vuzbiochemiИзвестия вузов. Прикладная химия и биотехнологияProceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology2227-29252500-1558ИРНИТУ10.21285/2227-2925-2019-9-2-320-327vuzbiochemi-204Research ArticleХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯCHEMICAL TECHNOLOGYГидравлические испытания нерегулярной спиралевидной насадкиHydraulic tests of a random helical packing elementГубановН. Д.GubanovN. D.

к.т.н., доцент кафедры,

г. Иркутск

Ph.D. (Engineering), Associate Professor,

Irkutsk

gubanov_nd@ex.istu.eduМедведевД. В.MedvedevD. V.

аспирант,

г. Иркутск

Postgraduate Student,

Irkutsk

dima93medvedev@mail.ruБоженковГ. В.BozhenkovG. V.

к.х.н., доцент кафедры,

г. Иркутск

Ph.D. (Chemistry), Associate Professor,

Irkutsk

bgv74@inbox.ruИркутский национальный исследовательский технический университетРоссияIrkutsk National Research Technical UniversityRussian Federation20193009201992320327Copyright © Губанов Н.Д., Медведев Д.В., Боженков Г.В., 20192019Губанов Н.Д., Медведев Д.В., Боженков Г.В.Gubanov N.D., Medvedev D.V., Bozhenkov G.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vuzbiochemi.elpub.ru/jour/article/view/204

В химической, нефтеперерабатывающей, нефтехимической, пищевой и других отраслях промышленности для осуществления тепло-массообменных процессов в колонных аппаратах применяется большое количество разнообразных типов насадочных элементов. Достоинство насадочных колонн заключается в высокой эффективности, низком гидравлическом сопротивлении, широком интервале устойчивой работы. Важнейшими требованиями, предъявляемыми к насадкам, являются: высокая удельная поверхность, большая доля свободного объема, простота изготовления и низкая материалоёмкость. Однако в настоящее время нет насадок, удовлетворяющих всем требованиям, предъявляемым к ним. Это обусловливает тенденцию к разработке и использованию новых насадочных контактных устройств. В статье представлены результаты гидравлических испытаний разработанной спиралевидной насадки, которая может быть применена для осуществления тепломассообменных процессов в ректификационных, абсорбционных, экстракционных колоннах и градирнях. Несложная конструкция насадки позволяет изготавливать её путём сварачивания металлической полосы в цилиндрическую спираль. Такая форма насадки позволяет исключить контакт соседних элементов, что препятствует блокированию поверхности насадки и образованию застойных зон. Особенностью данной конструкции является то, что насадка имеет гладкий профиль и на нем нет элементов, которые могли бы быть центром образования отдельных капель и струй, снижающих эффективность массопередачи. Пленочный характер стекания жидкости с элемента насадки обеспечивает высокие массообменные характеристики при минимальном значении уноса и способствует снижению гидравлического сопротивления. На основе экспериментальных данных получены эмпирические уравнения для расчета гидравлических сопротивлений сухой и орошаемой насадки. Приведены сравнительные характеристики спиралевидной насадки с кольцами Палля и насадки «Инжехим-2000». Показано, что разработанная спиралевидная насадка имеет большую удельную поверхность, значительный свободный объем, низкое гидравлическое сопротивление, несложную конструкцию, что уменьшает себестоимость ее изготовления.

A large number of different packing elements are applied in the chemical, oil refining, petrochemical, food and other industries for implementing heat-and-mass transfer processes in columns. The advantage of packed columns consists in their high efficiency, low flow resistance and stable operation. The most important requirements for packing elements include their high specific surface area, large free volume proportion, ease of manufacture and low material consumption. However, few available packing elements meet all of the aforementioned requirements. In this work, we developed a helical packing element for implementing heat-and-mass transfer processes in distillation, absorption and extraction columns, as well as in cooling towers, and carried out a series of respective hydraulic tests. The novel packing element is characterized by a simple design, implying coiling a metal strip into a helix. Such a shape excludes the contact with neighbouring elements, which prevents blocking of the packing surface and formation of stagnant zones. A specific feature of this design consists in the smooth surface of the element, which prevents the formation of drops and streams, thus reducing the mass transfer efficiency. The film-like flow through the packing element ensures high mass transfer characteristics with minimum entrainment, thus contributing to the reduction of flow resistance. On the basis of experimental data, empirical equations were obtained for calculating the flow resistance of dry and wet packing patterns. A comparative analysis of the developed packing element with Pall Rings and Inzhekhim-2000 is provided. It is shown that the developed helical packing element is characterized by a large surface area, significant free volume and low flow resistance. In addition, the simple design of the element significantly reduces its production costs.

