За визначенням кривизни де ds - елемент довжини дуги, що вважається додатним, якщо він проходить у напрямку знизу вгору, маємо Оскільки dy=dscos і ds=dy/cos, то

або gydy = -cosd,

що після інтегрування дає

За граничних умов у = 0, = 90 маємо С = і , звідки

.

На поверхні стінки у = h, тоді

.

Максимальна висота підняття рідини спостерігається, коли наближається до нуля, тобто

Цей вираз відповідає умові капілярного підняття рідини по вже змоченій поверхні, яка реалізується в процесі роботи контактних пристроїв масообмінних колон. Величину що має розмірність довжини, в теорії капілярних явищ називають капілярною (або лапласівською) сталою і позначають літерою а.

Розв'язок цієї задачі збігається з уже відомим результатом, але одержання його простіше.

Чотири наступні задачі розв'язано нами вперше.

задача № 2. Визначити висоту капілярного підняття рідини біля нижнього краю звисаючої зрошуваної плоскої пластини нескінченної довжини - рис. 7, б. Товщину плівки, що стікає, вважати нехтовно малою.

Розв'язання. У рівнянні рівноваги сил, записанному як gy = k, виразимо кривизну k через відоме з диференціальної геометрії значення

,

тоді і , де .

Оскільки і , а також і

, то , або .

Виходячи із рівностей

і ,

дістанемо

і .

Після інтегрування останнього виразу одержимо

За граничних умов y = 0, = 90 маємо С = 1 і , або

і .

Одержане рівняння збігається з рівнянням розв'язання задачі 1, тобто максимальна висота h_max капілярного підняття рідини на плоскій звисаючій пластині дорівнює капілярній сталій

.

Висота капілярного підняття залишається постійною при зміні кута нахилу капіляра або пластини.

У задачі № 3 визначено максимальну висоту звисання краплі з пластини нескінченної довжини на момент початку відривання, яка теж дорівнює а.

Задача № 4. Визначити максимальну висоту звисання y_max і максимальний діаметр d_max краплі на циліндричному стрижні (піпетці) у момент початку відривання (рис. 7, в).

Розв'язання. Щоб скласти баланс сил, які діють на звисаючу частину краплі в перерізі а-а, скористаємось рисунком. Сила F=2sinx, що зумовлена поверхневим натягом, зрівноважується силою F=gyx², що зумовлена гідростатичним тиском, звідки 2sin=gyx.

Позначивши отримаємо а²sin=yx.

Узявши до уваги, що х=уtg, дістанемо а²sin=y²tg, звідки

Величина у приймає максимальне значення при = 90, тоді cos = 1 і y_max = a, тобто максимальна висота звисання краплі у момент початку відривання від циліндричного стрижня (піпетки) дорівнює капілярній сталій і не залежить від розмірів (діаметра) стрижня. Незалежність h_max від розмірів стрижня свідчить про те, що цей же розмір характерний і для крапель, які починають відриватися від стелі й від прямокутної пластини.

Максимальний діаметр краплі у горизонтальній площині визначимо з виразу а² sin = yx. Враховуючи, що у = хctg, дістанемо а²sin = х²ctg, або звідки

Щоб обчислити максимальне значення х, дослідимо одержану функцію на екстремум.

Перша похідна

або остаточно 2cos+tgsin = 0.

Розділивши останній вираз на sin, дістанемо рівняння , справедливе у межах і значенні тобто при Це значення підставимо у вираз для х, тоді

а максимальний горизонтальний діаметр краплі

У задачі № 5 визначено максимальну висоту і діаметр газової бульбашки у момент початку її відривання від плоского барботера. З'ясувалось, що ця задача є оберненим варіантом задачі 4 про утворення краплі у газі, причому в однойменних середовищах форми бульбашки і краплі дзеркально відображаються. Максимальна висота газової бульбашки, як і краплі, у момент початку відривання від твердої поверхні дорівнює капілярній сталій, а максимальний діаметр перевищує капілярну сталу в 1,27 раза.

Одержані в розглянутих задачах співвідношення перевірено експериментально. Вони дають змогу обґрунтовано вибирати розміри елементів контактних пристроїв. Наприклад, якщо в тепломасообмінних апаратах треба забезпечити рівномірно розподілене стікання рідини із звисаючих листів або трубок, то зрізи їх виконують зубчастими; при цьому висота зубців має дещо перевищувати розмір а, а крок зубців - 2а. Це саме співвідношення справедливе і для зубців в отворах перфорованих насадок, а також для отворів барботерів і ситчастих тарілок та для зубців на нижніх краях ковпачків ковпачкових тарілок.

Запропоновано класифікацію розроблених здобувачем регулярних насадок із зубчастими отворами. Згідно з цією класифікацією у підрозділах 2-5 розглянуто особливості конструювання насадок таких різновидів:

2 - з висіченими зубчастими отворами (типу НЗО);

3 - з просіченими зубчастими отворами і відігнутими пелюстками: вертикальними, нахиленими (типу НЗП), горизонтальними;

4 - комбінованих (типу НЗОГ);

5 - з конструктивними елементами для розподілу рідини.

Запропоновано спеціальну насадку для підвищення рівномірності розподілу рідини в широкому діапазоні щільностей зрошення (рис. 8). Насадка складається з вертикальних листів 1 однакової форми, які мають по висоті три ділянки - верхню, середню і нижню з різними за призначенням і виконанням конструктивними елементами.

Верхня ділянка містить горизонтально спрямовані гофри 2 і 3, що виступають в різні сторони від площини листа на висоту, достатню для уловлювання струменів і крапель рідини, які вільно падають.

Середня ділянка, що призначена для дробіння струменів на дрібніші, містить прямокутні просічені з трьох сторін отвори 5, по контурах верхніх країв яких відігнуто під кутом угору утворені з цих отворів пелюстки 4 і 6. Отвори розміщено горизонтальними рядами попарно в шаховому порядку. Відстань між отворами в горизонтальних рядах дорівнює ширині отворів. У кожному горизонтальному ряді отворів пелюстки відігнуто в одну сторону, в сусідніх рядах - у протилежну. Відігнуті вгору пелюстки не повинні виступати від площини листа більше ніж на половину зазору між листами. Схему розподілу струменів показано на рис. 8, б.

