И. К. Бейсембетов ректор Зам главного редактора

●

 Физико–математические науки

  

 

№2 2016 Вестник КазНИТУ  

                    

470 

4000  үлгісі  электронды  соққы  режимінде  жұмыс  жасайтын  сыртқы  иондар  көзімен  және  оң 

немесе кері иондар түзетін химиялық иондау режимінде немесе гибридті иондау режимінде (оң және 

кері иондарды бір мезетте түзетін) жұмыс жасайтын сыртқы иондар көзімен қосымша жабдықталады. 

Иондарды  бөлу  және  детекторлау  «квадроуполды  ионды  тұзақ»  типіндегі  массалар-анализаторында 

жүзеге  асырылады.  Детекторлау  массалар  шкаласын  сканерлеу  немесе  таңдаулы  ионды  детекторлау 

режимінде, сонымен қатар тандемді (MSn) массалар-спектрометрия режимінде жүргізілуі мүмкін.  

500 MS үлгісі электроспрей (ES) типіндегі және аса тиімді сұйық хроматогрофпен бірге жұмыс 

жасау  үшін  қажетті  атмосфералық  қысым  (APCI)  кезіндегі  химиялық  иондау  интерфейстерімен 

жабдықталады. Иондарды детекторлау оң иондарды да, кері иондарды да зерттеп отыратын режимде 

жұмыс  жасайтын  «квадроуполды  ионды  тұзақ»  типіндегі  массалар-анализаторында  жүзеге 

асырылады.  Детекторлау  массалар  шкаласын  сканерлеу  немесе  таңдаулы  ионды  детекторлау 

режимінде, сонымен қатар тандемді (MSn) массалар-спектрометрия режимінде жүргізілуі мүмкін. 

Хромато-массалар-спекторметрі  әдісі  екі  жеке  әдістер  комбинациясына  негізделген  – 

хроматография  және  массалар-спектрометриясы.  Біріншісінің  көмегімен  қоспаларды  құрамдастарға 

бөлуді  жүзеге  асырады,  ал  екіншісінің  көмегімен  –  заттар  құрылысын,  талдау    мөлшерін 

бірдейлендіру  және  анықтау  жүзеге  асырылады.  Хромато-массалар-спектрометриясының  өз  алдына 

массалар-спектрометриясының  газды-сұйық  хроматографиямен  (ГСХ)    немесе  аса  тиімді  сұйық 

хроматографиямен комбинация құратын  екі нұсқасы белгілі [2].  

Бүгінгі  таңда  қоршаған  ортаны  қорғау  мәселесі  бәріне  белгілі.  Бұл  мәселедегі  кілттік  сөз  – 

«экология».  Экологияға  ерекше  назар  аудару  жылдам  дамыған  адамзат  қызметінің  нәтижесі  болып 

табылады, ал бұл  өз кезегінде, жер шарындағы халық санының тым жылдам өсуімен шартталған. 

Экологиялық  мәселелердің  маңыздылығын  ескере  отырып,  олардың  шешімін  табу  үшін 

аналитикалық  химияның  заманауи  әдістері  қолданылуда:  газ  хроматографиясы  мен  массалар-

спектрометриясы, 

электроаналитикалық, 

радиохимиялық, 

флуоресцентті 

әдістер, 

атомды-

эмиссионды  және  атомды-абсорбционды  спектрометрия.  Ластаушы  заттарды  аналитикалық 

әдістермен  анықтау  шегінің  0,5  төмен  болмауы  аса  маңызды. Қоршаған  ортаның  түрлі  объектілерін 

ластауды  бақылаудың аса  мықты  құралы  –  құрамдастардың  күрделі  қоспаларын  талдауға  мүмкіндік 

беретін хроматографиялық әдістер. Аса жоғары мәнге жұқа қабатты, ионды және хромато-массалар-

спектроскопиясы  ие.  Күрделі  құрамды  қоспаларды  талдау  кезінде  хроматографияның  инфрақызыл 

спектрметриямен және массалар-спектрометриясымен тіркесі ерекше тиімді болып табылады. Соңғы 

жағдайда  детектор  рөлін  хроматографқа  қосылған  массалар-спектрометрі  атқарады.  Осылайша 

пестицидтер, полихлорланған бифенилдер, диоксиндер және т.б. улы заттар анықталады.  

