Анотація до роботи:

Цейтлін М. А. Системне дослідження явищ масопередачі в процесах очищення й охолодження газів та рідин содового виробництва. - 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», Харків, 2003.

Виконано дослідження масопередачі в процесах абсорбційної очистки скидних газів содового виробництва від сірководню, діоксиду сірки та діоксиду вуглецю із застосуванням технологічних рідин содового виробництва в якості абсорбентів. Вивчені закономірності масообміну в процесах охолодження в прямому контакті з холодоагентом газо-парових сумішей та газів. Визначено закономірності вакуумної десорбції аміаку з дистилерної рідини содового виробництва та піноутворення у цьому процесі.

Результати лабораторних досліджень використані для розробки математичних моделей апаратів для очищення та охолодження газів та рідин содового виробництва. Розраховано із застосуванням цих моделей дослідні апарати, які опрацьовані у виробничих умовах. У промислову експлуатацію впроваджено установку використання теплоти дистилерної суспензії содового виробництва та скруберний охолоджувач газу сушарок. Розроблено технічні проекти апаратів для охолодження газу кальцинації та карбонізації розчину сульфіду барію.

У дисертації наведене нове вирішення науково-технічної проблеми, що виявляється в розробці наукових основ проектування апаратів для очищення газових викидів та для утилізації низькопотенційної теплоти газів та рідин содового виробництва за допомогою масообмінних процесів.

1. Вперше досліджено явища масопередачі підчас абсорбційної нециклічної очистки скидних газів технологічними рідинами содового виробництва, а саме: від сірководню содо-аміачним та содо-соляним розчином, від діоксиду сірки дистилерною рідиною, від діоксиду вуглецю розчином сульфіду барію. Визначено лімітуючі стадії процесів, їх селективність за шкідливими компонентами, вплив гідродинамічних факторів, типу та геометрії контактних пристроїв на коефіцієнт масопередачі. Одержано рівняння для розрахунку коефіцієнтів масопередачі.

   Знайдено, що підчас абсорбції сірководню содо-аміачним розчином та діоксиду вуглецю розчином сульфіду барію лімітуючою стадією є транспорт речовини у газовій плівці. Коли ті ж гази вловлюються содо-соляним розчином та гідросульфідом барію, відповідно, визначальним для масопередачі є опір у рідкій фазі. Щодо абсорбції сірководню дистилерною суспензією, то за умови, що парціальний тиск SO₂ менш 150 Па, швидкість абсорбції визначається опором у газовій фазі, а у разі більшого тиску – швидкістю розчинення твердої частки суспензії.

   Досліджено селективність абсорбції сірководню та діоксиду сірки з газових сумішей, що містять діоксид вуглецю. Знайдено, що залежність відносної швидкості абсорбції сірководню та СО₂ має тенденцію до росту зі збільшенням вільного перетину провальної тарілки. Тому підчас проектування абсорбера для очищення газу від сірководню варто вибирати тарілки з максимальним вільним перетином. Селективність за діоксидом сірки підчас абсорбції дистилерною суспензією зростає зі збільшенням швидкості газу та парціального тиску SO₂.

   Вивчення процесу карбонізація розчину сульфіду барію показало, що він протікає у дві стадії, що суттєво розрізняються швидкістю. Для розрахунку апарата першої стадії можуть бути використані, як відомі формули для обчислювання коефіцієнта масопередачі у газовій плівці, так і одержані підчас вивчення очистки газу від сірководню та діоксиду сірки.

   Виконано порівняльне дослідження провальної, ковпачкової й ситчастої тарілок для проведення другої стадії карбонізації сульфіду барію, коли опір абсорбції переходить до рідини. Воно показало, що хоча між тарілками існують розходження у швидкості масопередачі усі вони, у принципі, можуть бути використані для конструювання абсорбера. Одержано рівняння для розрахунку коефіцієнта масопередачі за діоксидом вуглецю підчас карбонізації розчину гідросульфіду барію. .

   Присутність сірководню в газі на обох стадіях процесу не позначається значно на коефіцієнті масопередачі за діоксидом вуглецю. На другій стадії карбонізації сірководень знаходиться в стані близькому до рівноваги з газом.

