Именная лаборатория ООО «НИПИ НГ «Петон» «Гидромеханические процессы»
кафедры «Нефтехимия и химическая технология»

В соответствии с соглашением о сотрудничестве между инжиниринговым холдингом ООО «НИПИ НГ «Петон» и УГНТУ в рамках базовой кафедры «Моделирование и проектирование процессов и аппаратов химических технологий» кафедры «Нефтехимия и химическая технология» создана и функционирует  лаборатория ООО «НИПИ НГ «Петон» «Гидромеханические процессы» имени профессора, д.т.н. Б.К. Марушкина.

Лаборатория является, по сути, уникальным учебно-исследовательским центром, ключевой целью создания которого является создание эффективной научно-практической профессиональной среды для студентов, магистрантов и аспирантов ВУЗа, разработка комплексных методов и инструментов исследования гидромеханических и тепловых процессов.

Лаборатория «Гидромеханические процессы» — это совокупность лабораторных стендов, на которых студенты и аспиранты вуза осуществляют практическое обучение по изучению режимов течения жидкости, гидросопротивлений, режимов осаждения, гидродинамики псведоожиженного слоя, тепловых явлений и насосного оборудования, а также по применению компьютерного и общелабораторного оборудования.

Основу лаборатории ООО «НИПИ НГ «Петон» «Гидромеханические процессы» имени профессора, д.т.н. Марушкина Б.К. составляют современные модульные лабораторно-исследовательские комплексы, каждый из которых включает экспериментальный стенд, необходимые регистрирующие и аналитические приборы, компьютерные станции с предустановленным исследовательским программным обеспечением.

  Благодаря модульной компоновке, каждый учебно-исследовательский комплекс может быть настроен и использован для решения широкого круга задач научного и образовательного характера в области процессов и аппаратов химической технологии.
  

В состав лаборатории входят учебно-исследовательские комплексы:
1.    «Режимы течения жидкости» (визуализация и изучение различных режимов течения жидкости ─ ламинарного, переходного и турбулентного).
2.    «Гидравлические сопротивления» (визуальное представление и исследование сопротивлений, возникающих при течении жидкости в трубопроводе).
3.    «Осаждение и всплытие частиц» (визуальное представление и изучение процессов гравитационного осаждения).
4.    «Исследование псевдоожиженного зернистого слоя» (воспроизведение режима псевдоожижения, при котором протекают многие химические и адсорбционные процессы нефтегазохимии и изучение гидродинамических характеристик псевдоожиженного слоя зернистого материала).
5.    «Фильтрование». Работа предназначена для изучения процесса фильтрования при постоянном перепаде давлений.
6.    «Транспортирование жидкостей» (исследования различных типов насосных станций, построение характеристики насосов и сети, изучение особенностей работы насосов при параллельном и последовательном подключении).
7.    «Гидродинамика в колонных аппаратах» (исследование и анализ гидравлических и массообменных характеристик тарельчатых и насадочных контактных устройств, а также процесса абсорбции углекислого газа водой).
8.     «Теплообменная аппаратура» (изучение процесса теплообмена в теплообменнике типа «труба в трубе»).
9.    «Теплотехника и термодинамика» (ряд сменных модулей позволяет исследовать различные виды теплообмена: теплопроводность, естественную и искусственную конвекцию, лучистый теплообмен, а также процессы, происходящие при комбинации этих методов.
Список исследовательских модулей по изучению теплотехники и термодинамики:
9.1    «Исследование теплопроводности материалов методом пластины».
9.2    «Изучение теплопередачи при естественной конвекции воздуха около горизонтального цилиндра» 
9.3    «Исследование теплопередачи при естественной конвекции воздуха около вертикального цилиндра».
9.4    «Исследование теплопередачи при вынужденном движении воздуха в трубе».
9.5    «Изучение процесса адиабатного истечения газа через суживающееся сопло».
9.6    «Определение коэффициента излучения электропроводящих материалов калориметрическим методом».
9.7    «Исследование теплового процесса в теплообменном аппарате типа «труба в трубе».

  

В лаборатории ведущими специалистами ― преподавателями кафедры «Нефтехимия и химическая технология» ― проводятся учебные, практические и лабораторные занятия в рамках образовательных программ подготовки специалистов в области химической технологии по дисциплинам:

•  Процессы и аппараты химической технологии;
•  Дополнительные главы по дисциплине «Процессы и аппараты химической технологии;
•  Основы расчетов процессов и аппаратов химической технологии;
•  Гидромеханические процессы разделения;
•  Тепловые процессы химической технологии;
•  Энергосберегающие технологии в химической промышленности.