 

ӘДЕБИЕТТЕР 

[1] www.kip-guide.ru/docs/15708-07.pdf . 

[2] Хмельницкий Р.А., Бродский Е.С. Издательство: М.: 1984 - 216 с. 

 

REFERENCES 

[1]  www.kip-guide.ru/docs/15708-07.pdf . 

[2]  Khmelnitsky R.A., Brodsky E.S. Publisher: M .: 1984 - 216 p. 

 

 

Алдонгаров К.Ж., Айткожаев А.З., Нурмуханова А.З. 

Анализ      хромато-масс-спектрометрического  прибора  предназначенного    для  измерения    и  

содержания  различных веществ 

Аннотация:  В    статье      рассмотрено    назначение,  область    применения  и    описание  хромато-масс-

спектрометра для  выявления  различных  веществ   в  пробах веществ   и  материалов. 

Ключевые  слова:  процедура,  хромато-масс-спектрометр,  проба,  измерительные    системы,    масса, 

жидкое   состояние, газовое  состояние, твердое   состояние. 

 

      Aldongarov K.G., Aytkozhaev A.Z., Nurmuhanova A.Z. 

Analysis of gas chromatography-mass spectrometry instrument for measuring and content of various 

substances 

Summary.  In  this  article  the  purpose,  scope  and  description  of  the  gas  chromatography-mass  spectrometry  to 

identify different substances in samples of substances and materials. 

Key words: treatment, gas chromatography-mass spectrometer test, measurement systems, mass, liquid, gaseous 

state, the solid state. 

 

●

 Физика–математика ғылымдары 

 

ҚазҰТЗУ хабаршысы №2 2016  

 

471 

УДК 66.02.071.7 

 

Д. Сарсенбекулы, О.С. Балабеков, А.А. Волненко,  

Д.К. Жумадуллаев, Н.Т Сейтханов 

(Южно-Казахстанский государственный университет им. М.Ауэзова, 

Шымкент, Республика Казахстан, 

nii_mm@mail.ru

) 

 

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ТЕПЛООБМЕНА В АППАРАТЕ  

С ТРУБЧАТОЙ НАСАДКОЙ РЕГУЛЯРНОЙ СТРУКТУРЫ 

 

Аннотация.  Для  тепломассообменного  аппарата  с  трубчатой  насадкой  регулярной  структуры 

разработана математическая модель, учитывающая локально-кинетические параметры движения дисперсной  и 

сплошной  фаз  и  позволяющая  определить  необходимую  высоту  слоя  контактной  зоны  регулярной  структуры 

при заданных начальных и конечных температурных режимах. При этом контактная зона представлена в виде 

ячеек  имеющих  высоту  соответствующую  шагу  между  трубами  в  вертикальном  направлении  и  площадью 

ячейки  равной  произведению  шага  между  трубами  в  радиальном  направлении  на  длину  трубы. 

Экспериментальные  исследования  и  численное  моделирование  осуществлялись  с  шагом  соответствующим 

расстоянию между  трубами в вертикальном направлении. В первом случае изучался процесс  охлаждения газа 

водой без подачи теплоносителя в трубчатый пучок, а во втором случае газ охлаждался при внешнем орошении 

трубчатого  пучка  и  за  счет  подачи  теплоносителя  (воды)  в  трубы.  Сходимость  решения  по  модели  для  двух 

случаев составляет 15%, что свидетельствует об адекватности предложенного подхода к расчету высоты слоя 

регулярной трубчатой насадки в условиях контактного теплообмена между газом и жидкостью. Разработанная 

модель может быть также использована и для описания массообменного процесса. 

Ключевые  слова:  теплообмен,  регулярная  трубчатая  насадка,  математическая  модель,  ячейки, 

температура. 

 

Насадочные  тепломассообменные  аппараты  имеют  широкое  распространение  при  проведении 

процессов массообмена (абсорбции, экстракции и т.д.) и контактного теплообмена. 