   Дістало подальшого розвитку вивчення гідродинаміки однофазного і двофазного плину газового й рідинного потоків сегментними контактними пристроями. Вперше встановлено наявність двох режимів плину: нестурбованих струменів (перший режим) і розпилювання струменів (другий режим). Одержані рівняння для розрахунку гідравлічного опору та коефіцієнта масопередачі в залежності від гідродинамічних факторів.

   Досліджено десорбцію аміаку в процесі самовипару дистилерної суспензії. Уперше знайдено, що маса десорбованого NH₃ лінійно залежить від кількості випареної води і вихідної концентрації аміаку. Знайдено, що параметрами, які визначають висоту пінного шару підчас вакуумній десорбції аміаку, є кількість випареної води й концентрація аміаку. Одержані рівняння для розрахунку кількості десорбованого аміаку й висоти пінного шару.

   За результатами лабораторного дослідження масопередачі розроблено математичні моделі апаратів для проведення процесу хемосорбції з незворотною та зворотною хімічною реакцією. Перша модель адаптована для розрахунку процесу карбонізації розчину сульфіду барію. З використанням цієї моделі можна також розрахувати апарат для очищення топкового газу від діоксиду сірки дистилерною суспензією. Математична модель апарату для проведення абсорбції з оборотною реакцією пристосована до розрахунку процесу абсорбції сірководню з повітря фільтрів содового виробництва содо-соляним розчином.

   Розвинуто новий підхід до математичного моделювання процесу контактного теплообміну, де сумісний розрахунок процесів тепло та масообміну замінено єдиним – переносу ентальпії. Із застосуванням результатів вивчення сегментних контактних елементів розраховано апарат для охолодження газів сушарки з використанням теплоти цих газів.

   Подальший розвиток дістала модель охолодження газу, усі компоненти якого розчиняються в холодоагенті у прямому контакті. Модель адаптовано до випадку охолодження газу кальцинації.

   Розроблено й випробувано у промислових умовах дослідні апарати для відпрацьовування процесів абсорбційного очищення газів содового виробництва від сірководню содо-соляним розчином, діоксиду сірки дистелерною рідиною, діоксиду вуглецю розчином сульфіду барію та охолодження газу кальцинації. За результатами випробувань зроблено корекцію математичних моделей, котрі адекватно описують відповідні процеси. Розроблено проекти апаратів, що досягають регламентних норм очистки та охолодження. Вони прийняті до впровадження під час реконструкції підприємства.

   Впроваджено у промислову експлуатацію установку утилізації теплоти дистилерної суспензії, теплопродуктивністю, що перевищує 40 ГДж на годину. Показано, що в ній, як і розраховувалось, видаляється до 1/3 аміаку. З огляду на піноутворення та бризковиніс, швидкість пари 1,4 м/с можна рекомендувати, як максимальну для випарників. Конструкція апаратів миттєвого скипання, що входять у випробувану установку забезпечує проектне тепловикористання і може бути рекомендована для тиражування.

   14. Впроваджено у промислову експлуатацію установку охолодження та очищення скидних газів сушарки. Випробування апарату показали відповідність показників його роботи з охолодження газу, нагріву води та тривалості роботи між зупинками на чистку розрахункам. Впровадження установки дозволило економити до 10 ГДж на годину

   15. Розроблено технічні проекти апарата охолодження газу кальцинації, маса якого в 8 разів менша, а продуктивність на 50 % більша за існуючого та апарата для карбонізації розчину сульфіду барію з пасетними тарілками, що має діаметр 1 м та висоту активної частини 7,2 м, де встановлено 12-ть пасет. Впровадження апарату дозволить економити у виробництві карбонату барію до 185 кг соляної кислоти та до 500 кг кальцинованої соди на 1 т продукції.

Публікації автора:

1. Моисеев В.Ф., Рудаков В.А., Цейтлин М.А. и др. Применение контактных экономайзеров для подогрева технологических жидкостей // Сб. научн. тр. «Мало- и безотходные технологии в энергетике, как средство защиты окружающей среды и повышения топливоиспользования» – М.: ЭНИН, 1985.– С. 145-149.

Здобувач розробив методику розрахунку контактного економайзера, узагальнив досвід роботи таких апаратів у содовій промисловості і підготував публікацію.

