СОЗДАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНЫХ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭЛЕМЕНТА ПЕЛЬТЬЕ ДЛЯ ИНТЕНСИФИКАЦИИ МАССООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ НЕФТЕГАЗОВОЙ ОТРАСЛИ
- 1 — Уфимский государственный нефтяной технический университет
- 2 — Уфимский государственный нефтяной технический университет
Аннотация
Интенсификация технологических процессов нефтегазовой отрасли является актуальной задачей для промышленного производства. Повышение эффективности процессов приводит к снижению материалоемкости аппаратов и себестоимости их изготовления, улучшению качества получаемого продукта, упрощает транспортировку и монтаж оборудования. Для достижения этих целей разрабатывается новое высокоэффективное оборудование на основе применения различных физико-химических явлений, их комбинаций, новых технологических подходов. Одними из наиболее эффективных способов решения подобных задач являются импульсные воздействия на обрабатываемые вещества, при которых искусственно создаются неоднородности движущей силы проводимого процесса. Сложностью задачи интенсификации процессов, протекающих при непосредственном контакте фаз, является необходимость воздействовать на обрабатываемую систему локально – в области расположения межфазной границы, так как именно в ней происходит переход вещества из одной фазы в другую. Объект научных изысканий статьи – массообменый процесс, имеющий самое широкое распространение в нефтегазовой технологии. В качестве модельного процесса выбран процесс испарения жидкости, на котором основано разделение смесей путем ректификации – главном процессе нефтегазоперерабатывающей промышленности. Неоднородность движущей силы массообменного процесса в серии проводимых экспериментов создавалась с помощью термоэлектрического преобразователя, принцип которого основан на эффекте Пельтье. Такие преобразователи позволяют создать больший градиент температур и, соответственно, большую температурную неоднородность в исследуемой системе по сравнению с традиционными электронагревателями сопротивления при тех же затратах энергии. В статье рассмотрено влияние расположения температурных неоднородностей на эффективность массообменных процессов, а именно процесса испарения. При экспериментальных исследованиях интенсивность испарения оценивалась путем измерения массовой скорости испарения жидкости. Отмечено, что создание градиента температур на свободной поверхности жидкой фазы с помощью элемента Пельтье с удельной мощностью 1,8 кВт/м 2 приводит к двукратной интенсификации процесса испарения.
Литература
- Afanasenko V.G., Yunusova Yu.L. Development of methods for assessing the effectiveness of mass transfer processes. Mo-lodezhnyi nauchnyi vestnik. 2017. N 2 (14), p. 109-113 (in Russian).
- Akhmetov S.A. Technology and equipment for oil and gas processing. St. Petersburg: Nedra, 2006, p. 868 (in Russian).
- Bikchentaeva A.G. Surface phenomena and disperse systems. Ufa: Izd-vo UGNTU, 2004, p. 89 (in Russian).
- Brusentseva L.Yu., Kudryashova A.A. A brief guide to the physical and chemical values of some inorganic and organic com-pounds. Samara: OOO «Insoma-press», 2011, p. 68 (in Russian).
- Gorodetskii A.F., Kravchenko A.F., Samoilov E.M. Fundamentals of physics of semiconductors and semiconductor devices. Novosibirsk: Nauka, 1966, p. 350 (in Russian).
- Dmitriev A.V., Madyshev I.N. Development of new types of contact devices for the intensification of heat and mass exchange and increasing energy saving. Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta. 2015. Vol. 18. N 8, p. 110-111.
- Draganov B.Kh., Borkhalenko Yu.A. Fundamentals of the discrete pulse energy input concept. Trudy Kubanskogo gosudar-stvennogo agrarnogo universiteta. 2013. N 42, p. 147-151 (in Russian).
- Zhurkin O.P., Chanyshev N.T., Zhurkina I.P. Practics on surface phenomena and dispersion systems. Ufa: Izd-vo UGNTU, 2011, p. 114 (in Russian).
- Zemtsov D.A. Development of thermal rectification columns in technologies for processing vegetable raw materials: Avtoref. dis.…kand. tekhn. nauk. Sibirskii gosudarstvennyi universitet nauki i tekhnologii. Krasnoyarsk, 2017, p. 20 (in Russian).
- Kasatkin A.G. Processes and devices of chemical technology. Moscow: OOO TID «Al'yans», 2004, p. 753 (in Russian).
- Kuzeev I.R., Naumkin E.A., Savicheva Yu.N., Popova S.V. Surface and surface phenomena. Ufa: Izd-vo «Neftegazovoe de-lo», 2008, p. 144 (in Russian).