Для описания процесса теплообмена при контактном взаимодействии теплоносителей – газа и 

жидкости  при  средних  температурах  взаимодействующих  фаз,  разработана  математическая  модель, 

учитывающая  локально-кинетические  параметры  движения  дисперсной  и  сплошной  фаз  и 

позволяющая  определить  необходимую  высоту  слоя  контактной  зоны  регулярной  структуры  при 

заданных начальных и конечных температурных режимах [1-3]. 

На основании данной модели осуществлено моделирование процесса теплообмена в аппарате с 

трубчатой насадкой при ее внешнем орошении и при подаче теплоносителя в трубы.  

В  аппарате  с  трубчатой  насадкой  контактная  зона  представлена  пучком  труб  высотой  Н 

состоящего  из  п

яч 

ячеек,  имеющих  высоту  –  t

в

,  с  площадью  ячейки  - 

р

t

l



.  В  процессе  работы 

орошаемая  жидкость,  падая  на  поверхность  контактного  элемента,  образует  пленку,  под  действием 

вихревого газового потока дробящуюся на струйки, которые вследствие неустойчивости дробятся на 

капли. 

Многочисленные  работы  по  моделированию  структуры  взаимодействующих  фаз  [4-6] 

свидетельствуют  о  том,  что  различные  модели  структуры  потоков  дают  различный  разброс 

концентраций  и  температур  по  высоте  аппарата.  Так,  модель  идеального  вытеснения  дает 

завышенные  температуры,  а  модель  полного  смешения  –  заниженные.  Более  реальный  характер 

изменения  температуры  по  теплообменнику  отражается  диффузионной  и  ячеечной  моделями. 

Причем  конечные  значения  Т

г 

совпадают.  Основой  ячеечной  модели  является  представление  об 

идеальном  перемешивании  в  пределах  ячеек,  расположенных  последовательно,  и  отсутствии  связи 

между ними, т.е. реализуется формализованный подход. 

Рассмотрим комбинированную модель структуры сплошного потока, состоящего из п

яч

 = Н/t

в

, с 

учетом коэффициента продольного перемешивания газа в ячейке [7]. Примем следующие допущения 

[8]:  d

к

  =  const,    т.е.  скорости  испарения  капли  и  конденсация  паров  жидкости  незначительны,  что 

справедливо при умеренных температурах газа (t

г

  100

0

С) и жидкости  (t

ж

  60

0

С) при атмосферном 

давлении;  отсутствует  химическая  реакция;  по  высоте  всей  колонны  происходит  противоточное 

движение газа и жидкости; циркуляция жидкости внутри капли не влияет на скорость теплопереноса 

в газовой фазе. 

●

 Физико–математические науки

  

 

№2 2016 Вестник КазНИТУ  

                    

472 

Последнее допущение  справедливо, когда отношение вязкостей 



ж

/



г

>>1, что имеет место для 

капель жидкости обычной вязкости при обтекании их газовым потоком. 

Для предложенной модели уравнение теплового баланса имеет вид: 

 

2

. .

. .

. .

2

(

)

0

г

г

р

г

р г

п г

г

р г

г

р

г

гр

г

d Т

dT

t

l

с

Е

с

V

t

l

а Т

Т

dh

dh







 













 

 





 , 

      (1) 

 

где  с

р.г.

-  теплоемкость  газа;  Т

г

  –  температура  газа;  h  –  текущая  высота;  V

г

  –  объемный  расход 

газа; 



г

  –  коэффициент  теплоотдачи;  а  –  удельная  объемная  поверхность;  Т

гр

  –  температура  на 

границе  поверхности  капли;  Е

п.г.

  –  коэффициент  продольного  перемешивания  газового  потока  для 

трубчатой насадки[7]: 

2/3

1/3

. .

.

г

L

о э

в

г

п г

E

р

о

d

d t

W

Е

B

t



 









































 

, 

 

             (2) 

где опытный коэффициент

2

3

1

0, 0103

г

E

B





















 

Учитывая, что на границе раздела фаз имеется равенство теплового потока: 

 















к

F

к

ж

ж

г

гр

г

к

dF

r

Т

Т

Т

r







)

(

4

2

,    

 

                   (3) 

где  F

к

 – поверхность капли;  r- текущий радиус  капли;  



ж

 – коэффициент теплопроводности 

жидкости. 

Уравнения (1) и (3) в случае теплообмена с каплей преобразуется к следующему виду: 

 

2

. .