2. Зайцев А.И., Цейтлин М.А., Письмен Л.М. Математическое моделирование процессов на стадии абсорбции содового производства.// Труды Государственного научно-исследовательского и проектного института основной химии – Харьков: НИОХИМ, 1985. – Т. 60.– С. 27-35.

Здобувач запропонував основні ідеї моделювання процесу одночасної конденсації та абсорбції, приймав участь у розробці алгоритму розрахунку та підготував публікацію.

3. Павличенко Е.В., Цейтлин М.А. Моисеев В.Ф. и др. Усовершенствование энерготехнологической схемы производства цеолитов.// Труды Государственного научно-исследовательского и проектного института основной химии – Харьков: НИОХИМ, 1985. – Т. 60.– С. 81-86.

Здобувач запропонував схему ступеневого використання теплоти у виробництві цеолітів.

4. Макаров Г.В., Райко В.Ф., Цейтлин М.А. Оценка влияния применения газоочистного оборудования на состав воздушной среды промплощадки в производстве белой сажи.//Труды МХТИ им. Менделеева.–М.: МХТИ, 1986.– Вып. 138.– С. 110-112.

Здобувач дослідив та описав зміни у тепловому та пиловому забрудненні території за рахунок впровадження охолоджувача газів сушарки.

5. Цейтлин М.А., Павличенко Е.В., Болотная И.В. Технические и технологические предпосылки использования в содовом производстве газа с пониженным содержанием диоксида углерода // Труды Государственного научно-исследовательского и проектного института основной химии – Харьков: НИОХИМ, 1987.– Т. 65.– С.62-66.

Здобувач запропонував методику дослідження спланував експеримент та зробив висновки з його результатів щодо метода абсорбційного концентрування газів, що містять діоксид вуглецю, за допомогою технологічних рідин содового виробництва.

6. А.с. СССР №1281514. Способ подготовки жидкости для промывки высокодисперсного диоксида кремния / Цейтлин М.А., Шахова А.Ф. Моисеев В.Ф. и другие, всего 9 чел. Заявлено 07.07.84. Опубл. 07.01.87, Бюл. № 1.– 4 с.

Здобувач запропонував підігрівати промивну воду в скрубері теплом газів, що відходять з сушильного устаткування та містять пил діоксиду кремнію, брав участь у підготовці заявки на авторське свідоцтво.

7. А.с. СССР №1351882. Способ получения раствора хлорида кальция и хлорида натрия / Шахова А.Ф. Ткач Г.А. Цейтлин М.А. и другие, всего 7 чел. Заявлено 11.12.85. Опубл. 15.11.87, Бюл. № 42.– 5 с.

Здобувач запропонував концентрувати дистилерну рідину і видаляти з неї аміак методом самовипару.

8. Шахова А.Ф., Цейтлин М.А. Рекуперация теплоты технологических потоков содового производства в контактных аппаратах // Труды Государственного научно-исследовательского и проектного института основной химии – Харьков: НИОХИМ, 1987.– Т. 65.– С. 73-81.

Здобувач запропонував метод розрахунку теплоутилізатора і підготував публікацію.

9. Шахова А.Ф., Цейтлин М.А. Номограмма для определения количества пара вторичного вскипания в испарителях дистиллерной жидкости // Труды Государственного научно-исследовательского и проектного института основной химии.– Харьков: НИОХИМ, 1989.– Т. 68.– С.121-124.

Здобувач вивів основні розрахункові формули та розробив номограму.

10. А.с. СССР №1567251. Способ концентрирования диоксида углерода из газов./ Цейтлин М.А., Кичанов В.П., Моисеєв В.Ф. та інші, всього 5 осіб. Заявлено 12.08.87; Опубл. 30.05.90, Бюл. № 20.– 4 с.

Здобувач запропонував спосіб абсорбційного очищення та концентрування газів, що містять діоксид вуглецю.

11. Цейтлин М.А., Анкова Л.В., Добряк А.М. Оценка возможности использования дистиллерной суспензии для очистки сбросных газов от кислых компонентов // Труды Государственного научно-исследовательского и проектного института основной химии.– Харьков: НИОХИМ, 1990.– Т. 70..– С. 28-33.