Нижня ділянка є фрагментом НЗО і містить розміщені горизонтальними рядами в шаховому порядку прямокутні отвори 8 із зубчастими верхніми краями. Ширина зубців 9 отворів приймається рівною ширині перетинок 10 між зубцями й одночасно рівною відстані між отворами по горизонталі. Кількість зубців, що звисають униз в отворах, має бути парною. У цьому разі зубці верхніх отворів розташовуються над перетинками зубців нижніх отворів і забезпечують найповніше розтікання рідини по ширині листів.

Розтікання рідини на нижній ділянці листа показано на рис. 8, в. Кожний показаний вертикальною стрілочкою мікропотік рідини, зустрівши на шляху своєї течії виступ 10 зубця 9, обтікає його з обох боків, розділяючись на два потоки. На зубцях утворюються краплі 12. Послідовне розділення потоків на кожному ряді отворів остаточно вирівнює розподіл рідини. Використання зубчастих отворів для рівномірного розподілу рідини ефективне лише після попереднього дробіння великих струменів на дрібніші, коли окремі потоки вже не мають великої сили інерції, яка перевищує капілярні сили.

Щоб запобігати стіканню рідини на краї листів, у них виконують вирізи 7 або косі зрізи 11.

Насадку призначено для підвищення рівномірності розподілу рідини після зрошувача та для вирівнювання порушеної по висоті апарата рівномірності течії рідини внаслідок гідродинамічної взаємодії потоків і недоліків конструкції та виготовлення.

Розподіл рідини у кожному окремому пакеті насадки вирівнюється лише в площині листів, тому, щоб розподілити рідину у взаємно перпендикулярних напрямках, слід встановлювати по два пакети один на другий, повернувши їх на 90. Забезпечуючи ефективний розподіл рідини, насадка одночасно має задовільні масообмінні характеристики і невисокий гідравлічний опір.

У восьмому розділі подано інформацію про впровадження у виробництво апаратів з дослідженими регулярними насадками.

Насадку з зубчастими отворами без додаткових конструктивних елементів застосовано у вуглекислотному цеху Стецьківського спиртозаводу для промивання водою діоксиду вуглецю. Перед надходженням у промивач діоксид вуглецю вже пройшов обробку в спиртоуловлювачі з ковпачковими тарілками і містить незначну кількість домішок, тому для його очищення додатково турбулізувати газовий потік за допомогою гофрів не потрібно.

Насадку з зубчастими отворами і гофрами (НЗОГ) застосовано на Тхорівському спиртзаводі для уловлювання спиртової пари із газів бродіння та на Чернігівському м'ясокомбінаті для уловлювання газів, що виділяються із котлів для варки м'ясопродуктів.

Насадку з зубчастими пелюстками (НЗП), яка забезпечує найтісніше контактування фаз, використано на Соснівецькому цукровому заводі для модернізації лавера, призначеного для очищення сатураційного газу.

Технічну документацію на регулярні насадки використав Ніжинський механічний завод при виготовленні обладнання для спиртової та виноробної промисловості на загальну суму 10,8 тис. грн. Річний економічний ефект від впровадження модернізованого спиртоуловлювача на Тхорівському спиртозаводі потужністю 1,5 тис. дал/добу склав 6,9 тис. грн. Очікуваний економічний ефект від впровадження апаратів з регулярними насадками у спиртову галузь складає близько 0,5 млн. грн/рік.

Використання розроблених насадок в системах очищення газів сприяє вирішенню важливої соціальної проблеми захисту повітряного басейну від забруднень промисловими і вентиляційними викидами.

Умовні позначення: А - коефіцієнт; а - капілярна стала (константа Лапласа): - коефіцієнт поверхневого натягу, Н/м; = _р - _г - різниця густин рідини _р і газу _г, кг/м³; g - прискорення вільного падіння, м/с²; d - діаметр, м; h_р, h_oy - загальні значення висот одиниці перенесення маси при масообміні у рідкій і переважно у газовій фазах, м; h_у - часткове значення висоти одиниці перенесення маси у газовій фазі, м; - лінійний розмір, м; Р - тиск, Па; R - радіус, м; v_г.в - швидкість газової фази відносно середньої швидкості рідини, м/с; у - поточна координата; Г - лінійна щільність зрошення, кг/(мс); - крайовий кут змочування, град; Pr_г - дифузійне число Прандтля для газової фази; Re_г.в - число Рейнольдса, розраховане за відносною швидкістю газової фази; ППН, НЗО, НЗОГ, НЗП - насадки, відповідно плоскопаралельна, із зубчастими отворами, із зубчастими отворами і гофрами, із зубчастими пелюстками.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

На основі огляду літератури та теоретичного аналізу коливально - хвильових і поверхневих явищ у газорідинних системах запропоновано і реалізовано новий метод інтенсифікації масообміну висіканням у листах регулярних насадок зубчастих отворів, за допомогою яких плівкова течія замінюється на краплинно-плівкову.

Виходячи з аналізу і систематизації відомих з гідромеханіки закономірностей поширення неперервних і динамічних хвиль за моделлю одновимірного гомогенного середовища, розроблено концепцію про доцільність використання динамічних хвиль та уповільнених стрибків ущільнення для інтенсифікації масообмінних процесів у газорідинних системах. Розраховано зміну параметрів газорідинної системи (швидкості, густини, тиску, температури) внаслідок уповільненого стрибка ущільнення. Показано, що неперервні й динамічні хвилі, та ефекти Марангоні, які утворюються внаслідок локальних нестаціонарностей масообміну, можуть змінювати гідродинамічні умови й інтенсивність масообміну, що знижує точність моделювання масообмінних процесів на гідродинамічних стендах.