. .

. .

2

0

к

г

г

ж

г

р г

р

п г

г

г

р г

p

ж

к

F

d T

dT

Т

с

t

l Е

v

c

nt

dF

dh

dh

r













 



















 



;  

 

 (4) 

Т

г

 = Т

гр

 .  

 

 

 

 

(5) 

 

Уравнения (1) и (4) решаются при граничных условиях: 

 

0

0

г

dT

dh

h





;   

н

г

г

г

г

г

г

n

Т

U

H

h

Т

U

dh

dT

Е

.

.

.







 , 

 

 

(6) 

 

где Т

г.н 

– начальная температура газового потока, т.е. на входе в скруббер. 

Введем безразмерные параметры:  

 

;

k

r

r

r





 

;

2



















к

ж

r







 

;

.

.г

н

г

г

Т

Т

Т 



  

;

.

.ж

н

ж

ж

Т

Т

Т





  

;

к

г

ж

d

В







  

,

ж

г

U

U

m 

 

 

(7) 

 

где 

к

U

h





- время движения капли в пространстве между точками h=0 и h= t

в

; U

г

 –  истинная 

скорость  газового  потока;  U

ж

  –  истинная  скорость  жидкостного  потока; 



ж

  –  коэффициент 

теплоотдачи в жидкой фазе, равный: 

.

.ж

р

г

ж

ж

с









 ,  

 

 

 

 

(8) 

 

где  



ж

  – коэффициент теплопроводности жидкости;   с

р.ж.

 – теплоемкость жидкости. 

●

 Физика–математика ғылымдары 

 

ҚазҰТЗУ хабаршысы №2 2016  

 

473 

Учитывая,  что  в  аппарате  с  пучком  труб  до  90-99%  поверхности  составляет    поверхность 

капель, а не пленок и струек согласно [9] получим: 

2

6

1

)

1

(

2

6

Ф

Ф

а

а

а

к

к











,   

 

 

(9) 

где 

 а – удельная объемная поверхность контакта фаз;    а

к

 

– 

удельная 

объемная 

поверхность капель; 



  – гасосодержание слоя; Ф – коэффициент формы капли. 

Число капель в единице объема: 

2

4

к

к

к

r

а

n





 . 

 

 

 

 

 

(10) 

Из уравнений (9) и (10) имеем:  

2

3

1

р

к

к

к

ж

t

U

r

а

V



; 

 

 

 

 

(11) 

к

к

к

ж

U

r

а

U

3

1



.  

 

 

 

(12) 

 

С  учетом  предложенных  граничных  условий  (7)  уравнения  (1)  и  (3)  преобразуются  к 

следующему безразмерному виду: 

 

0

)

(

2

3

2

2















г

гр

г

г

Т

Т

ВG

d

dТ

d

Т

d

N





;  

 

 

 

 

0

0











d

dТ

г

;  

 

 

 

 

(13) 

1











к

г

г

Т

d

dТ

N







, 

 

 

 

 

 

 

где: 

 

 

. .

2

п г

ж

р

к

к

г

Е

t l

N

u r V















;    

2

к

к

ж

r

r

u

Н







;   

.

.

.

.

ж

р

ж

г

р

г

ж

г

с

с

U

U

G







 

(14)

 

 

 

 

 

 

 

 

Здесь N > 0 и G>0. 

Для замыкания уравнения (4) рассмотрим теплоперенос внутри капли. 

В  безразмерных  переменных  нестационарное  уравнение  теплопереноса  и  граничные  условия 

имеют вид: 

 

2

2

r

T

r

T

r

Т

ж

ж

ж

























;   

 

 

 

(15) 

 





г

гр

r

г

Т

Т

В

r

Т































2

1

1

 . 

 

 

 

 

(16) 

В центре капли  

0

0























r

г

r

Т

.   

 

 

 

 

 

(17) 

 

В условиях, когда скорость теплообмена определяется переносом тепла внутри капли, т.е. когда 

В << 1 уравнение (4) в безразмерных переменных (7) преобразуется к виду:  

0

3

1

2

2

























r

г

г

г

dr

T

d

G

d

T

d

d

T

d

N





. 

 

 

 

(18) 

жүктеу/скачать 51,43 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: