Обґрунтування конструкції реактора установки створення надкритичного стану газового середовища
Автор: Ференс Олександр Ярославович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Комп'ютерний інжиніринг в машинобудуванні
Інститут: Інститут механічної інженерії та транспорту
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2024-2025 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Надкритичний газ характеризується швидшим масовим переносом порівняно з традиційними рідкими органічними розчинниками. Хоча його щільність дещо нижча за щільність рідини, динамічна в’язкість стислих газів наближається до показників звичайного газоподібного стану. Коефіцієнт дифузії надкритичного газу більш ніж у десять разів вищий, ніж у рідини. Надкритичні гази мають високу здатність до екстракції і за належних умов достатню селективність. Проста зміна параметрів тиску і температури як під час екстракції, так і під час відділення дозволяє регулювати концентрацію речовин в екстракті. Одним із перших широкомасштабних проектів у світі, що було впроваджено, стало використання надкритичного діоксиду вуглецю для отримання компонентів харчової індустрії. Також використання надкритичних флюїдів для очищення охоплює багато сфер. Це включає побутову хімчистку, де поняття «хімічна» стає умовним, оскільки процес є екологічно безпечним. Питання технічного забезпечення процесів надкритичної екстракції дійсно є складними, особливо при їх широкому використанні в промислових масштабах. Необхідність підтримки рівномірного потоку екстрагента при високому тиску до 50,0 МПа і створення умов для випаровування екстрагента в замкнутому циклі при різних температурних режимах потребують високоякісних конструкційних матеріалів та інноваційних технічних рішень. Це сучасне обладнання відкриває широкий спектр можливостей для видобутку біологічно активних речовин та інших цінних компонентів з різноманітної сировини. Запропонована в роботі інженерна методика переведення вуглекислого газу у надкритичний стан використовує достатньо прості рекомендацій і залежності, що дозволяє використовувати цю методику на практиці. В роботі аналізуються залежності отримані на основі Фізичних рівнянь газового стану. Об’єкт дослідження: Реактор установки переведення газу у надкритичний стан. Предмет дослідження: геометричні, конструктивні, технологічні параметри елементів газового реактора. Мета дослідження: вивчення впливу геометричних, конструктивних та технологічних параметрів елементів газового реактора на ефективність та продуктивність процесу переведення газу у надкритичний стан. Дослідження міцнісних характеристик елементів реактора з метою оптимізації геометричних та конструктивних параметрів обладнання. В першому розділі роботи наведено характеристики надкритичного стану речовини, особливості якими володіє надкритичний вуглекислий газ, технології, що засновані на застосуванні надкритичних флюїдів. Обґрунтовано застосування вуглекислого газу у якості розчинника. Вказано на переваги саме цього газу. Наголошено на основну перевагу вуглекислого газу – це його нетоксичність. В другому розділі роботи наведено опис експериментальної установки створення надкритичного стану газових речовин, її структурна схема та принцип дії. Вказано на послідовність лій при роботі оператора на установці. Визначено режими за якими ефективно відбувається фазове перетворення газового середовища у надкритичний стан. Акцентовано на особливостях саме вуглекислого газу. Розраховані конструктивні вузли експериментальної установки. Проведені розрахунок елементів реактора на міцність. Конструювання елементів установки. Проведений в роботі аналіз напружено-деформованого стану елементів реактора надав можливість оптимізувати їх конструктивні параметри. В результаті обґрунтування конструктивних параметрів вдалося досягти необхідного запасу міцності елементів реактора. Отримані в роботі проектні рішення та відповідні досліджень вказують на їх та доцільність використання на практиці. Ключові слова: надкритичний стан газу, закони газового стану, конструювання, дослідження, експеримент, обладнання, оптимізація, комп’ютерний інжиніринг.