Результати експериментальних досліджень динаміки масообмінних процесів при синтезі гідрату пропану

Автор(и)

  • Bohdan Kutnyi Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу вул. Карпатська, 15, м. Івано-Франківськ, Україна, 76019, Україна https://orcid.org/0000-0002-0548-7925
  • Аnatoliy Pavlenko Келецький технологічний університет вул. Тисячоліття панства Польського, 7, м. Кельце, Польща, 25-314, Польща https://orcid.org/0000-0002-8103-2578
  • Yuri Holik Полтавський національний технічний університет імені Юрія Кондратюка пр. Першотравневий, 24, м. Полтава, Україна, 36011, Україна https://orcid.org/0000-0002-5429-6746

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.174555

Ключові слова:

газові гідрати, питомий масообмін, експериментальні дослідження, швидкість гідратоутворення, міжфазна поверхня

Анотація

Наведено схему експериментальної установки для дослідження масообмінних процесів, які відбуваються під час утворення газових гідратів. Окреслено методику виконання досліджень та застосування обладнання для проведення дослідів у дифузійному режимі, при застосуванні низькообертових мішалок з зануреним та поверхневим розташуванням робочого колеса, швидкісної мішалки та застосування поверхнево-активних речовин. Наведено формули для визначення питомої інтенсивності масообміну на міжфазній поверхні.

Результатами натурних спостережень за інтенсивністю масообмінних процесів доведено, що динаміка масообміну між газом і водою в режимі вільної дифузії гарно апроксимується степеневою залежністю з показником –0,8. Визначено кількісні показники динаміки масообміну на міжфазній поверхні пропан-вода для різних термобаричних умов. Показано, як зменшується інтенсивність масообмінних процесів при входженні термобаричних умов в область гідратоутворення.

Встановлено, що застосування низькообертових перемішуючих пристроїв (мішалок) дозволяє інтенсифікувати масообмін на міжфазній поверхні у десять і більше разів порівняно з режимом вільної дифузії. Проте, цей ефект спостерігається лише при тривалому перемішуванні. Таким чином, застосування повільних механічних мішалок з частотою обертів до 100 об/хв можна рекомендувати лише як засіб для переміщення утвореного гідрату в межах реактора.

Експериментальними дослідженнями доведено, що застосування мішалки з частотою обертів гвинта 1500 об/хв дозволяє збільшити інтенсивність масообміну в режимі гідратоутворення приблизно у 7–8 разів. Причому, максимальний ефект спостерігається саме на початку масообмінних процесів. Доведено, що застосування поверхнево-активних речовин дозволяє додатково інтенсифікувати процес гідратоутворення шляхом збільшення площі масообмінної поверхні бульбашок газу у воді.

Результати досліджень можуть застосовуватися для проектування та вдосконалення обладнання для синтезу газових гідратів

Біографії авторів

Bohdan Kutnyi, Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу вул. Карпатська, 15, м. Івано-Франківськ, Україна, 76019

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра відновлювальної енергетики, енергоефективних споруд та інженерних мереж

Аnatoliy Pavlenko, Келецький технологічний університет вул. Тисячоліття панства Польського, 7, м. Кельце, Польща, 25-314

Доктор технічних наук, професор

Кафедра будівельної фізики та відновлюваних джерел енергії

Yuri Holik, Полтавський національний технічний університет імені Юрія Кондратюка пр. Першотравневий, 24, м. Полтава, Україна, 36011

