89, Бюл. № 45. Здобувачу належить розробка технології концентрації хлормагневого розчину та її апаратурного виконання.

27.А. с. 1815822 СССР, Выпарной аппарат многократного действия / Ю.Б Данилов, Л.П. Перцев, В.С.Фокин, Е.М. Ковалев, Г.И Соловьева; - опубл. 11.10.1992. Здобувачу належить науково-технічна ідея багатоступінчатого випаровування в єдиному апараті.

28.А. с. 1827825 СССР. Выпарной аппарат многократного действия / Ю.Б. Данилов, В.С. Фокин, В.М. Гуторов, Л.П. Перцев; опубл. 13.10.1992.

Здобувач розробив конструкцію апарата та внутрішніх пристроїв.

29.А. с. 1813469 СССР. Выпарной аппарат со стекающей пленкой / Ю.Б.Данилов, А.И. Рубан, В.В. Кулинич; опубл. 07.05.93, Бюл. № 17. Здобувач розробив конструкцію випарювання випарника та конденсатора вторинної пари в одній гріючій камері.

30.Пат. 44806 Российской Федерации на полезную модель. Пакет перекрестноточного теплообменника / Лебедев Ю.Н., Чекменев В.Г., Марголин Г.А., Данилов Ю.Б., Дроздов В.В.; опуб. 27.03.2005. Здобувачу належить схема компонування пакету теплообміника, участь в редагуванні формули патенту та опису.

31.Пат. 8531 на винахiд. Перехреснопоточний теплообмiнник/Данилов Ю.Б., Дроздов В.В.,Дудник В.М.-№ а 2007 05583;заявл. 21.05.07;опубл.20.08.02,Бюл.№ 16. Здобувачу належить основна ідея конструкції, також він взяв участь в складанні формули корисної моделі.

32.Пат. 76548 на винахід. Пластінчастий випарній апарат з багаторазовим використанням тепла/Данилов Ю.Б.,Фокін В.С.,Данилов Д.Ю.;опубл. 2006. Бюл. № 8. Здобувачу належить науково-технічна ідея форми та компанування пластин.

33.Пат. 20903 на корисну модель. Установка для регенерації відпрацьованої серчаної кислоти / Данилов Ю.Б., Невшупа О.І., Дмитрієв В.Є., Калмиков В.В., Качанов В.А., Богучарова С.Е., Хіль В.М., Бобков Д.В., Стрільцов М.В.; опубл. 2007, Бюл. № 2. Здобувачем розроблена технологічна схема концетрування та кристалізації, а також апаратурне оформлення процесу.

34.Анохін Г.О. Навчальній посібник за ред. Ткача Г.А., Мочаєва А.С. Устаткування хімічних виробництв / Г.О Анохін, Ю.Б. Данилов, А.С. Мочаєв, А.М. Суліма, В.С Фокін, М.А. Харченко, В.А. Цибульник. - Київ, 1993. - 232 с. Здобувач написав розділ «Випарні апарати та багатокорпусні установки».

35.Фокин В.С. Кристаллизация солей при выпаривании водно-солевых растворов / В.С. Фокин, Ю.Б. Данилов, Н.Е. Загорулько // Повышение эффективности, совершенствование процессов и аппаратов химических производств: Всесоюзная науч.-тех. конф. ПАХТ-85, ХПИ им. В.И. Ленина, 1985 г.: тезисы докл., - Харьков, 1985.- C. 87 - 88. Здобувачу належить розробка залежності визначення середньозваженого розміру кристалів солей.

36.Данилов Ю.Б. Испарение жидкости при пленочном течении в конфузоре / Ю.Б. Данилов, Л.М. Ульев, В.А. Коровка // Теплообмен: Росс. конф., 21-25 ноября, 1994 г.: тезисы доклада, -Москва,1994. -С.57-62.

37.Качанов В.А. Исследование коррозионно-электрохимического поведения высоколегированных сплавов нового поколения в агрессивных средах. Сборник тезисов. Том 1, часть 2. / В.А. Качанов, Ю.Б. Данилов, Е.К. Гвоздикова, Т.Э Шепиль, В.Н. Хиль, В.Н. Потапов, Т.А. Балак // Производство диоксида титана: междунар. конф. Физико-химические основы ХХI века. - Москва, - 2005. - С. 39 - 44. Здобувач розробив методику дослідження корозійно-електрохімічної поведінки високолегованих сплавів нового покоління в агресивних середовищах.

38.Ющенко К.А. Можливості ремонту колонного обладнання нафтопереробних заводів з метою збільшення ресурсу експлуатації (проект 8.5а)./К.А. Ющенко, Л.В. Чекотило, Ю.М. Каховський, О.В. Булат, Р.І. Морозова, С.О. Супрун, Я.Б. Лебедевич, Г.Ф. Настенко, В.А. Пестов, Ю.Б. Данилов, В.А. Качанов,О.І. Кабашний, С.М. Івануна, Т.Е. Шепіль // Збірник наукових статей, цільова комплексна програма НАН України “Проблеми ресурсу та безпеки експлуатацій конструкцій, споруд та машин” Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України. - Київ. - 2006. - С. 501 - 5005. Здобувач провів дослідження якості зварювання двошарових сталей підвищеної твердості та розробив рекомендації щодо технології ремонту.