массообменные аппаратыспиралевидная металлическая насадкаколонны ректификационныеабсорбционныеэкстракционныеконструирование насадочных элементовгидравлическое сопротивлениеmass transfer deviceshelical metal packingfractionatingabsorption and ex-traction columnsdesign of packing elementsflow resistanceReferencesКаган А.М., Лаптев А.Г., Пушнов А.С., Фарахов М.И. Контактные насадки промышленных тепломассообменных аппаратов: монография. Казань: Отечество, 2013. 454 с.Kagan A.M., Laptev A.G., Pushnov A.S., Farakhov M.I. Kontaktnye nasadki pro-myshlennykh teplomassoobmennykh apparatov [Contact nozzles of industrial heat and mass transfer apparatus]. Kazan': Otechestvo Publ., 2013, 454 p.De Brito M.H., Von Stockar U., Bangerter A.M., Bomio P., Laso M. Effective Mass-Transfer Area in a Pilot Plant Column Equipped with Structured Packings and with Ceramic Rings // Industrial and Engineering Chemistry Research. 1994. Vol. 33. No. 3. P. 647–656. DOI: 10.1021/ie00027a023De Brito M.H., Von Stockar U., Bangerter A.M., Bomio P., Laso M. Effective Mass-Transfer Area in a Pilot Plant Column Equipped with Structured Packings and with Ceramic Rings. Industrial and Engineering Chemistry Research. 1994, vol. 33, no. 3, pp. 647–656. DOI: 10.1021/ie00027a023Liu W.-Z., Wong D.S.H., Wang S.-J., Hsu H.-C. Effect of mass transfer on the design of an extractive distillation process for separating DMC and methanol // Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers, 2016. Vol. 60. P. 205–212. DOI: 10.1016/j.jtice.2015.11.022Liu W.-Z., Wong D.S.H., Wang S.-J., Hsu H.-C. Effect of mass transfer on the design of an extractive distillation process for separating DMC and methanol. Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers. 2016, vol. 60, pp. 205–212. DOI: 10.1016/j.jtice.2015.11.022Hanusch F., Rehfeldt S., Klein H. Liquid Maldistribution in Random-Packed Columns: Experimental Investigation of Influencing Factors // Chemical Engineering and Technology. 2018. Vol. 41. No. 11. P. 2241–2249. DOI: 10.1002/ceat.201800467Hanusch F., Rehfeldt S., Klein H. Liquid Maldistribution in Random-Packed Columns: Experimental Investigation of Influencing Factors. Chemical Engineering and Technology. 2018, vol. 41, no. 11, pp. 2241–2249. DOI: 10.1002/ceat.201800467Farakhov M.I., Laptev A.G., Basharov M.M. Modernization of mass-exchange equipment by new packings in chemical engineering // Theoretical Foundations of Chemical Engineering. 2015. Vol. 49. Issue 3. P. 233–238. DOI: 10.1134/S0040579515030033Farakhov M.I., Laptev A.G., Basharov M.M. Modernization of mass-exchange equipment by new packings in chemical engineering, Theoretical Foundations of Chemical Engineering. 2015, vol. 49, issue 3, pp. 233–238. DOI: 10.1134/S0040579515030033Polyanski A.V., Blinichev V.N., Chagin O.V., Kravchik Y. Estimation of the efficiency of packed mass-transfer devices // Theoretical Foundations of Chemical Engineering. 2017. Vol. 51. Issue 3. P. 341–347. DOI: 10.1134/S0040579517030101Polyanski A.V., Blinichev V.N., Chagin O.V., Kravchik Y. Estimation of the efficiency of packed mass-transfer devices. Theoretical Foundations of Chemical Engineering. 2017, vol. 51, issue 3, pp. 341–347. DOI: 10.1134/S0040579517030101Danilov R.Yu., Petlyuk F.B., Serafimov L.A. Minimum-reflux regime of simple distillation columns // Theoretical Foundations of Chemical Engineering. 2007. Vol. 41. Issue 4. P. 371–383. DOI: 10.1134/S0040579507040069Danilov R.Yu., Petlyuk F.B., Serafimov L.A. Minimum-reflux regime of simple distillation columns. Theoretical Foundations of Chemical Engineering. 