3. Показано, що сили поверхневого натягу забезпечують зв'язок між фізико-хімічними, гідродинамічними і тепломасообмінними процесами на міжфазній поверхні та всередині рідкої фази, суттєво впливають на ефективність масообміну і можуть бути використані для інтенсифікації масообміну в газорідинних системах, у яких визначальний геометричний розмір частинок дисперсної фази співмірний або менший від капілярної сталої.

4. Експериментально підтверджено зв'язок між характером течії рідини, гідравлічним опором та інтенсивністю масообміну в апаратах з насадками трьох типів.

5. Запропоновано класифікацію та встановлено межі існування таких режимів утворення крапель при стіканні рідини з зубців: рівноважного, вільного, резонансного, ланцюгового, струменевого. Для однофазної течії рідини в досліджених насадках встановлено існування та межі реалізації не описаних раніше режимів краплинно-плівкової течії: з ініційованою течією крапель, з ініційованою течією крапель і ділянками ланцюгової течії, окремими струмінцями, широкими струменями.

6. В умовах краплинно-плівкової течії протитечійний газовий потік взаємодіє з рідиною інтенсивніше, ніж в умовах плівкової течії. Запропоновано класифікацію інтенсивностей взаємодії фаз: слабка, відчутна, інтенсивна, сильна. В зонах інтенсивної і сильної взаємодій фаз встановлено існування нових режимів краплинно-плівкової течії: з рівномірною, нерівномірною і нестійкою течіями крапель.

7. Аналізом кривих відгуку на імпульсне введення індикатора встановлено, що за відношенням максимальної і середньої швидкостей краплинно-плівкова течія належить до перехідної зони між ламінарним і турбулентним режимами.

8. Встановлено, що насадка із зубчастими отворами без будь-яких додаткових конструктивних елементів є найдосконалішою щодо використання енергії газового потоку для інтенсифікації масообміну і ефективнішою за плоскопаралельну насадку.

9. Насадка із зубчастими отворами і гофрами має вищий питомий гідравлічний опір, ніж насадка без гофрів. Її можна рекомендувати для процесів з переважаючим опором масопередачі у газовій фазі та для апаратів з нестабільним поданням зрошення.

10. Насадку із зубчастими пелюстками не доцільно використовувати в апаратах з обмеженими перепадами тиску, але вона може замінити нерегулярні насадки, забезпечуючи при цьому значно нижчий гідравлічний опір і вищу пропускну спроможність.

11. Розв'язанням рівнянь балансу об'ємних і поверхневих сил встановлено капілярні співвідношення та визначальний геометричний розмір для розрахунку конструктивних елементів насадок. Цей розмір дорівнює капілярній сталій. Розглянуто особливості конструювання насадок досліджених різновидів.

12. На розроблені конструкції одержано 17 авторських свідоцтв СРСР та 16 патентів України. Апарати з дослідженими насадками впроваджено у виробництво на чотирьох підприємствах харчової промисловості. Технічну документацію на насадки використано механічним заводом при виготовленні обладнання для спиртової та виноробної промисловості.

Результати досліджень відображено в підручнику і двох навчальних посібниках з процесів і апаратів харчових виробництв.

ПЕРЕЛІК РОБІТ, ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Монографія

1. Марценюк А.С., Стабников В.Н. плёночные тепло- и массообменные аппараты в пищевой промышленности. - М.: Лёгкая и пищ. пром-ть, 1981. - 160 с.

Особистий внесок: узагальнення і викладення матеріалу, який відноситься до масообміну, будови і роботи регулярних насадок і плівкових масообміних апаратів та методів підвищення їх ефективності.

Підручник

2. Процеси і апарати харчових виробництв: Підручник / за ред. проф. І.Ф.Малежика. - К.: НУХТ, 2003. - 400 с. (Здобувачем написано розділ “Сорбція”, с. 267-297, та у співавторстві з О.Т. Лісовенко розділ “Перемішування”, с. 119-139).

Особистий внесок у розділ “Перемішування”: узагальнення питань перемішування рідких середовищ помірної в'язкості та сипких матеріалів, введення поняття про масштабний рівень перемішування, яке використане в розробленій класифікації механічних мішалок, а в дисертаційній роботі - в класифікації методів застосування коливань для інтенсифікації процесів абсорбції.

Навчальні посібники

3. Проектирование процессов и аппаратов пищевых производств / Под. ред. В.н. Стабникова. - К.: Вища шк., 1982. - 199 с. (Здобувачем написано розділ “ Абсорбция”, с. 146-166).

4. Проектиране на апарати и уредби за хранително-вкусовата и биотехнологичната промишленност. (Ръководство) / Под общата ред. на проф.

В. Стабников и доц. К. Коларов. / А. Николаев, А. Марценюк, В. Заднепряный, П. Лобода, П. Немирович, П. Цыганков, Д. Дамянов, Д. Желязков, К. Динков, К. Коларов, М. Керезиева-Ракова, Н. Менков, К. Паскалев. - Пловдив, / Акад. изд. при ВСИ, 1998. - 353 с. (Здобувачем написано розділ “ Абсорбционни уредби”, с. 245-269).

Брошура

5. Марценюк А.С. Разработка и применение регулярных насадок в противоточных плёночных массообменных аппаратах. - М.: ЦНИИТЭИпищепром, 1975. - 32 с.

Статті в фахових наукових журналах і збірниках наукових праць

6. Стабников В.Н., Марценюк А.С. Конструирование регулярных перфорированных насадок для пленочных массообменных аппаратов // Хим. машиностроение. Республ. межвед. научно-технич. сб. - 1975. - Вып. 21. - С. 13-20.

Особистий внесок: концепція моделі інтенсифікації масообміну за рахунок зменшення товщини пристінного пограншару під час утворення крапель та обтікання рідиною турбулізуючих елементів насадки.

7. Марценюк А.С., Стабников В.Н. О гидравлических сопротивлениях и массообмене в колонне с регулярной пластинчатой насадкой // Изв. вузов СССР. Пищ. технология. - 1976. - №5. - С. 101-105.

Особистий внесок: експериментальні дослідження та їх обробка, порівняння робочих характеристик насадок.

