Гидравлические испытания нерегулярной спиралевидной насадки

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.

массообменные аппараты, спиралевидная металлическая насадка, колонны ректификационные, абсорбционные, экстракционные, конструирование насадочных элементов, гидравлическое сопротивление

1. Каган А.М., Лаптев А.Г., Пушнов А.С., Фарахов М.И. Контактные насадки промышленных тепломассообменных аппаратов: монография. Казань: Отечество, 2013. 454 с.

2. 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/ie00027a023

3. Liu 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.2015.11.022

4. Hanusch 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.201800467

5. Farakhov 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/S0040579515030033

6. Polyanski 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/S0040579517030101

7. Danilov 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/S0040579507040069

8. Serafimov 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/S0040579514010138

9. Serafimov 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/s11236-005-0081-9

10. Bravo J.L., Rocha J.A., Fair J.R. Mass transfer in gauze packings // Hydrocarbon Processing. 1985. Vol. 64. No. 1. P. 91–95.

11. 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.

12. Reinhard Billet. Packed towers in processing and environmental technology. VCH – New York, 1995. 382 p.

13. 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.

14. 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).

15. 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.

16. Рамм В.М. Абсорбция газов. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Химия. 1976. 656 с.