Кандидат технічних наук, професор

Кафедра теплогазопостачання, вентиляції та теплоенергетики

Посилання

  1. Koh, C. A., Sum, A. K., Sloan, E. D. (2012). State of the art: Natural gas hydrates as a natural resource. Journal of Natural Gas Science and Engineering, 8, 132–138. doi: https://doi.org/10.1016/j.jngse.2012.01.005
  2. Japan’s Energy Supply Situation and Basic Policy. FEPC: The Federation of Electric Power Companies of Japan. Available at: http://www.fepc.or.jp/english/energy_electricity/supply_situation/index.html
  3. Vorobiev, A. E., Bolatova, A. B., Baigalasova, I. L. (2012). Methodology for experimental studies of aquatic gas hydrates. Vestnik Rossiyskogo universiteta druzhby narodov. Seriya: Inzhenernye issledovaniya, 3, 24–34.
  4. Bondarenko, V., Svietkina, O., Sai, K. (2017). Study of the formation mechanism of gas hydrates of methane in the presence of surface-active substances. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (6 (89)), 48–55. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.112313
  5. Bondarenko, V. I., Maksymova, E. O., Ovchynnykov, M. P. (2015). Pro tekhnolohiyu vyrobnytstva shtuchnykh hazovykh hidrativ. Ugol' Ukrainy, 12, 33‒37.
  6. Rao, Y., Wang, Z., Wang, S., Yang, M. (2018). Investigation on Gas Hydrate Slurry Pressure Drop Properties in a Spiral Flow Loop. Energies, 11 (6), 1384. doi: https://doi.org/10.3390/en11061384
  7. Ovchynnikov, M. P., Ganushevych, K. A., Sai K. S. (2014). The mine methane utilization from degassing wells and its transportation in a solid state. Heotekhnichna mekhanika, 115, 131–140.
  8. Bondarenko, V. I., Sai, K. S., Hanushevych, K. A., Ovchynnikov, M. P. (2015). Rozrobka matematychnoi modeli intensyfikatsii protsesu hidratoutvorennia za rezultatamy eksperymentalnykh doslidzhen. Rozrobka rodovyshch, 9, 259‒256.
  9. Pedchenko, М. М., Pedchenko, N. M. (2016). Substantiation of perspectives of use of liquid-gaseous ejector with the extended cell of mixing as reactor of the formation of gas hydrates. Naftohazova inzheneriya, 1, 227–235.
  10. Klуmenko, V. V., Lychuk, M. V., Bosiy, M. V. (2013). Application of brandon for empiricale equations kinetics of hydrate formation process. Kholodylna tekhnika ta tekhnolohiya, 5 (145), 59‒63.
  11. Dmytrenko, V. (2017). The influence surfactant and their mixture with electrolytes on gas hydrate formation. Naftohazova inzheneriya, 2, 89‒92.
  12. Nefedov, P. A., Dzhedzherova, A. A., Istomin, V. A., Dolgaev, S. I., Kvon, V. G. (2014). Osobennosti kinetiki gidratoobrazovaniya metana v vodnyh rastvorah elektrolitov. Vesti gazovoy nauki, 2 (18), 83‒89. Available at: https://cyberleninka.ru/article/n/osobennosti-kinetiki-gidratoobrazovaniya-metana-v-vodnyh-rastvorah-elektrolitov
  13. Zaporozhets, E. P., Shostak, N. A. (2014). Theoretical aspects of the kinetics of gas hydrates. Zapiski Gornogo instituta, 210, 11–20.
  14. Podenko, L. S., Drachuk, A. O., Molokitina, N. S., Nesterov, A. N. (2017). Natural gas hydrates formation in dispersed ice stabilized with silica nanoparticles. Kriosfera Zemli, 21 (2), 43–51. doi: https://doi.org/10.21782/kz1560-7496-2017-2(43-51)
  15. Skrypnyk, A., Klymenko, V. (2011). Gas hydrates technology of recycling carbon dioxide from the carbonator sugar production gas of sugar manufacture. Tekhnika v silskohospodarskomu vyrobnytstvi, haluzeve mashynobuduvannia, avtomatyzatsiya, 24 (1), 257–264.
  16. Vlasov, V. A. (2013). Formation and dissociation of gas hydrate in terms of chemical kinetics. Reaction Kinetics, Mechanisms and Catalysis, 110 (1), 5–13. doi: https://doi.org/10.1007/s11144-013-0578-x
  17. Shagapov, V. S., Yumagulova, Y. A. (2016). Automodel problem of the growth of the hydrate particle in aqueous solution of gas. Theoretical Foundations of Chemical Engineering, 50 (3), 270–272. doi: https://doi.org/10.1134/s0040579516030118
  18. Vlasov, V. A. (2012). Phenomenological diffusion theory of formation of gas hydrate from ice powder. Theoretical Foundations of Chemical Engineering, 46 (6), 576–582. doi: https://doi.org/10.1134/s0040579512060243
  19. Manakov, A. Y., Penkov, N. V., Rodionova, T. V., Nesterov, A. N., Fesenko Jr, E. E. (2017). Kinetics of formation and dissociation of gas hydrates. Russian Chemical Reviews, 86 (9), 845–869. doi: https://doi.org/10.1070/rcr4720
  20. Vorotyntsev, V. M., Malyshev, V. M. (2011). Gas hydrates: nanosized phases in the separation and purification of substances by crystallization. Russian Chemical Reviews, 80 (10), 971–991. doi: https://doi.org/10.1070/rc2011v080n10abeh004176
  21. Vorotyntsev, V. M., Malyshev, V. M., Vorotyntsev, I. V. (2014). High purification of gases by the hybrid gas hydrate-membrane method. Petroleum Chemistry, 54 (7), 491–497. doi: https://doi.org/10.1134/s0965544114070135
  22. Pavlenko, А., Kutnyi, B., Holik, Y. (2017). Study of the effect of thermobaric conditions on the process of formation of propane hydrate. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (5 (89)), 43–50. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.111409
  23. Shagapov, V. S., Tazetdinov, B. I. (2013). On the theory of the decomposition of a metastable gas hydrate. Theoretical Foundations of Chemical Engineering, 47 (4), 388–396. doi: https://doi.org/10.1134/s0040579513030111
  24. Pavlenko, А., Kutnyi, B., Kugaevska, T. (2018). Research into resonance phenomena in gas-vapor bubbles. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (5 (91)), 39–47. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.123957

##submission.downloads##

Опубліковано

2019-08-01

Як цитувати

Kutnyi, B., Pavlenko А., & Holik, Y. (2019). Результати експериментальних досліджень динаміки масообмінних процесів при синтезі гідрату пропану. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4(6 (100), 16–24. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.174555

Номер

Том 4 № 6 (100) (2019): Технології органічних та неорганічних речовин

Розділ

Технології органічних та неорганічних речовин

Ліцензія

Авторське право (c) 2019 Bohdan Kutnyi, Аnatoliy Pavlenko, Yuri Holik

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.