Theoretical Foundations of Chemical EngineeringTheoretical Foundations of Chemical EngineeringТеоретические основы химической технологии0040-35713034-6053The Russian Academy of Sciences69815910.7868/S3034605325040089ArticlesСтатьиResearch ArticleMathematical Model of Gas Cooling in Scrubbers under Different Conditions of Interaction with Liquid on PlatesМАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ОХЛАЖДЕНИЯ ГАЗОВ В СКРУББЕРАХ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ С ЖИДКОСТЬЮ НА ТАРЕЛКАХLaptevA. GЛаптевА. Гtvt_kgeu@mail.ruKhamidullinR. NХамидуллинР. Нtvt_kgeu@mail.ruFarakhovK. TФараховК. Тtvt_kgeu@mail.ruFGBOU VO "KSEU"ФГБОУ ВО "КГЭУ"FGBOU VO "KNITU (KHTI)"ФГБОУ ВО "КНИТУ (КХТИ)"FGBOU VO "St. Petersburg Mining University"ФГБОУ ВО "Санкт-Петербургский горный университет"15082025594VOL 59, NO4 (2025)ТОМ 59, №4 (2025)798908122025Copyright ©; 2025, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2025, Российская академия наук2025Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://transsyst.ru/0040-3571/article/view/698159

Stationary processes of heat and moisture transfer at condensation cooling of gases by liquid phase on plates of various designs in scrubber-coolers are considered. The process efficiencies, heat balance equations and the number of transfer units in the gas phase are written down. To calculate the thermal efficiency of gas cooling, the known expressions from the theory of mass transfer taking into account the hydrodynamic structure of flows, as well as the criterion expression for the Sherwood number are used. Examples of calculations and graphical dependences of thermal efficiency on gas velocity for failure, valve, jet and other plates at air cooling with water are given. A one-dimensional differential equation of heat transfer is presented, the solution of which makes it possible to take into account the inhomogeneity of the gas phase velocity profile and the liquid level gradient along the length of the plate and to calculate efficiency of the process. Calculated dependences of the temperature field and thermal efficiency on sieve and valve plates are given. It is shown that the non-uniform gas velocity profile caused by the liquid level gradient reduces the thermal efficiency.

Рассмотрены стационарные процессы переноса теплоты и влаги при конденсационном охлаждении газов жидкой фазой на тарелках различных конструкций в скрубберах-охладителях. Записаны эффективности процессов, уравнения теплового баланса и число единиц переноса в газовой фазе. Для расчета тепловой эффективности охлаждения газа использованы известные выражения из теории массопередачи с учетом гидродинамической структуры потоков, а также критериальное выражение для числа Шервуда. Даны примеры расчетов и графические зависимости тепловой эффективности от скорости газа для провальной, клапанной, струйной и других тарелок при охлаждении воздуха водой. Представлено одномерное дифференциальное уравнение теплообмена, решение которого дает возможность учесть неоднородность профиля скорости газовой фазы и градиент уровня жидкости по длине тарелки и вычислить эффективность процесса. Даны расчетные зависимости поля температур и тепловой эффективности на ситуатых и клапанных тарелках. Показано, что неравномерный профиль скорости газа, вызванный градиентом уровня жидкости, снижает тепловую эффективность.

