Автор: А.С.Пушнов, К.В.Чиж, М.Г. Беренгартен (Институт инженерной экологии и химического машиностроения МГМУ).

Опубликовано в журнале Химическая техника №1/2014

В настоящее время в химической и других отраслях промышленности большое внимание уделяется повышению энергоэффективности осуществляемых процессов. В связи с этим представляется весьма актуальным совершенствование контактных устройств, широко используемых в химии и в энергетике.

Одно из новых направлений увеличения эффективности регулярных насадок, применяемых, например, при осуществлении процессов абсорбции и ректификации в химической промышленности, а также при осуществлении испарительного охлаждения в градирнях заключается в применении короткослоевых насадок [1–5]. В этой связи представляет интерес анализ влияния высоты элементов (ярусов) регулярной многослоевой насадки на объемный коэффициент массоотдачи bжv.

Выпускаемые фирмой Sulzer эффективные регулярные насадки Mellagrid решетчатого типа имеют небольшую высоту элементов (130…220 мм). Эта многоярусная насадка имеет сравнительно высокую эффективность. Однако влияние высоты ярусов насадки на процесс тепло- и массообмена в материалах фирмы не раскрывается [1].

Общий вид насадки типа Mellagrid показан на рис. 1.

Рис. 1. Насадка Mellagrid
Рис. 1. Насадка Mellagrid

В то же время, как следует из анализа результатов опытов с идентичной регулярной структурированной насадкой [2], при уменьшении высоты ярусов hяр от 100 до 25 мм и нагрузке по жидкости qж = 10 м3/(м2ч) объемный коэффициент массоотдачи bжv возрастает от 0,0074 до 0,015 с–1, т.е. в ~2 раза. Та же закономерность прослеживается и при более высоких плотностях орошения [qж = 30; 50 ;70 ;100 м3/(м2ч)]. Графические зависимости bжv = f(hяр), построенные по данным опытов работ [2, 3], показаны на рис. 2, 3.

Рис. 2. Зависимость βжv = f(hяр) по данным работы [2] при нагрузках по жидкости qж = 10 м3/(м2ч)
Рис. 2. Зависимость βжv = f(hяр)
по данным работы [2] при нагрузках
по жидкости qж = 10 м3/(м2ч)
Рис. 3. Зависимость объемных коэффициентов массоотдачи βжv от высоты ярусов насадки hяр применительно к процессу абсорбции при различных нагрузках по жидкости qж [2]: 1 – 30 м3/(м2ч); 2 – 50 м3/(м2ч); 3 – 70 м3/(м2ч); 4 – 100 м3/(м2ч)
Рис. 3. Зависимость объемных коэффициентов массоотдачи βжv от высоты ярусов насадки hяр применительно к процессу абсорбции при различных нагрузках по жидкости qж [2]: 1 – 30 м3/(м2ч); 2 – 50 м3/(м2ч); 3 – 70 м3/(м2ч); 4 – 100 м3/(м2ч)
Следует отметить, что причина увеличения эффективности процесса массоотдачи в данном случае, как и при регулярной укладке миникольцевых насадок, одна и та же – увеличение количества «концевых эффектов» за счет уменьшения высоты элементов насадки [6].

С учетом особенности миникольцевых насадок (одна из них показана на рис. 4) – их свойства односторонней горизонтальной самоориентации, выявленного в работах [2, 3], наличие влияния высоты элементов регулярной насадки, по-видимому, может быть распространено также и на миникольцевые насадки при их регулярной укладке в колонном аппарате.

Рис. 4. Миникольцевая насадка MICHM-X, загруженная в колонный аппарат
Рис. 4. Миникольцевая насадка MICHM-X, загруженная в
колонный аппарат

На рис. 2, 3 пунктиром показана качественная экстраполяция графических зависимостей bжv = f(hяр) в область минимально возможной высоты ярусов насадки (hяр = 5…10 мм), обусловленной чисто технологическими соображениями, которая совпадает с используемой высотой современных элементов миникольцевых насадок. Так, насадка типа MICHM-X-1 имеет габаритные размеры 50×15×1мм, а насадка типа SMR (Китай) – 50×17×0,8 мм [6].

Подробнее физическая природа концевых эффектов и их влияние на эффективность процессов тепло- и масссообмена обсуждаются в работах [4, 5], где показано, что применительно к регулярным гофрированным насадкам уменьшение высоты яруса в многослоевой насадке позволяет существенно интенсифицировать технологические процессы в химии и теплоэнергетике.

Список литературы

  1. Sulzer Chemtech. www.sulzerchemtech.com 22.13.06.40-IX.05-1000.
  2. Махнин А.А., Володин Н.И. Очистка технологических и вентиляционных выбросов от органических растворителей//Химическая промышленность сегодня. 2007. №3.
  3. Махнин А.А. Совершенствование процессов и аппаратов для очистки паровоздушных смесей от органических растворителей сорбционными методами. Дис. … д-ра техн. наук. Ярославль: ЯрГТУ, 2010.
  4. Пушнов А., Каган А. Структура и газораспределение в колонных аппаратах с насадкой//Saarbrcken: LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co. KG, 2012.
  5. Пушнов А.С., Лозовая Н.П. Входной участок гидродинамической стабилизации потока в регулярной насадке//Химическая промышленность. 2009. Т. 86. №5.
  6. 6. Пушнов А.С., Чиж К.В. Геометрические характеристики миникольцевых насадок для осуществления тепло- и массообменных процессов//Химическая техника. 2010. №7.
СХОЖИЕ СТАТЬИБОЛЬШЕ ОТ АВТОРА