39.Chekotilo L.V. Extension of service life of column equipment at oil refineries/ L.V. Chekotilo, Yи.B. Lebedevich, A.V. Zvyagintseva, Yи.B. Danilov, V.A. Kachanov, A.I. Kabashny, S.M. Ivanuna, T.E. Shepel, E.K. Gvozdikova, Yи.V. Kozin //Іnternational Association Welding# 10.2006. - Kiev. - S. 24 - 29. Здобувач брав участь в дослідженнях та розробив рекомендації щодо продовження ресурсу експлуатування устаткування.

40.Данилов Ю.Б. Современное теплообменное оборудование для химических отраслей / Ю.Б. Данилов // Труды IХ международной научно-практической конференции: Химия-ХХ1 век: новые технологии, новые продукты. -Кемерово, - 2006. - С. 17 - 22.

41. Kachanov V.A. The Corrosion of Welded Joints of 16GS+08Kh13 Bimetal, Made of the Specimens Cut out from a Column after the Long-Term Operation./ Yи.B. Danilov, T.E. Shepel, E.K. Gvozdikova, Yи.V. Kozin, A.I. Kabashny, S.M. Ivanuna, K.A. Yushenko, L.V. Chekotilo and A.V. Bulat.// Protection of metals,Volume 43,Number 7, November-December, - 2007. - C .343- 637. Здобувач розробив методики дослідження та провів аналіз корозійної поведінки матеріалів та їх зварних з'єднань.

АНОТАЦІЯ

Данилов Ю.Б. Науково-практичні основи створення енергозберігаючого теплообмінного та випарювального обладнання хімічних виробництв . - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.17.08 - процеси та обладнання хімічної технології. - Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут” , Міністерство освіти та науки України; Харків, 2009 р.

Дисертація присвячена розробці наукових основ і методів розрахунку гідродинамічних та теплообмінних процесів для створення енергозберігаючого теплообмінного та випарювального обладнання хімічних виробництв. Проведено аналіз світового науково-технічного рівня теплообмінного і випарювального обладнання, який дозволив розробити пріоритетні напрямки розвитку та технічного переозброєння галузі, визначити мету та поставити завдання досліджень, а також шляхи їх реалізації.

У роботі побудована ідентифікована осередкова структура міжпластинного простору сітчато-поточного теплообмінника, розроблена методика визначення течій, що обтікають складні форми поверхонь теплообміну; отримана функція впливу взаємного підкручення течій в осередку на швидкість рідини у стінки, яка враховується залежністю Стокса-Гельмгольця, а індукованої швидкості - залежністю Біо-Савара.

Розроблена математична модель тепловіддачі при нагріві і випарюванні у випарювальних апаратах багаторазового використанням пари - в єдиному агрегаті, де розчин тече у вигляді гравітаційної плівки на коаксіально розташованих конічних та плоских вертикальних поверхнях теплообміну.

Отримані вирази для обчислення теплообміну та втрат рушійного тиску в теплообмінних апаратах з політетрафторетилену (фторопласту), його сополімерів та поліолефінів.

Отримано й досліджено теоретичні рішення та сформовані на їх основі конструкції трубчастих випарних апаратів з гріючими камерами, що мають тонкостінні трубні решітки, сумірні (за товщиною) зі стінками труб, що дозволяє зменшити металоємність гріючих камер до 30ч50 %.

Оримано й досліджено теоретичні рішення та конструкції енергозберігаючих випарних установок зануреного горіння - парогенераторів - з роздільним виведенням димових газів та сокової пари, що мають коефіцієнт повноти використання тепла - 95 97 %.

Ключові слова: випарювання, теплообмін, гідродинаміка, випарник, теплообмінник, математичні моделі, ресурсозбереження, енергозбереження, ефективність.

Данилов Ю.Б. Научно-практические основы создания энергосберегающего теплообменного и выпарного оборудования химических производств. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.17.08 - процессы и оборудование химической технологии. - Кафедра химической техники и промышленной экологии Национального технического университета «Харьковский политехнический институт» Министерства науки и образования Украины; Харьков, 2009 г.

Диссертация посвящена разработке научных основ создания теории методов расчета гидродинамических и теплообменных процессов, прочностных и коррозионных исследований теплообменного и выпарного оборудования химических производств. На базе современных научных представлений и передового промышленного опыта проведен анализ научно-технического уровня оборудования и производств, определены приоритетные направления исследований и новых разработок теплообменного и выпарного оборудования; выработан системный подход на основе классификации изделий, предназначенных для обслуживания параметрических полей потребности отрасли, и произведена структуризация компонентов конструкторско-технологических модулей (КТМ) теплохимического оборудования и установок, оптимально сбалансированных, по целевому теплохимическому назначению, что позволило построить концепцию и общую методологию проведения тепловых, гидродинамических, прочностных, деформационных, коррозионных и экологических исследований и создать конкурентоспособную на мировом рынке теплообменную и выпарную химическую аппаратуру.