8. Марценюк А.С., Стабников В.Н. Исследование массообмена в газовой фазе на регулярной насадке с зубчатыми отверстиями // Пищ. пром-сть. Респ. межвед. научно-техн. сб. - К.: Техніка. - 1979. - Вып. 25. - С. 17-20.

Особистий внесок: експериментальні дослідження, обробка та інтерпретація їх результатів.

9. Марценюк А.С., Стабников В.Н. Рабочие характеристики насадки с зубчатыми отверстиями // Пятая всесоюз. конф. по теории и практике ректификации. - Северодонецк. - 1984. - Ч. 2. - С. 117-119.

Особистий внесок: проведення експериментальних досліджень, узагальнення результатів.

10. Марценюк А.С. Об интенсификации массоотдачи в жидкой фазе при ламинарном гравитационном плёночном течении // пищ. пром-сть. Республ. межвед. научно-техн. сб. -- К.: Техніка. - 1986. - Вып. 32. - С. 18-22.

11. Марценюк А.С. Регулярные перфорированные насадки и их использование в спиртовой промышленности // Изв. вузов СССР. Пищ. технология. - 1986. - № 6. - С. 73-77.

12. Марценюк А.С., Гусейнов Р.Н. Определение размеров зубьев в отверстиях листовых насадок // Пищ. пром-сть. Респ. межвед. научно-техн. сб. - К. - 1987. Вып. 33. - С. 31-34.

Особистий внесок: розроблення концепції застосування капілярної сталої для розрахунку розмірів зубчастих отворів перфорованих регулярних насадок.

13. Марценюк А.С., Мельник Л.Н. Регенерация этанола в производстве пектина // Технология и оборудование пищ. пром-сти и пищ. машиностроение. Сб. науч. тр. - Краснодар: Политехнич. ин-т. - 1988. - С. 178-185.

Особистий внесок: обґрунтування доцільності застосування колон з регулярними насадками для регенерації еталону у виробництві пектину.

14. Мельник Л.Н., Малежик И.Ф., Марценюк А.С., Немирович П.М., Ковальчук В.П. Эффективность клапанных тарелок при ректификации этанола // Пищ. пром-сть. - 1988. - № 1. - С. 46-49.

Особистий внесок: проведення експериментальних досліджень, узагальнення результатів, порівняння характеристик колон з регулярними насадками і тарілчастих, підготовка до друку.

15. Марценюк А.С., Мельник Л.Н., Малежик И.Ф. Влияние разрежения на эффективность работы колонн БРУ // Пищ. пром-сть. Респ. межвед. науч.-техн. сб. - К.: Урожай. - 1989. - Вып. 35. - С. 92-97.

Особистий внесок: узагальнення результатів експериментальних досліджень, обґрунтування концепції доцільності застосування регулярних насадок у колонах брагоректифікаційних установок, які працюють при розрідженні.

16. Марценюк А.С., Гусейнов Р.Н. Интенсификация процесса массообмена в колоннах с регулярными насадками // Тепло- и массообменные процессы в пищ. пром-сти: Тематич. сб. науч. тр.; Под ред. П.С. Цыганкова. - К.: УМК ВО. - 1990. - С. 151-161.

Особистий внесок: обґрунтування ідеї інтенсифікації процесу масообміну за допомогою організації краплинно-плівкової течії рідини перфоруванням листів насадок зубчастими отворами, пояснення механізму впливу крапель на інтенсивність масообміну, узагальнення результатів експериментальних досліджень.

17. Марценюк А.С. Регулярные насадки с зубчатыми просечными элементами // Пищ. пром-сть. Респ. межвед. тематический науч. сб. - К.: Урожай. - 1991. - №37. - С. 75-79.

18. Марценюк О.С. Рівномірне зрошення колон із регулярними насадками // Харч. пром-сть. Міжвід. тематичний наук. зб. - К.: Урожай. - 1996. - Вип. 42. - С. 54-57.

19. Марценюк О.С. Режими краплинно-плівкової течії рідини по регулярній насадці із зубчастими отворами // Наукові праці УДУХТ: У 2 ч. - К.: УДУХТ. - 1998. - № 4. - ч. 2. - С. 36-38.

20. Марценюк О.С., Овчарук В.О., Дзис А.С. Аналіз процесів деформації і дробіння крапель в апаратах харчових виробництв // Харч. пром-сть. Міжвід. тематичний наук. зб. - К.: УДУХТ. - 1998. - № 43-44. - С. 92-101.

Особистий внесок: узагальнення ролі сил поверхневого натягу в процесах деформації та дробіння крапель; діаграма стану крапель у повітряному потоці.

21. Марценюк О.С. Гідравлічні опори і масообмін у рідкій фазі в апаратах з регулярними насадками, перфорованими зубчастими отворами //Харч. пром-сть. Міжвід. тематичний наук. зб. - К.: УДУХТ. - 2000. - № 45. - С. 211-217.

22. Марценюк О.С., Дубінін О.О., Тахістова Г.О. Коливання в гетерогенних системах // Наук. пр. НУХТ. - К.: НУХТ. - 2002. - №12 (Додаток). - 43 с.

Особистий внесок: концепція про те, що локальні нестаціонарності процесів масообміну можуть бути причиною утворення хвиль, які, в свою чергу, впливають на інтенсивність масообміну у віддалених зонах системи; постановка, сумісне розв'язання задач та інтерпретація результатів розгляду закономірностей поширення і взаємодії неперервних і динамічних хвиль; ідея про доцільність використання уповільнених стрибків ущільнення для інтенсифікації масообміну в газорідинних апаратах.

23. Марценюк О.С., Мельник Л.М., Копиленко А.В. Масообмін у газовій фазі в апаратах із регулярними насадками, що перфоровані зубчастими отворами // Наук. пр. НУХТ. -К.: НУХТ. - 2002. - №12. - С. 67-70.

Особистий внесок: планування та проведення експериментальних досліджень, узагальнення результатів.

24. Марценюк О.С., Копиленко А.В., Мельник Л.М., Жестерева Н.А. Інтенсифікація процесу абсорбції за допомогою коливань різного масштабного рівня // Наук. пр. НУХТ. - К.: НУХТ. - 2002. - №12. - С. 70-72.

Особистий внесок: класифікація методів застосування коливань для інтенсифікації процесів абсорбції.

25. Марценюк О.С., Дубінін О.О., Тахістова Г.О. Формування псевдооднорідних потоків двофазних систем // Вісник Харк. держ. техн. ун-ту сільського госп. - Вип. 16. Сучасні напрямки технології та механізації процесів переробних і харчових виробництв. - Х.: Мін. аграр. політики України. - 2003. - С. 78-83.

Особистий внесок: пояснення явища захлинання тепломасообмінних апаратів як результату припинення поширення неперервних хвиль у псевдооднорідній газорідинній системі внаслідок збільшення об'ємного газовмісту системи до 50 %.

26. Дубінін О.О., Переяславцев О.М., Марценюк О.С. Визначення геометричної форми пружно-пластичного середовища на горизонтальній поверхні // Наук. пр. НУХТ. - К.: НУХТ. - 2003. - № 14. - С. 27-29.

Особистий внесок: постановка задачі визначення форми краплі, розміщеної на горизонтальній поверхні, розширення задачі на пружно-пластичні середовища, узагальнення результатів.

27. Марценюк О.С., Дубінін О.О., Тахістова Г.О. Капілярні співвідношення для елементів контактних пристроїв масообмінних апаратів // Харч. пром-сть. - К.: НУХТ. - 2004. - № 3. - С. 112-118.

Особистий внесок: формулювання задач, складання балансових рівнянь, участь у розв'язанні рівнянь, інтерпретація і застосування отриманих результатів.

Авторські свідоцтва та патенти

28. А.с. 440147 СССР, МКИ В 01 Д 53/20. Регулярная пластинчатая насадка / Марценюк А.С. - Опубл. 25.08.74, Бюл. № 31.

29. А.с. 513072 СССР, МКИ С 11 В 3/14. Аппарат для дезодорации жиров и масел / Марценюк А.С., Заднепряный В.А. - Опубл. 05.05.76, Бюл. № 17.

Особистий внесок: розроблення апарата на основі використання щілинної насадки для роботи у барботажному режимі, п.п. 1, 2 формули винаходу.

30. А.с. 1291191 А1 СССР, МКИ В 01 Д 53/20. Регулярная насадка / Марценюк А.С. - Опубл. 23.02.87, Бюл. № 7.

31. А.с. 1311767 А1 СССР, МКИ В 01 Д 53/20. Регулярная насадка для тепломассообменных процессов / Марценюк А.С. - Опубл. 23.05.87, Бюл. № 19.

32. А.С. 1318269 А1 СССР, МКИ В 01 Д 53/20. Регулярная насадка для тепломассообменных аппартов / Марценюк А.С., Гусейнов Р.Н. - Опубл. 23.06.87, Бюл. № 23.

Особистий внесок: ідея відгинання зубчастих просічних елементів по вертикальній лінії, розроблення конструкції, п. 1 формули винаходу.

33. А.с. 1327939 А1 СССР, МКИ В 01 Д 53/20. Регулярная насадка для тепломассообменных аппаратов с пленочно-капельным течением дисперсной фазы / Марценюк А.С. - Опубл. 07.08.87, Бюл. № 29.

34. А.с. 1369775 А1 СССР, МКИ В 01 Д 53/20. Регулярная насадка / Марценюк А.С. - Опубл. 30.01.88, Бюл. № 4.

35. А.с. 1443949 А1 СССР, МКИ В 01 Д 53/20, 11/04. Регулярная насадка с пленочно-капельным течением дисперсной фазы / Марценюк А.С. - Опубл. 15.12.88, Бюл. № 46.

36. А.с. 1554960 А1 СССР, МКИ В 01 J 19/30. Регулярная насадка для тепломассообменных процессов / Марценюк А.С. - Опубл. 07.04.90, Бюл. № 13.

37. А.с. 1634703 А1 СССР, МКИ С 12 F 1/06, С 08 В 37/06. Способ регенерации этанола / Марценюк А.С., Малежик И.Ф., Мельник Л.Н., Сергеев А.Д., Немирович П.М. - Опубл. 15.03.91, Бюл. № 10.

Особистий внесок: ідея застосування регулярних насадок із низьким гідравлічним опором для забезпечення можливості повторного використання теплоти нагрівної пари в процесі регенерації етанолу, розроблення способу.

38. А.с. 1646593 А1 СССР, МКИ В 01 J 19/32. Регулярная насадка / Марценюк А.С. - Опубл. 07.05.91, Бюл. № 17.

39. А.с. 1666529 А1 СССР, МКИ С 12 F 1/00. Способ регенерации этанола из спирто-водной суспензии, полученной в производстве пектина / Мельник Л.Н., Немирович П.М., Марценюк А.С., Малежик И.Ф., Сергеев А.Д., - Опубл. 30.07.91, Бюл. № 28.

Особистий внесок: ідея та участь у розробленні.

40. А.с. 1685502 А1 СССР, МКИ В 01 J 19/32. Регулярная насадка для тепломассообменных процессов / Марценюк А.С., Гусейнов Р.Н. - Опубл. 23.10.91, Бюл. № 39.

Особистий внесок: ідея створення насадки з однаковими умовами контакттування фаз на вертикальних ділянках листів і на просічних елементах, участь у розробленні.

41. А.с. 1685503 А1 СССР, МКИ В 01 J 19/32. Регулярная насадка для тепломассообменных процессов / Марценюк А.С., Гусейнов Р.Н., Антонов А.А. - Опубл. 23.10.91, Бюл. № 39.

Особистий внесок: ідея застосування зубців профільної форми, участь у розробленні.

42. А.с. 1761251 А1 СССР, МКИ В 01 J 19/32. Регулярная насадка для тепломассообменных аппаратов / Марценюк А.С. - Опубл. 15.09.92, Бюл. № 34.

43. А.с. 1777950 А1 СССР, МКИ В 01 J 19/32. Распределительная регулярная насадка / Марценюк А.С. - Опубл. 30.11.92, Бюл. № 44.