- Promtov M.A. Machines and devices with pulsed energy impacts on the treated substances. Moscow: «Izdatel'stvo Mashi-nostroenie-1», 2004, p. 136 (in Russian).
- Sister V.G., Martynov Yu.V. Principles of improving the efficiency of heat and mass exchange processes. Kaluga: Izd-vo N.F.Bochkarevoi, 1998, p. 508 (in Russian).
- Stepykin A.V. Hydrodynamics and mass-exchange in a regular nozzle with built-in heat exchange modules: Avtoref. dis.…kand. tekhn. nauk. Tambovskii gosudarstvennyi tekhnicheskii universitet. Tambov, 2016, p. 16 (in Russian).
- Syrkin A.M., Movsumzade E.M. Surface phenomena and disperse systems in the oil and gas engineering. Ufa: Izd-vo UGNTU, 2005, p. 138 (in Russian).
- Tomilina T.A., Yunusova Yu.L., Ishbulatov A.V. The main methods of mass-exchange processes intensification. Sbornik materialov X Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii «Aktual'nye problemy nauki i tekhniki – 2017». Vol. 2. UGNTU. Ufa, 2017, p. 58-59 (in Russian).
- Astrain D., Vián J.G., Albizua J. Computational model for refrigerators based on Peltier effect application. Applied Thermal Engineering. 2005. N 25, p. 3149-3162. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2005.04.003
- Dmitriev A.V., Makusheva O.S., Dmitrieva K.V., Nikolaev A.N. Contact mass exchanger to increase output of active tower units. Chemical and Petroleum Engineering. 2011. Vol. 47. N 5-6, p. 319-323.
- Dmitriev A.V., Dmitrieva O.S., Madyshev I.N. Determination of the mass-transfer coefficient in liquid phase in a stream-bubble contact device. Thermal Engineering. 2016. Vol. 63. N 9, p. 674-677.
- Erduran S., Villamanan R. Cool Argument: Engineering Students’ Written Arguments about Thermodynamics in the Context of the Peltier. Effect in Refrigeration. Educación Química. 2009. N 20, p. 119-125. https://doi.org/10.1016/S0187-893X(18)30018-1
- Harrson S. Santana, Geovanni B. Sanchez, Osvaldir P. Evaporation of excess alcohol in biodiesel in a microchannel heat ex-changer with Peltier module. Chemical Engineering Research and Design. 2017. N 124, p. 20-28. https://doi.org/ 10.1016/j.cherd.2017.05.022
- Nikolaev E.A., Ivanov S.P., Boev E.V., Afanasenko V.G., Shulaev N.S. History of development and current state of hydro-dynamic rotary mixers. Chemical and Petroleum Engineering. 2010. Vol. 46. N 7, p. 451-455.
- Jung D.H., Moon I.K., Jeong Y.H. Peltier AC calorimeter. Thermochimica Acta. 2002. N 391, p. 7-12. https://doi.org/10.1016/S0040-6031(02)00159-4
- Liao M., He Z., Jiang C. A three-dimensional model for thermoelectric generator and the influence of Peltier effect on the per-formance and heat transfer. Applied Thermal Engineering. 2018. N 133, p. 493-500. https://doi.org/10.1016/ j.applthermaleng.2018.01.080
- Monfared B. Simulation of solid-state magnetocaloric refrigeration systems with Peltier elements as thermal diodes. Interna-tional Journal of Refrigeration, 2017. N 74, p. 324-332. https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2016.11.007
- Metzger T., Huebener R.P. Modelling and cooling behaviour of Peltier cascades. Cryogenics. 1999. N 39, p. 235-239. https://doi.org/10.1016/S0011-2275(99)00019-3
- Nikolaev E.A., Afanasenko V.G., Boev E.V. Experimental investigations of fuel blending process in rotary blenders. Chemi-cal and Petroleum Engineering. 2014. Vol. 50. № 3-4, p. 162-168.
- Vries W., H.Theo van der Meer. Application of Peltier thermal diodes in a magnetocaloric heat pump. Applied Thermal Engi-neering. 2017. N 111, p. 377-386. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2016.09.103
- Wen S., Mingcong, M.Deng. Operator-based robust nonlinear control and fault detection for a Peltier actuated thermal pro-cess. Mathematical and Computer Modelling. 2013. N 57, p. 16-29. https://doi.org/10.1016/j.mcm.2011.06.021
- UDC 622.24