Кроме того, в лаборатории в тесном сотрудничестве с индустриальным партнером ООО «НИПИ НГ «Петон», студенты, аспиранты и преподаватели кафедры осуществляют выполнение научно-исследовательских работ в области моделирования и интенсификации гидромеханических процессов. 

Возможность воспроизводить на компактных стендах реальные промышленные процессы обеспечивает повышение уровня подготовки студентов в области изучения процессов и аппаратов нефтегазохимических производств и оказывает существенную поддержку развитию научных исследований по современным и перспективным направлениям разработки нефтегазохимического оборудования.
Лаборатория открывает новые перспективы для инновационных разработок в области процессов и аппаратов химической технологии. Полученный в результате работы лаборатории опыт может быть полезен для воспитания квалифицированных специалистов в области нефтегазоперерабатывающих и нефтегазохимических технологий, что крайне важно при проектировании и разработке современных импортозамещающих технологий и повышении эффективности существующих производств. Технические решения, полученные на базе лаборатории, позволят решить ряд актуальных проблем в области энергоэффективности и энергосбережения на предприятиях нефтегазохимического комплекса Республики Башкортостан и Российской Федерации.

На базе лаборатории планируется организация обучения по программам двойных дипломов с углубленным изучением процессов и аппаратов химических технологий, а также реализация междисциплинарных  программ в области добычи нефти и газа, транспорта нефтепродуктов, механики жидких и газовых сред, разработки специализированного программного обеспечения для управления промышленными процессами нефтегазохимии и т.д. 
Уникальное оборудование и современное программное обеспечение создаваемого учебно-исследовательского центра позволяют существенно расширить рамки существующих образовательных программ и реализовать совместные сетевые проекты не только с другими вузами, но и с образовательными организациями среднего профессионального образования страны.
В настоящее время в лаборатории начаты комплексные исследования в области изучения влияния гидродинамических и теплотехнических условий на работу промышленной химико-технологической аппаратуры в рамках совместных исследовательских проектов ООО «НИПИ НГ «Петон» и УГНТУ с привлечением сотрудников и студентов университета, а также лучших отраслевых специалистов. 
На базе новейших опытно-исследовательских стендов, мощных компьютерных станций и программно-аппаратных комплексов, которыми располагает лаборатория, будут проведены работы по постановке серии экспериментов, обработке результатов и моделированию промышленных нефтегазохимических процессов и производственной аппаратуры с возможностью последующего масштабирования результатов на промышленном уровне и полного воспроизведения заданных технологических параметров.

Немаловажным результатом создания лаборатории «Гидромеханические процессы» является вовлечение обучающихся университета в исследовательскую и проектную работу «НИПИ НГ «Петон», ПАО «Газпром» и других индустриальных партнеров вуза для решения реальных задач технологии. 
Создание именной лаборатории «Гидромеханические процессы» является важной частью стратегического плана УГНТУ по участию в программах комплексной цифровизации промышленных предприятий нефтегазохимической отрасли России. Лаборатория открывает новые перспективы для инновационных разработок в области процессов и аппаратов химической технологии, что крайне важно при проектировании и разработке современных импортозамещающих технологий.

Лабораторные установки, расположенные в Именной лаборатории «Петон» «Гидромеханические процессы»
Стенды, реконструированные силами ООО «НИПИ НГ «Петон»

1. Лабораторная работа «Определение режимов течения жидкости» 

Установка состоит из двух емкостей, соединенных между собой стеклянной трубкой. В ходе выполнения работы жидкость перетекает из одной емкости в другую, скорость жидкости регулируется. В поток подается трассер для визуализации движения элементарных потоков, определения режима течения жидкости (ламинарный, переходный, турбулентный).
В результате выполнения работы у студентов формируется визуальное представление о режимах течения жидкости, структуре потока. Также формируется понятие критерия Рейнольдса (меньше 2300 – ламинарный режим, 2300 – 10000 – переходный режим, больше 10000 – турбулентный режим) и причины необходимости его расчета.

 
2. Лабораторная работа «Определение гидравлического сопротивления в горизонтальной трубе круглого сечения»

Стенд представляет собой трубопровод с прямым участком без местных сопротивлений, а также с участком, включающим местные сопротивления (сужения и расширения). Вода подается в трубопровод из емкости с помощью насоса. Для определения гидравлических сопротивлений используются дифференциальные манометры, для определения расхода используется ротаметр. Расчеты производятся для проверки теоретического уравнения по определению перепада давления (уравнения Дарси-Вейсбаха).
На стенде выполняются задания по определению:
- потерь давления на трение на прямом участке трубопровода;
- потерь давления на местные сопротивления при сужении трубопровода;
- потерь давления на местные сопротивления при расширении трубопровода;
- общих потерь давления на местные сопротивления.
В результате выполнения работы студенты получают представление о гидравлических сопротивлениях в трубопроводе, погрешностях их измерения, их видах и источников возникновения, а также о методах их расчета, что важно при расчете и подборе насосного оборудования.