44. А.с. 1785729 А1 СССР, МКИ В 01 J 19/32. Регулярная насадка для тепломассообменных процессов / Марценюк А.С., Гусейнов Р.Н., Барицкая И.А. - Опубл. 07.01.93, Бюл. № 1.

Особистий внесок: ідея виконання зубчастих отворів на всю ширину листів насадки, розроблення конструкції.

45. Патент України 32493, МПК 4 В 01 Д 53/20. Регулярна насадка для тепломасообмінних апаратів з плівково-краплинною течією дисперсної фази / Марценюк О.С. - Опубл. 15.12.2000, Бюл. № 7.

46. Патент України 32494, МПК 4 В 01 Д 53/20. Регулярна насадка для тепломасообмінних процесів / Марценюк О.С. - Опубл. 15.12.2000, Бюл. № 7.

47. Патент України 32495, МПК 4 В 01 Д 53/20. Регулярна насадка / Марценюк О.С. - Опубл. 15.12.2000, Бюл. № 7.

48. Патент України 32496, МПК 4 В 01 Д 53/20. Регулярна насадка для тепломасообмінних апаратів / Марценюк О.С., Гусейнов Р.Н. - Опубл. 15.12.2000, Бюл. № 7.

Особистий внесок: ідея та розроблення конструкції, п. 1 формули винаходу.

49. Патент України 32497, МПК 4 В 01 Д 53/20. Регулярна насадка / Марценюк О.С. - Опубл. 15.12.2000, Бюл. № 7.

50. Патент України 32498, МПК 4 В 01 Д 53/20, В 01 Д 11/04. Регулярна насадка з плівково-краплинною течією дисперсної фази / Марценюк О.С. - Опубл. 15.12.2000, Бюл. № 7.

51. Патент України 32499, МПК 5 В 01 J 19/30. Регулярна насадка для тепломасообмінних процесів / Марценюк О.С. - Опубл. 15.12.2000, Бюл. № 7.

52. Патент України 32500, МПК 5 С 12 F 1/06, С 08 В 37/06. Спосіб регенерації етанолу / Марценюк О.С., Малежик І.Ф., Мельник Л.М., Сергєєв А.Д., Немирович П.М. - Опубл. 15.12.2000, Бюл. № 7.

Особистий внесок: ідея повторного використання теплоти нагрівної пари в процесі регенерації етанолу за допомогою застосування регулярних насадок із низьким гідравлічним опором, розроблення способу.

53. Патент України 32501, МПК 5 В 01 J 19/32. Регулярна насадка / Марценюк О.С. - Опубл. 15.12.2000, Бюл. № 7.

54. Патент України 32502, МПК 5 С 12 F 1/00. Спосіб регенерації етанолу з спирто-водної суспензії, одержаної у виробництві пектину / Мельник Л.М., Немирович П.М., Марценюк О.С., Малежик І.Ф., Сергєєв А.Д. - Опубл. 15.12.2000, Бюл. № 7.

Особистий внесок: ідея та участь у розробленні.

55. Патент України 32503, МПК 5 В 01 J 19/32. Регулярна насадка для тепломасообмінних апаратів / Марценюк О.С., Гусейнов Р.Н. - Опубл. 15.12.2000, Бюл. № 7.

Особистий внесок: ідея відгинання зубчастих просічних елементів по вертикальній лінії, розроблення конструкції, п. 1 формули винаходу.

56. Патент України 32504, МПК 5 В 01 J 19/32. Регулярна насадка для тепломасообмінних процесів / Марценюк О.С., Гусейнов Р.Н., Антонов О.А. - Опубл. 15.12.2000, Бюл. № 7.

Особистий внесок: ідея застосування зубців профільної форми, участь у розробленні.

57. Патент України 32505, МПК 5 В 01 J 19/32. Регулярна насадка для тепломасообмінних апаратів / Марценюк О.С. - Опубл. 15.12.2000, Бюл. № 7.

58. Патент України 32506, МПК 5 В 01 J 19/32. Регулярна насадка для тепломасообмінних процесів / Марценюк О.С., Гусейнов Р.Н., Барицька І.А. - Опубл. 15.12.2000, Бюл. № 7.

Особистий внесок: ідея та розроблення конструкції.

59. Патент України 32507, МПК 5 В 01 J 19/32. Розподільна регулярна

насадка / Марценюк О.С. - Опубл. 15.12.2000, Бюл. № 7.

60. Деклараційний патент України 38456 А, МПК 7 А 21С1/00. Спосіб механічної обробки суміші компонентів для виготовлення кондитерських емульсій / Лісовенко О.Т., Дзіс А.С., Малежик І.Ф., Литовченко І.М., Марценюк О.С. - Опубл. 15.05.2001, Бюл. № 4.

Особистий внесок: проведення експериментів з диспергування на краплі суміші компонентів, встановлення оптимальних значень відцентрового числа Фруда, участь у розробленні.

Тези доповідей на наукових конференціях

61. Марценюк А.С., Гусейнов Р.Н. Реализация режима прерывистого течения жидкости по вертикальным поверхностям регулярных насадок // VII респ. конф. “Повышение эффективности, совершенствование процессов и аппаратов химических производств” Тезисы докл. - Львов: МВССО УССР. - 1988. - Ч. 1, С. 34-35.

Особистий внесок: обґрунтування положення про зв'язок капілярної сталої з розмірами зубчастих отворів.

62. Стабников В.Н., Марценюк А.С, Мельник Л.Н. Некоторые эксплуатационные особенности колонн для ректификации этанола при разрежении // Современные машины и аппараты хим. производств. Химтехника-88. Тезисы докл. Всесоюз. конф. - Чимкент. - 1988. - Ч. 2. - С. 249-250.

Особистий внесок: концепція застосування регулярних насадок для ректифікації етанолу при розрідженні.

63. Марценюк А.С., Гусейнов Р.Н. Экономия энергетических ресурсов в аппаратах с регулярными насадками // Тезисы докл. респ. науч.-техн. конф. “Интенсификация технологий и совершенствование оборудования перерабатывающих отраслей АПК”. - К. - 1989. - С. 231.