2007, vol. 41, issue 4, pp. 371–383. DOI: 10.1134/S0040579507040069Serafimov L.A., Chelyuskina T.V., Mavletkulova P.O. Special distillation regime involving an infinite reflux ratio and an infinite number of separation stages // Theoretical Foundations of Chemical Engineering. 2014. Vol. 48. Issue 1. P. 48–54. DOI: 10.1134/S0040579514010138Serafimov L.A., Chelyuskina T.V., Mavletkulova P.O. Special distillation regime involving an infinite reflux ratio and an infinite number of separation stages. Theoretical Foundations of Chemical Engineering. 2014, vol. 48, issue 1, pp. 48–54. DOI: 10.1134/S0040579514010138Serafimov L.A., Timoshenko A.V. Mass-transfer equation in multicomponent mixtures // Theoretical Foundations of Chemical Engineering. 2005. Vol. 39. Issue 3. P. 316–324. DOI: 10.1007/s11236-005-0081-9Serafimov L.A., Timoshenko A.V. Masstransfer equation in multicomponent mixtures. Theoretical Foundations of Chemical Engineering. 2005, vol. 39, issue 3, pp. 316–324. DOI: 10.1007/s11236-005-0081-9Bravo J.L., Rocha J.A., Fair J.R. Mass transfer in gauze packings // Hydrocarbon Processing. 1985. Vol. 64. No. 1. P. 91–95.Bravo J.L., Rocha J.A., Fair J.R. Mass transfer in gauze packings. Hydrocarbon Processing. 1985. vol. 64, no. 1, pp. 91–95.Schmidt R. The lower capacity limits of packed columns // Institution of Chemical Engineers Symposium Series. 2017. Vol. 2. No. 56. P. 3.1/1–3.1/13.Schmidt R. The lower capacity limits of packed columns. Institution of Chemical Engineers Symposium Series. 2017, vol. 2, no. 56, pp. 3.1/1–3.1/13.Reinhard Billet. Packed towers in processing and environmental technology. VCH – New York, 1995. 382 p.Reinhard Billet. Packed towers in processing and environmental technology. New York: VCH, 1995, 382 p.Пат. 170601, Российская Федерация, МПК B01J 19/30 Насадка для тепломассообменных аппаратов / Г.В. Боженков, Н.Д. Губанов, С.Г. Дьячкова, Д.В. Медведев, Е.В. Рудякова; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО «ИРНИТУ», № 2016123761; заявл. 15.06.2016; опубл. 02.05.2017, Бюл. № 13.Bozhenkov G.V., Gubanov N.D., D'yachkova S.G., Medvedev D.V., Rudyakova E.V. Nasadka dlya teplomassoobmennykh apparatov [Nozzle for heat and mass transfer apparatus]. Patent of RF, no. 170601. 02.05.2017.Фарахов Т.М., Башаров М.М., Шигапов И.М. Гидравлические характеристики новых высокоэффективных нерегулярных тепломассообменных насадок // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». 2011. N 2. С. 192–207. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=17 322447 (23.10.2018).Farakhov T.M., Basharov M.M., Shigapov I.M. Hydraulic characteristics of new high-performance irregular heat and mass transfer nozzles. Elektronnyi nauchnyi zhurnal «Neftegazovoe delo». 2012, no. 2, pp. 192–207. (Available at: https://elibrary.ru/item.asp? id =17322447 (accessed 23.10. 2018). (In Russian)Фарахов М.М., Фарахов Т.М., Лаптев А.Г. Гидравлические характеристики хаотичной насадки «Инжехим» для контакта газа и жидкости // Фундаментальные исследования. 2018. N 3. С. 24–28.Farakhov M.M., Farakhov T.M., Laptev A.G. Hydraulic characteristics of a chaotic injector for gas and liquid contact. Fundamental'nye issledovaniya. 2018, no. 3, pp. 24–28. (In Russian)Рамм В.М. Абсорбция газов. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Химия. 1976. 656 с.Ramm V.M. Absorbtsiya gazov [Gas absorption]. Moscow: Khimiya Publ., 1976, 656 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.