Обработанная новая научная информация позволила:

-разработать теорию расчета и создать патентоспособный высокоэкономичный пленочный выпарной аппарат, с многократным использованием тепла греющего пара (в одном агрегате), теплообменные элементы которого выполнены в виде вертикальных полуцилиндров, усеченных конусов и плоских вертикальных поверхностей по которым гравитационно стекает выпариваемая пленка;

-установить концептуальную общность теоретических и инженерных решений гидродинамики и теплообмена для трубчатых, щелевых, сотовых, пластинчатых, панельных теплообменников на основе обобщенной геометрической модели сетчато-поточного пластинчатого теплообменника с переменными линейными и угловыми параметрами гофрировки пластин;

-разработать методы математического моделирования наиболее эффективных видов теплообменной и выпарной аппаратуры (изготовленных из металлопроката и неметаллических материалов), создать алгоритмы и пакеты программ для оптимального машинного проектирования; использовать метод наложения функций потенциальных течений (плоско-параллельного, источника и стока), для которых функции скоростей и линий тока теоретически известны, с целью использования точного решения уравнения Лапласа, позволяющего построить кинематические схемы структур потоков и распределение скоростей по проточным частям каналов, а при решении обратной задачи дает возможность сформировать поля скоростей при обтекании любой, заданной конструктором, формы теплопередающих поверхностей (заданных в качестве нулевых линий тока);

-создать ресурсо-энергосберегающие выпарные установки погружного горения - парогенераторы - с раздельными отводами охлажденных дымовых газов и сокового пара, обеспечивающие использование до 97 % теплотворной способности топлив и снижение вредных газовых выбросов до экологически допустимых норм;

-установить закономерности теплообмена и гидросопротивлений в новых видах созданных энергосберегающих пластинчатых теплообменников с прямолинейными и криволинейными гофрами; создать систему рекомендаций по разработке и выбору высококоррозионностойких, эррозионостойких сталей и сплавов, экономических методов их технологической обработки и сварки, обеспечивающих снижение энергозатрат при изготовлении, эксплуатации и ремонте;

-создать по результатам исследований и разработок государственные стандарты Украины на параметры, типы, конструкции и размеры теплообменных и выпарных аппаратов, а также нормативная расчетная документация гармонизированная с Международными Стандартами (ISO) и Европейскими Нормами (EN).

Результаты диссертационной работы использованы и внедрены на промышленных предприятиях, НИИ отрасли и используются при обучении инженерных и научных кадров, а также обучении студентов на кафедре химическая техника и промышленная экология НТУ «ХПИ» в ОАО «УкрНИИхиммаш».

Ключевые слова: выпаривание, теплообмен, гидродинамика, выпарной аппарат, теплообменник, математические модели, ресурсосбережение, энергосбережение, эффективность.

Danilov, Yuri B. "Scientific fundamentals of energy seaving heat exchanging equipment for the oil, gas and chemical industries ". Manuskript.

A dissertation for the scientific degree of Doctor of Technical Sciences on speciality 05.17.08 - "Processes and Equipment for Chemical Technologies", National Technical

University "Kharkiv Politechnical Institute".

The Ministry of Education and Science of Ukraine. Kharkiv, 2009.

The dissertation is devoted to solving the problem of saving energy in the oil, gas and chemical processing industry. In the process of teoretical investigation, mathematical models of convective heat exchenge though impermeable walls were built. This project was based upon the hydrodynamic principies of heat exchange with respect to basic types of heat exchangers and evaporators.

The application of method of the overlaying the tree given potential streams (the advancing slightly parallel current, the source and the sewer current) allowed to use the theoretical solution of the eguation of LaPlace with defines the potential of velocities the current sunection, the absolute meaning of the velocity vector and its direction at any point of the velocity sield.

While solving an iverted task it is possibl to form a velociti sield for any cell form defined by a designer. This is of special importance in computer-aided design of streamlined power saving heat exchenging interfaces.

Some recommendations are given as to choosing corrosion-proof material, welding technology and equipment manufacture wich drastically increase the competitiveness of the product. The results obtained are applied at a number of engineering enterprises and in the oil and gas processing industry of Ukraine, in scientific and research institutes, and has also been considered by Chairman of "Chemical Equipment and Industrial Ecology" department of the National Technical University "Kharkiv Politechnical Institute".

Key words: evaporation, heat exchanger, evaporator, heat regims, standart industrial tests, energy saving, power saving, dip burning, ecology.

Размещено на Allbest.ru