Особистий внесок: обґрунтування основних положень, пояснення механізму підвищення ефективності масообміну.

64. Мельник Л.Н., Марценюк А.С., Малежик И.Ф. Влияние тепловых параметров регенерации этанола на пищевую ценность продуктов питания // Проблемы влияния тепловой обработки на пищевую ценность продуктов питания. Тезисы докл. Всесоюз. науч. конф. - Харьков. - 1990. - С. 100.

Особистий внесок: концепція використання регулярних насадок в ректифікаційних колонах з метою зниження тривалості теплової дії на етанол.

65. Гусейнов Р.Н., Марценюк А.С. Преимущества массообменных аппаратов с низким гидравлическим сопротивлением // Тезисы докл. Респ. науч.-техн. конф. “Разработка и внедрение высокоэффективных ресурсосберегающих технологий, оборудования и новых видов пищевых продуктов в пищевую и перерабатывающие отрасли АПК”. - К.: КТИПП. - 1991. - С. 627.

Особистий внесок: обґрунтування положення про доцільність застосування в спиртоуловлювачі регулярних насадок.

66. Марценюк А.С., Гусейнов Р.Н., Стабников В.Н. Перфорированные регулярные насадки с просечными элементами // Тезисы докл. VI Всесоюз. конф. по теории и практике ректификации. - Северодонецк. - 1991. - С. 159-160.

Особистий внесок: ідея та розроблення регулярних насадок із зубчастими пелюстками (НЗП).

67. Марценюк О.С., Малежик І.Ф., Мельник Л.М. Використання розрідження в регенераційних установках пектинового виробництва // Тези доп. Міжнар. наук.-техн. конф. “Розробка та впровадження нових технологій і обладнання у харчову та переробні галузі АПК”. - К.: КТІХП. - 1993. - С. 447-448.

Особистий внесок: розроблення технологічної схеми регенераційної установки з використанням у колонах регулярної насадки.

68. Гусейнов Р.Н., Марценюк О.С. Дослідження масообміну в апаратах з регулярними насадками // Тези доп. Всеукр. наук.-техн. конф. “Розробка та впровадження прогресивних технологій та обладнання у харчову та переробну промисловість”. - К.: УДУХТ. - 1995. - С. 321.

Особистий внесок: розроблення різновидів насадок, експериментальні дослідження.

69. Марценюк О.С., Гусейнов Р.Н. Регулярні насадки з відігнутими зубчастими просічними елементами // Тези доп. ІХ Міжнар. конф. Удосконалення процесів та апаратів хімічних, харчових та нафтохімічних виробництв. - Одеса. - 1996. - Ч. 2, 3, С. 40.

Особистий внесок: ідея та розроблення насадок із зубчастими пелюстками.

70. Марценюк О.С. Особливості конструювання регулярної насадки із зубчастими отворами і гофрами // Міжнар. наук.-техн. конф. “Розроблення та впровадження прогресивних ресурсоощадних технологій та обладнання в харчову та переробну промисловість”. Тези доп. - К.: УДУХТ. - 1997. - С. 99.

71. Марценюк О.С. Поверхностные явления в аппаратах с регулярной насадкой // Междунар. науч.-техн. конф. “Техника и технология пищевых производств”. Тезисы докл. - Могилев. - 1998. - С. 159-160.

72. Марценюк О.С. Інтенсивність перемішування і масовіддача у рідкій фазі в апаратах з регулярною перфорованою насадкою // Тези доп. Х Міжнар. конф. “Вдосконалення процесів та апаратів хімічних та харчових виробництв” (JCCE-99). - Львів. - 1999. - С. 48.

73. Марценюк О.С. Доцільне використання енергії газового потоку в регулярних насадках із зубчастими отворами // Шоста міжнар. наук.-техн. конф. “Проблеми та перспективи створення і впровадження нових ресурсо- та енергоощадних технологій, обладнання в галузях харчової та переробної промисловості.” Матеріали конф. - К.: УДУХТ. - 2000. - Ч. 2, С. 110.

74. Марценюк О.С. Вплив поверхневих сил на процеси масообміну в насадкових апаратах // Харчова пром-сть. Додаток до журналу № 3. Опубліковано за матеріалами Міжнар. наук.-техн. конф. “Розроблення та виробництво продуктів функціонального харчування, інноваційні технології та конструювання обладнання для перероблення сільгоспсировини, культура харчування населення України”. - К.:. НУХТ. - 2004. - С. 123-124.

АНОТАЦІЯ

Марценюк Олександр Степанович. Науково-технічні основи інтенсифікації масообміну в газорідинних апаратах з регулярними насадками. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.18.12 - процеси й обладнання харчових, мікробіологічних і фармацевтичних виробництв. Національний університет харчових технологій, Київ. - 2005.

Дисертацію присвячено інтенсифікації масообміну, розробленню та експериментальному дослідженню перфорованих зубчастими отворами нових видів регулярних насадок на основі аналізу роботи масообмінних протитечійних насадкових колон і коливально-хвильових та поверхневих явищ у газорідинних системах.

Розглянуто закономірності руху неперервних і динамічних хвиль та взаємодії їх, проаналізовано ефекти в стисливих двофазних потоках під час проходження динамічних хвиль. Виведено капілярні співвідношення і встановлено визначальний лінійний розмір, що дорівнює капілярній сталій, для конструювання регулярних насадок із зубчастими отворами.

Наведено результати експериментальних досліджень гідродинамічних і масообмінних характеристик запропонованих насадок трьох типових різновидів, проаналізовано особливості їх застосування та розроблено методику конструювання.

Ключові слова: газорідинна система, гідродинаміка, динамічні хвилі, капілярна стала, коливально-хвильові явища, конструювання, масообмін, неперервні хвилі, поверхневі явища, регулярна насадка із зубчастими отворами.

АННОТАЦИЯ

Марценюк Александр Степанович. Научно-технические основы интенсификации массообмена в газожидкостных аппаратах с регулярными насадками. Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.18.12 - процессы и оборудование пищевых, микробиологических и фармацевтических производств. Национальный университет пищевых технологий, Киев. - 2005.

На основе научно-технического анализа работы массообменных противоточных насадочных колонн, колебательно-волновых и поверхностных явлений в газожидкостных системах и экспериментальных исследований автора рассмотрены вопросы разработки перфорированных зубчатыми отверстиями регулярных насадок.

Рассмотрены закономерности движения непрерывных и динамических (звуковых) волн и взаимодействия их, проанализированы эффекты в сжимаемых двухфазных потоках во время прохождения динамических волн. Выведены капиллярные соотношения и установлен определяющий линейный размер, который равен капиллярной постоянной, для конструирования регулярных насадок с зубчатыми отверстиями.

Представлены результаты экспериментальных исследований гидродинамических и массообменных характеристик разработанных насадок трех типичных разновидностей, проанализированы особенности их применения

и разработана методика конструирования.

Ключевые слова: газожидкостная система, гидродинамика, динамические волны, капиллярная постоянная, колебательно-волновые явления, конструирование, массообмен, непрерывные волны, поверхностные явления, регулярная насадка с зубчатыми отверстиями.

ANNOTATION

Martsenyuk A. S. Scientific-technical foundations of mass transfer intensification in gas-liquid apparatuses with regular packings.-A manuscript.

Dissertation for the doctor of technical sciences degree in speciality 05.18.12 -Processes and equipment of food, microbiological and pharmaceutical productions.- National University of Food Technologies, Kyiv- 2005.

The thesis concerns developing the perforated regular packings with toothed holes. This development is made on the basis of theoretical analysis for oscillation-waves and surface phenomena in gas-liquid systems and for experimental research of mass-transfer countercurrent packing columns' work.

The author has analyzed the regularities of continuous and dynamic waves movement on the basis of one dimensional homogeneous flow model by G. Wallis and also has made calculation on the fluctuation of homogeneous gas-liquid flow parameters (speed, density, pressure, temperature) as the result of retard shock.

The author has also shown reasonableness of using artificially generated dynamic waves and retard shock with the purpose of intensification of mass-transfer processes in gas-liquid systems of technological apparatuses.

It is shown that the power of surface tension provides the connection between physicochemical, hydrodynamic and heat and mass transfer processes on interphase surface, influences the effectiveness of mass transfer sufficiently and should be taken into account while analyzing processes in gas-liquid systems with developed surface, including apparatuses with regular packings.

Continuous and dynamic waves and Marangoni-effects, resulting from local mass-transfer non-stationeries, change hydrodynamic conditions and mass-transfer intensity and therefore modeling of mass-transfer processes on hydrodynamic stand is approximate.

New regular packings with toothed holes have been elaborated. Hydrodynamic and mass-transfer characteristics of three typical varieties of developed packing whereas drop-film liquid flow is realized are researched experimentally.

There is also a classification and established limits on existence of the following regimes of drops' creation while liquid flowing out a dropper: balanced, free, resonant, chain, jet, spraying. For onephase liquid flow in examined packings the existence and limits on realization earlier non-described regimes of drop-film flow are established: with initiated drop flow, with initiated drop flow and areas of chain flow; separate little streams, wide streams.

The characteristic of initiated drop flow is that drops are tearing from the teeth under the influence of impulse of those drops which have fallen from above and as the result periodically it creates stages of drops which are running down by S-turns in the direction of diagonally placed teeth.

When denseness of spraying grows it is accompanied by the superposing of chain flow parts on initiated drop flow and by subsequent transition of separate streams into the flow. Therefore drops are running spontaneously by S-turns and chains between vertical integral sprays which have breadth 9…18 mm.

Wide streams are running down in the form of rather strong currents and through the holes they integrate films from the both sides of sheet in a unit. The liquid is distributed more uniformly under the conditions of first two regimes.

Under conditions of drop-film flow countercurrent gas jet interacts with liquid more intense than under circumstances of film liquid. There is a classification on intensities of phase interaction: slight, appreciable, intense, strong. In the zones of intense and strong phase interaction the existence of new regimes of drop-film flow has been established: with uniform, irregular and unstable flow of drops.

The regime of uniform flow ( the most favorable for mass-transfer ) is realized under relative velocity of air 4-6 m/sec, when the mass of drops , which are hanging up, grows and intensive oscillation generates periodic fluctuations of capillary raising of the liquid with exceeding the height of teeth, that causes partial overflow of liquid on adjacent teeth and thus drops are tearing down with rather constant periodicity.

Irregular flow takes place at heightened denseness of spraying and at air velocity more than 4 m/sec. This regime is characterized by the chaotic creating and vanishing of separate streams in miscellaneous places on the surface of packing while oversized drops are running in a flow. Unstable flow takes place at air velocity higher than 6 m/sec and can be seen when drops are hanging up and pulsing more strongly and are falling incidentally in the non-vertical manner. This signals that the regime of emulsification is approaching.

It has been established that a packing with toothed holes without any subsidiary constructive elements is the most perfect from the viewpoint of using gas flow energy to intensify mass transfer and perhaps replace plane-parallel packing.

A packing with toothed holes and corrugates has higher hydraulic resistance and can be recommended for processes with prevailing resistance of mass transfer on gas phase and for apparatuses with unstable spray.

A packing with toothed petals cannot be used in the apparatuses with low pressure difference but can substitute irregular packings providing herewith rather lower hydraulic resistance and bigger pass capacity.

By solving the balance equations of volume and surface powers the defining geometrical size for calculation of constructive packing elements has been established and this size equates to capillary constant. The peculiarities of constructing the examined packing varieties have been researched.

Key words: gas-liquid system, dynamic waves, capillary constant, oscillation-wave phenomenas, drop-film flow, mass transfer, continuous waves, surface phenomenas, regular packing with toothed holes.

Підп. до друку 24.03.06 р. Наклад 120 пр. Зам. № 289

РВЦ НУХТ, 01033 Київ-33, вул. Володимирська, 68

Размещено на Allbest.ru