 
3. Лабораторная работа «Определение скорости свободного осаждения (всплытия) шарообразных частиц в поле гравитационных сил»

Лабораторная установка содержит в себе 3 цилиндра, заполненных глицерином. В первом цилиндре с глицерином (слева на фотографии) исследуется осаждение твердых частиц различной формы (шарообразные и нешарообразные) и плотности (сталь, алюминий, фторопласт). Во втором цилиндре исследуется осаждение капель тяжёлой жидкости, в третьем цилиндре– всплытие капли легкой жидкости.
В результате выполнения работы у студентов формируется представление о сути и особенностях процесса осаждения, методе Лященко и других методах, необходимых для расчета распространенных в технологии процессов механического разделения смесей.

 
4. Лабораторная работа «Определение постоянных фильтрования»

Лабораторная работа содержит разборный вакуум-фильтр, подключенный к вакуумному насосу, мешалку с регулятором, емкость для суспензии. В качестве разделяемой смеси используют суспензию воды с тальком, в качестве фильтрующей перегородки – обыкновенную фильтровальную бумагу.
В ходе работы проводят фильтрование под вакуумом исходной смеси при трех различных остаточных давлениях, замеряя при этом количество фильтрата и толщину слоя осадка. В результате рассчитывают постоянные фильтрования для данной смеси и фильтровальной перегородки, считая осадок несжимаемым, а затем рассчитывают для случая сжимаемого осадка.
В результате выполнения лабораторной работы студент получает представление о сути процесса фильтрования, а также приобретает навыки расчета фильтров на основании результатов эксперимента.

 
5. Лабораторная работа «Исследование процесса теплопередачи в теплообменнике типа «Труба в трубе»  

Стенд состоит из теплообменника типа «труба в трубе», термостата для поддержания постоянной температуры теплоносителя, датчиков температур, ротаметров для измерения расхода.

В ходе работы в аппарате происходит теплообмен между потоками горячей и холодной воды. Определение экспериментальных данных проводится при установившемся режиме, для прямоточной и противоточной схем течения жидкостей в теплообменнике «труба в трубе».
В результате выполнения работы у студентов формируется представление о теплообменных процессах, роли в технологических процессах, схемах движения жидкостей. Также студенты получают навыки по расчету и подбору теплообменного оборудования.

Стенды, приобретенные за счет средств ООО «НИПИ НГ «Петон»

1. Учебная лабораторная установка для исследования гидродинамических явлений в тарельчатых и насадочных аппаратах и тепло - массообмена по испарению на контактных элементах колонных аппаратов, ООО «Центркабельприбор»

 

Установка состоит из тарельчатой и насадочной колонн диаметром 200мм. Тарельчатая колонна изготовлена с двумя колпачковыми тарелками (10 колпачков на каждой тарелке), а объем насадочной колонны заполнен керамическими кольцами размером 15х15х2мм. На тарельчатой колонне проводятся гидродинамические исследования, изучается совмещенный тепло-массообмен между водой и воздухом по испарению. На насадочной колонне ведутся только гидродинамические исследования.
На стенде проводятся лабораторные работы по изучению гидравлических сопротивлений на тарельчатых (колпачковых) и насадочных (кольца Рашига) контактных устройствах.
Авторами предложено также рассмотреть возможность дооборудования противоточных колонн одной или двумя царгами и рассмотреть подачу углекислого газа для возможности проведения процесса абсорбции. 
ЛР 1 Исследование процессов тепломассообмена при непосредственном контакте на массообменных тарелках колонных аппаратов между жидкостью и газом (вода – воздух) по испарению. Составление теплового и материального балансов, определение коэффициентов теплопередачи и массопередачи. Получение их зависимости от гидродинамических режимов на тарелке. 
ЛР 2 Исследование гидродинамических явлений в тарельчатой колонне (зависимость сопротивления сухой, орошаемой тарелки от скорости газа в колонне, расчёт коэффициента гидравлического сопротивления тарелки).
ЛР 3 Исследование гидродинамических явлений в насадочной колонне (зависимость сопротивления сухого, орошаемого слоя насадки от скорости газа, визуальное наблюдение режимов работы, экспериментальное определение скорости захлёбывания). Будут рассмотрены варианты возможной замены нерегулярных насадок.
Данная лабораторная установка модернизирована с дополнением лабораторной работы ЛР 4 по абсорбции. 
Данный исследовательский стенд позволит проводить научные исследования не только студентам, но и магистрантам.
 