Здобувач обґрунтував напрямок і методику дослідження, брав участь у проведенні дослідів, запропонував методи узагальнення результатів дослідів і інтерпретацію їхніх результатів, брав участь у підготовці публікації.

12. Цейтлин М.А., Райко В.Ф. Исследование кинетики отложения инкрустаций на внутренней поверхности контактного подогревателя // Химическая промышленность.–М:,1991.– № 9.– С. 46-48.

Здобувач розробив дослідну установку план дослідження, брав участь у проведенні дослідів, запропонував методи узагальнення результатів експериментів і інтерпретацію одержаних результатів, брав участь у підготовці публікації.

13. Цейтлин М.А. Ткач Г.А. Райко В.Ф. Экологическое воспитание и образование студентов в техническом вузе. // Вестник Харьковского государственного политехнического университета. – Харьков: ХГПУ, 1994.– № 2.– С. 79-80.

Здобувач розробив методику викладання результатів наукових розробок, що стосуються очищення скидних газів, для студентів екологів.

14. Цейтлин М.А., Фісенко Л.К., Райко В.Ф. Установки утилизации теплоты отходящих газов сушки и кальцинации//Респ. міжвідомчий наук.-техн. зб. “Енергетичне машинобудування». - Харків: ХДПУ, 1995. – Вып. 54.– С. 54-58.

Здобувач узагальнив дослідження з контактного концентрування рідин за рахунок теплоти газів і підготував публікацію.

15. Цейтлин М.А., Райко В.Ф., Гареєв А.Т. Контактное охлаждение компремированных газов//Респ. міжвідомчий наук.-техн. зб. “Енергетичне машинобудування”.– Харків: ХДПУ, 1996.– Вып. 55.– С. 85-87.

Здобувач обґрунтував застосування контактного охолодження газу компрессії та тип холодоагенту, брав участь у проведенні дослідів, запропонував інтерпретацію одержаних результатів, брав участь у підготовці публікації.

16. Цейтлин М.А., Цейтлин Л.М., Гареев А.Т. Математическое моделирование процесса контактного охлаждения газа, содержащего пар охлаждающей жидкости и неконденсирующиеся компоненты // Вестник Харьковского государственного политехнического университета – Харьков: ХГПУ, 1997.– Т.2 , № 8.– С.46-52.

Здобувач обґрунтував методичний підхід, що базується на заміні процесів тепло- та масообміну єдиним – передачі ентальпії, вивів основні рівняння, що визначають масопереніс, підготував публікацію.

17. Цейтлин М.А., Воронин Д.А. Интенсификация абсорбционных процессов в содовом производстве // Хімічна промисловість України. – К., 1998.– № 3.– С. 110-112.

Здобувач узагальнив наявні дані по абсорбції в содовому виробництві, визначив стадії, що лімітують, і напрямки інтенсифікації.

18. Цейтлин М.А. Воронин Д.А. Скорость поглощения аммиака и ее влияние на насыщение рассола диоксидом углерода в абсорбере содового производства // Вестник Харьковского государственного политехнического университета. – Харьков: ХГПУ, 1998.– Вып. 6.– С. 514-518.

Здобувач узагальнив наявну виробничу інформацію та знайшов зв’язок між швидкістю абсорбції та селективністю по діоксиду вуглецю.

19. Цейтлин М.А. Воронин Д.А., Райко В.Ф. Совершенствование технологической схемы и аппаратуры стадии абсорбции содового производства // Труды Государственного научно-исследовательского и проектного института основной химии – Харьков: НИОХИМ, 1998.– Т. 71.– С. 74-76.

Здобувач на основі аналізу стадій, що лімітують абсорбційні процеси виявив напрямки інтенсифікації та їх зв’язок з апаратурними рішеннями.

20. Цейтлин М.А. Исследование работы трубно-решетчатого абсорбера содового производства // Вестник Харьковского государственного политехнического университета. – Харьков: ХГПУ, 1999.– Вып. № 58.– С. 16-18.

21. Цейтлин М.А., Гавриленко С.Ю., В.Ф. Райко В.Ф. Абсорбция сероводорода из газов щелочными жидкостями содового производства. // Вестник Харьковского государственного политехнического университета, – Харьков: Бизнес Информ, 1999. – №55.–С. 14-15.

