CC BY
45
ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ
УДК 532.516
В. И. Петров, А. С. Балыбердин, И. А. Махоткин,
А. В. Петров
СПОСОБ УВЕЛИЧЕНИЯ УДЕРЖИВАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ВИХРЕВЫХ
КОНТАКТНЫХ УСТРОЙСТВ ПО ЖИДКОЙ ФАЗЕ
Статья поступила 26.12.06 Представлены результаты исследования удерживающей способности вихревых контактных устройств с различной конструкцией контактных патрубков и различной конструкцией завихрителей. Получена зависимость средней толщины вращающейся пленки жидкости от изменения конструктивных параметров ВКУ.
Одним из основных путей интенсификации работы вихревых контактных устройств (ВКУ) является увеличение внутри ВКУ объемной доли жидкой фазы, которая представляет собой отношение:
Ш2=и2/Ук, м3/м3, (1)
где иг - объем жидкой фазы, или удерживающая способность ВКУ по жидкой фазе, м ; Ук -объем вихревого контактного устройства, м3.
Зная удерживающую способность вихревого контактного устройства, можно определить время пребывания жидкой фазы:
Тз=Юз с, (2)
где д2 - объемный расход жидкой фазы, м /с.
Средняя толщина жидкостной пленки определяется по выражению:
5= и /Б, м, (3)
где Б - внутренняя боковая поверхность контактного устройств, м2.
Последние выражения нужны для описания процесса абсорбции, осложнённого химическими реакциями, особенно реакциями с большим тепловым эффектом. Для экспериментального определения объема жидкой фазы в ВКУ нами был выбран метод одновременной отсечки газовой и жидкофазной линий, как наиболее надежный и простой [1]. Од-
новременная отсечка фаз осуществлялась специальным устройством, включающим в себя приемную воронку, направляющую трубку, кран типа «открыто-закрыто» и систему рычагов. После проведения отсекания газовой и жидкостной линий проводился замер объема жидкости, находящейся внутри ВКУ.
На рис. 1 а,б представлены схемы исследуемых ВКУ с различной конструкцией контактных патрубков.
На рис.2 показана зависимость удерживающей способности ВКУ от расхода газа при различных расходах жидкости. Из графика видно, что с увеличением расхода газа количество жидкости в ВКУ уменьшается и, наоборот, с увеличением расхода жидкости -увеличивается.
Рис. 1 - Схемы исследуемых ВКУ: а - ВКУ с цилиндрическим контактным патрубком; б - ВКУ со сферическим контактным патрубком
На рис. 3а, б представлена зависимость средней толщины пленки жидкости от изменения угла наклона образующей завихрителя (рис. 3 а) и величины отношения (0/0вх) для вихревого устройства со сферической формой контактного патрубка, которая обеспечивает повышенную удерживающую способность ВКУ по жидкой фазе.
400 600 800 1000 Q, м 3/ч 1400
Рис. 2 - Зависимость удерживающей способности ВКУ с цилиндрическим контактным патрубком от расхода газа (х - L=0, 333 м3/ч; Д - L=0,648 м3/ч; • - L=1,128 м3/ч)
На основании проведенного эксперимента было получено уравнение, описывающее удерживающую способность ВКУ с цилиндрическим и сферическим контактными патрубками:
ю-103=4,4-0,006 Q+32,6 L+6,5 D/Dвх-0,2QL+220L D/Dвх, м3/м3, (4)
где, Q - расход газа, м3/ч; L - расход жидкости, м3/ч; D/Dвх - отношение диаметра сферического контактного патрубка к его диаметру в области соединения с тарелкой.
Зависимость средней толщины пленки жидкости от изменения режимных и конструктивных параметров ВКУ имеет вид:
5=1,35-10-3- ^Ювх)1’7^-0’78^’2, (5)
где а - угол наклона образующей завихрителя в градусах.
Данные уравнения могут быть использованы для расчета удерживающей способности и средней толщины пленки жидкости в ВКУ как с цилиндрическим, так и со сферическим контактными патрубками.
а б
Рис. 3 - Зависимость изменения средней толщины пленки жидкости а) от угла наклона образующей завихрителя при 0=900 м3/ч; б - от соотношения й/йвх; 0=1020 м3/ч; а=490; • - 1_=1,0 м3/ч; А - 1_=0,48 м3/ч; х - 1_=0,24 м3/ч
Исследование удерживающей способности ВКУ, контактный патрубок которого изготовлен из навитой трубки (змеевика) [2] показало, что ВКУ, контактный патрубок которого состоит из змеевика, обладает повышенной удерживающей способностью, по сравнению с ВКУ, контактный патрубок которого цилиндрический. Так при расходе газа 600-800 м /ч объёмная концентрация жидкой фазы ВКУ, контактный патрубок которого из змеевика, в 2 раза больше, чем ВКУ с цилиндрическим контактным патрубком (рис. 4 а).
а б
Рис. 4 - Зависимость объёмной концентрации жидкой фазы (а) и средней толщины плёнки жидкости (б) от изменения расхода газа в ВКУ с контактным патрубком в виде трубчатого змеевика: 1 - 1_=1,0 м3/ч; 2 - 1_=1,2 м3/ч; 3 - 1_=1,4 м3/ч
Средняя толщина плёнки жидкости в ВКУ с навитым патрубком (рис.4.б.) по сравнению с ВКУ снабжённым цилиндрическим патрубком соответственно увеличивается в несколько раз.
Проведённые исследования позволили разработать способ увеличения удерживающей способности вихревых устройств за счёт использования центробежных сил и создания новой конструкции контактного патрубка выпуклой формы. Разработанный способ нашёл применение в промышленности при создании высокоэффективных абсорберов и является перспективным для разработки эффективных массообменных аппаратов работающих в космосе.
Литература
1. Тананайко Ю.М., Воронцов Е.Г. Методы расчета и исследования плёночных процессов. Киев: Техника, 1975. 215 с.
2. А.с. 1655532 (СССР). Вихревой тепломассобменный аппарат/ Петров В. И., Халитов Р.А., Ма-хоткин А. Ф. и др. // БИ. 1989. № 22.
© В. И. Петров - канд. хим наук, доц каф. оборудования химических заводов КГТУ; А. С. Балы-бердин - науч. сотр. КМИЦ «Новые технологии» КГТУ; И. А. Махоткин - асс. каф. оборудования химических заводов КГТУ; А. В. Петров - асп. той же кафедры.