2. Комплексная учебная лабораторная установка для изучения гидродинамических и тепловых явлений в псевдоожиженном слое, 
ООО «Центркабельприбор»

 

Установка состоит из двух цилиндрических стеклянных аппаратов диметром 150 мм для работ 1,2 и 100 мм для работы 3, щита управления и приборов КИП, силового электрощита, комплекса технологического оборудования, обеспечивающего работу аппаратов. Воздух в аппараты подается от автономного вентилятора высокого давления.
ЛР 1 Исследование гидродинамических явлений в слое зернистого материала в диапазоне фильтрование - псевдоожижение. Экспериментальное определение скорости начала псевдоожижения (первой критической скорости псевдоожижения).
ЛР 2 Исследование гидродинамическое явлений в режиме уноса, пневмотранспорта частиц; циклонный процесс. Экспериментальное определение скорости уноса частиц (второй критической скорости псведоожижиения).
ЛР 3 Исследование работы теплообменного аппарата между системой жидкость-газ в условиях псевдоожиженного слоя. Экспериментальное определение коэффициента теплопередачи и его зависимости от скорости псевдоожижающего агента.
В результате выполнения работ у студентов формируется визуальное представление о работе аппаратов с псевдоожиженным слоем зернистого материала, а также формируется понимание, где и почему необходимы данные процессы.
 
3. Учебный лабораторный стенд «Исследование гидравлических характеристик насосного оборудования с МПСО» (ГМП-8), 
УП "НТП «ЦЕНТР»

На рамной несущей конструкции стенда расположены две подсистемы: гидравлическая и электрическая.
На стенде установлены: 
- две насосные установки, каждая из которых содержит центробежный насос консольного типа и трехфазный асинхронный электродвигатель;
- один гидробак;
- трубопроводы с запорно-регулирующей аппаратурой;
- система электропитания;
- информационно-измерительная система.
На лицевой панели расположены: цифровые табло системы измерений, сигнальные индикаторы, органы управления насосами, автоматические выключатели защиты электродвигателей насосов.
На стенде проводятся следующие лабораторные работы:
ЛР 1 Определение рабочих и кавитационных характеристик центробежного насоса;
ЛР 2 Исследование характеристик насосной установки при последовательном включении насосов;
ЛР 3 Исследование характеристик насосной установки при параллельном включении насосов;
ЛР 4 Согласование характеристик насоса и сети. Определение оптимального режима работы.
В результате выполнения работы у студентов формируется представление о насосах, их последовательной и параллельной работе, представления о рабочей точке и влиянии характеристики сети. Студенты получают навыки по расчету насосного оборудования и получают представление о роли насосов в нефтегазохимическом производстве. 

4. Учебный лабораторный стенд «Теплотехника и термодинамика», УП «НТП «Центр»

 

Учебный лабораторный стенд представляет собой универсальную базовую конструкцию с теплообменником типа «труба в трубе» и блочной контрольно-измерительной системой. Конструктивно стенд состоит из корпуса, в котором установлено электрооборудование и электронные блоки контрольно-измерительной системы, рабочей панели и столешницы интегрированного рабочего стола.

На стенде проводятся следующие лабораторные работы: 
ЛР 1 Исследование теплопроводности материалов методом пластины. 
ЛР 2 Исследование теплопередачи при естественной конвекции воздуха около горизонтального цилиндра.
ЛР 3 Исследование теплопередачи при естественной конвекции воздуха около вертикального цилиндра.
ЛР 4 Исследование теплопередачи при вынужденном движении воздуха в трубе.
ЛР 5 Изучение процесса адиабатного истечения газа через суживающееся сопло.
ЛР 6 Определение коэффициента излучения электропроводящих материалов калориметрическим методом.
ЛР 7 Исследование теплового процесса в теплообменном аппарате типа "труба в трубе".
В результате выполнения работ у студентов формируется представление о теплообменных процессах, их основных видах и роли в нефтегазохимическом производстве. Также студенты получают практическое представление об особенностях расчета теплообменного оборудования.

Контактная информация

450064, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1, ауд. 539, кафедра "Нефтехимии и химической технологии"

E-mail: nht.ugntu@gmail.com;

Телефон: (347) 242-08-57

Заведующий кафедрой – Татьяна Рудольфовна Просочкина