Здобувач обґрунтував вибір абсорбентів і методику дослідження та інтерпретацію одержаних результатів, брав участь у підготовці публікації.

22. Цейтлин М.А., Гавриленко С.Ю., Райко В.Ф. Влияние парциального давления сероводорода в газе на скорость абсорбции. // Вестник Харьковского государственного политехнического университета. - Харьков: Бизнес Информ, 2000. № 80.– С. 5-6.

Здобувач обґрунтував напрямок і методику дослідження, запропонував методи узагальнення одержаних даних, брав участь у підготовці публікації.

23. Цейтлин М.А., Гавриленко С.Ю., Райко В.Ф. Исследование влияния геометрии тарелки и задержки жидкости на интенсивность одновременной абсорбции сероводорода и диоксида углерода. // Вестник Харьковского государственного политехнического университета.– Харьков: Бизнес Информ, 2000.– № 81.– С. 62-64.

Здобувач обґрунтував методику дослідження, та виявив зв’язок геометрії тарілки з селективністю по сірководню, брав участь у підготовці публікації.

24. Цейтлин М.А., Гавриленко С.Ю., Райко В.Ф. Определение химической емкости абсорбента при очистке газов содового производства от сероводорода.//Вестник Харьковского государственного политехнического университета. – Харьков: Бизнес Информ, 2000.– № 82. – С. 7-9.

Здобувач виявив залежність рівноважного тиску сірководню від типу абсорбенту та кратності циркуляції, брав участь у підготовці публікації.

25. Цейтлин М.А., Гавриленко С.Ю., Райко В.Ф. Влияние сорбции диоксида углерода на расход активного компонента в процессе очистки газов от сероводорода.//Вестник Харьковского государственного политехнического университета. - Харьков: Бизнес Информ, 2000.– № 83.– С. 45-47.

Здобувач знайшов залежність між конструкцією абсорбера та витратою активного компоненту на побічні реакції під час абсорбції сірководню, брав участь у підготовці публікації.

26. Цейтлин М.А., Гитис Э.Б. Байбулатов C.И., Алексеева Е.В. Кинетика карбонизации раствора сульфида бария. // Труды Государственного научно-исследовательского и проектного института основной химии.– Харьков: НИОХИМ, 2001.– Т.72.– С. 148-151.

Здобувач сформулював задачу дослідження, розробив його методику, виявив стадії, що визначають швидкість процесу, підготував публікацію.

27. Цейтлин М.А., Байбулатов С.И., Райко В.Ф. Особенности кинетики процесса абсорбции диоксида углерода раствором сульфида бария // Вестник Национального технического университета «ХПИ».– Харьков: НТУ «ХПИ», 2002.– Т. 1, № 6.– С. 76-79.

Здобувач сформулював задачу дослідження, та визначив наявність двох стадій процесу, підготував публікацію.

28. Цейтлин М.А., Байбулатов С.И., Гавриленко С.Ю., Райко В.Ф. Математическое моделирование зависимости рН от состава при карбонизации раствора сульфида бария. // Вестник Национального технического университета «ХПИ».– Харьков: НТУ «ХПИ», 2002.– Т. 1, № 9.– С. 109-114.

Здобувач сформулював основні принципи побудови математичної моделі, запропонував припущення, що спрощують модель, брав участь у рішенні задачі на ЕОМ і підготував публікацію.

29. Молчанов В.І., Цейтлин М.А., Гітіс Е.Б., Байбулатов С.І. Одержання карбонату барію карбонізацією сульфіду барію // Хімічна промисловість України. - К., 2002.– № 3.– С. 6-9.

Здобувач сформулював задачу дослідження, та винайшов зв’язок між особливостями процесу та конструкцією абсорбційної апаратури, підготував публікацію.

30. Цейтлин М.А., Байбулатов С.И., Сорбция сероводорода растворами сульфида и гидросульфида бария в процессе карбонизации.// Вестник Национального технического университета «ХПИ».– Харьков: НТУ «ХПИ», 2002.– Т.2, № 6.– С. 152-154.

Здобувач розробив методику дослідження, брав участь в обробці результатів експерименту та виявив вплив сорбції сірководню на швидкість карбонізації розчину сульфіду барію.