heat and mass transferbarbotagegas coolingmathematical modelprocess efficiencyтепломассообменбарботажохлаждение газовматематическая модельэффективность процессовИсследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 25-29-00129, https://rscf.ru/project/25-29-00129/Молоканова Л.С., Шабитова И.В., Колоскова В.В. Современные конструкции массообменных тарелок // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2018. № 9. С.9.Yoinov N.A., Frolov A.S., Bogatkova A.V., Zemtsov D.A., Zhukova O.P. Hydrodynamics and mass transfer at the vortex stage and during bubbling // Theoretical Foundations of Chemical Engineering. 2019. Т. 53. № 6. С. 972.Беренгартен М.Г., Пушнов А.В. Совершенствование насадочных контактных устройств массообменных аппаратов // Промышленные процессы и технологии. 2023. Т. 3. № 2(9). С. 51.Билявский М.Ю., Колмогоров Г.Ю., Зайка А.И. и др. Определение гидравлического сопротивления и эффективности массообменных тарелок // Нефтепереработка и нефтехимия. 2014. № 1. С. 42.Хайбулов Р.А. Исследование гидродинамических характеристик контактного устройства массообменного аппарата с направленным вводом газа // Вестник Астраханского Государственного Технического Университета. 2004. № 1 (20). С. 231.Karimov I.T., Qo’chgarov B.U. Resistance coefficients of the apparatus with cone mesh wet cleaning of dust gases // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2023. № 1(106). С. 8.Широков В.А., Орлова М.Н. Методика расчета эффективности использования теплоты продуктов сгорания природного газа в контактных теплообменниках // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. 2023. № 1 (310). С. 50.Павлов Н.И. Расчет тепломассообмена между газом и свободной жидкостной пленкой в контактном теплообменнике // Теплоэнергетика. 2008. № 3. С. 18.Щеслаев В.В. Классификация колонных аппаратов. Интенсификация процессов тепло-и массообмена при проведении процессов ректификации // Химическая промышленность. 2005. Т. 82. № 8. С. 389.Войнов Н.А., Фролов А.С., Богаткова А.В., Жукова О.П. Интенсификация массообмена в газожидкостном аппарате с мешалкой // Теоретические основы химической технологии. 2024. Т. 58. № 2. С. 222.Алешин В.И., Рубан В.С., Сазенко В.М. Ресурсообразование способы охлаждения сжимаемого газа // Известия вузов. Пищевая технология. 2020. № 1 (373). С. 73.Бахронов Х.Ш., Гашева С.У. Ход развития аппаратов для очистки газов от пыли // Journal of Advances in Engineering Technology. 2022. V. 2(6). 20. P. 33.Орлов А.О., Чернушевич Е.Э., Максимович С.С., Ленина С.Н. Очистка дымовых газов от оксида азота и угольной пыли // Современные достижения научно-технического прогресса. 2023. № 2 (7). С. 14.Масабников М.В., Козлов Д.А. Бумаков Д.М., Рязанцев А.В. Методы очистки от угольной пыли уходящих газов на ТЭЦ // Тенденция развития науки и образования. 2021. № 73-3. С. 104.Карев А.Н., Тюрин М.П. Эффективность использования аппаратов мокрой очистки выбросных газов в промышленности // Современная наука: Актуальные проблемы теории и практики: Серия Естественные и технические науки. 2021. № 9. С. 19.Берецкий М.Г., Кзин Ю.В. Экспериментальное изучение структуры потоков в тарельчатое-насадочных колонных экстракторах колонных экстракторах // Вестник ВГУИТ. 2022. Т. 84. № 2. С. 228.Андреев М.В., Бальсусов А.В. Математическое моделирование массообмена в секционированном насадочном аппарате при больших нагрузках по газу и жидкости // Вестник Антарского государственного технического университета. 2016. № 10. С. 77.Голованинова А.Б., Прохоренко Н.А., Мерецов Н.А. Моделирование структуры потока в насадочных и тарельчатых ректификационных колоннах. Волгоград: Волга ГТУ, 2020.Лаптев А.Г., Башаров М.М., Лаптева Е.А. Математические модели и методы расчетов тепломассообменных и сепарационных процессов в двухфазных средах. Казань: КГЭУ; Старый Оскол: ТНТ, 2021.Laptev A.G., Lapteva E.A. Model of gas purification from the fine-dispersed phase in the bubbling layer based on the concept of active input section // Theoretical Foundations of Chemical Engineering. 2015. T. 49. № 2. С. 157.Аронов И.З. Контактный нагрев воды продуктами сгорания природного газа. Л.: Недра, 1990.Александров И.А. Ректификационные и абсорбционные аппараты. Методы расчета и основы конструирования . М.: Химия, 1971.Дьяконов С.Г., Елизаров В.И., Лаптев А.Г. Модель массоотдачи в барботажном слое контактного устройства на основе концепции активного (входного) участка // Теоретические основы химической технологии, 1991. Т. 25. № 6. С. 783.Лаптев А.Г. Модели пограничного слоя и расчет тепломассообменных процессов. Казань: Изд-во Казанск. ун-та, 2007.Холпанов Л.П., Шкалов В.Я. Гидродинамика и тепломассообмен с поверхностью раздела. М.: Наука, 1990.Долгова А.Н., Лаптева Е.А. Определение эффективности массообменных тарелок колонных аппаратов с учетом неравномерности распределения фаз // Электронный научный журнал Нефтегазовое дело. 2013. № 6. С. 283.Масштабный переход в химической технологии: разработка промышленных аппаратов методом гидродинамического моделирования / Под ред. Розена А.М.: Химия, 1980.Лаптев А.Г., Башаров М.М., Лаптева Е.А., Фарахов Т.М. Модели и эффективность процессов межфазного переноса. Часть 2. Тепломассообменные процессы. // Под ред. Лаптева А.Г. Казань: Центр инновационных технологий, 2020.