Сравнительные массообменногидравлические характеристики контактных устройств насадочных аппаратов Текст научной статьи по специальности «Физика»



УДК 66.015.23

СРАВНИТЕЛЬНЫЕ МАССООБМЕННОГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОНТАКТНЫХ УСТРОЙСТВ НАСАДОЧНЫХ

АППАРАТОВ

А.Н. КРЫЛОВА*, М.М. БАШАРОВ**

* Казанский государственный энергетический университет, г. Казань ** ОАО «ТАНЕКО», г. Нижнекамск

В статье представлены сравнительные массообменные характеристики различных насадочных контактных устройств. Приведены данные по энергетическому комплексу и сделаны выводы для нерегулярных и регулярных массообменных насадок.

Ключевые слова: насадочные контактные устройства, массоотдача, эффективность разделения, энергетическая эффективность.

На предприятиях химической, нефтехимической, газовой и других отраслей промышленности, а также в теплоэнергетике широкое применение получили тепломассообменные колонные аппараты с насадочными контактными устройствами. Используются насадки как зарубежных, так и отечественных фирм [1, 2]. При выборе типа насадки и расчете режимных и конструктивных характеристик насадочных аппаратов важное значение имеет достоверное определение коэффициентов тепло- и массоотдачи и гидравлического сопротивления.

Академик М.В. Кирпичев предложил для оценки эффективности поверхности теплообмена использовать энергетический коэффициент Е, равный отношению количества тепла, отданного поверхностью Q, к мощности N, затраченной на перекачивание теплоносителя относительно поверхности:

Е = —. (1)

N

Коэффициент Е характеризует степень использования работы, затраченной на передачу тепла, или теплогидродинамическое совершенство организации процесса теплообмена около некоторой поверхности [3].

Аналогично может быть записано выражение для оценки эффективности массообмена:

Е = М. (2)

N

Количество переданного вещества из одной фазы в другую

М = *оу ^Ау, (3)

© А.Н. Крылова, М.М. Башаров

где Коу - коэффициент массопередачи, м/с; Г - поверхность массообмена, м2; Ду

- движущая сила массопередачи (разность рабочей и равновесной концентраций распределяемого компонента); у - компонет.

Энергия, необходимая для подачи газа в массообменную колонну,

N = ДрУг = ДрG/pг , (4)

где Др - перепад давления, Па; Уг - объемный расход газа в секции колонны, м3/с; б - массовый расход, кг/с; рг - плотность газа, кг/м3. Тогда уравнение (2) примет вид

Коу Г Дург

Е = -—. (5)

В работе [4] предложена более удобная форма записи энергетического коэффициента, в которой коэффициент Е относится к единице поверхности, т.е. исключается влияние величины температурного напора:

Е' , (6)

N/F

где а - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2-К); Г - поверхность теплообмена, м2. Для процесса массоотдачи это выражение запишется

Е = . (7)

N|F

Поверхность массобмена в насадочной колонне равна

Г = 5Ииг у ^, (8)

где S - площадь поперечного сечения аппарата, м2; Н - высота слоя насадки, м; ау - удельная поверхность насадки, м /м ; ^ - коэффициент смачиваемости поверхности насадки.

Подставим значение N (4) и Г (8) в (7) и получим

, Коу Шау Рг

Е = —--. (9)

Дрв

В теории массопередачи комплекс

к = °

Коу ^у V ц> Рг

называют высотой единиц переноса, м.

Тогда выражение (9) удобнее записать в виде

Е'о г = , (11)

где Дрор - перепад давления в орошаемой насадке, Па.

Комплекс Е характеризует энергозатраты и массообменную эффективность контактных устройств. Чем меньше гидравлическое сопротивление и больше коэффициент массопередачи (т.е. ниже значение ког), тем меньше комплекс Е и, следовательно, эффективнее насадка.

Рассмотрены следующие массообменные нерегулярные и регулярные контактные устройства: насадка «Инжехим-2000» [1], стальные кольца Рашига 50x50, стальные кольца Палля 50x50, кольца Zulzer С-И^ N0.2.5 [5], стальные кольца Рашига 50х50, регулярная насадка Ме11арак фирмы «Zulzer СЬеш1ееЬ» 125У [2], регулярная рулонная насадка «Инжехим» [1].

На рис. 1 представлено сравнение нерегулярных насадок по значению комплекса Е. Видно, что наиболее эффективной нерегулярной насадкой является насадка «Инжехим-2000».

3/2

Рис. 1. Зависимость комплекса Е от скорости газа, при плотности орошения q = 40(м /м • ч), йэ = 0,03 м, абсорбция аммиака водой: 1 - стальные кольца Рашига 50х50; 2 - кольца Zu1zer С-К^ N0.2.5 [5]; 3 - стальные кольца Палля 50х50; 4 - насадка «Инжехим-2000» [1]

На рис. 2 представлено сравнение регулярных насадок по значению коплекса Е. Наиболее эффективной является регулярная рулонная насадка «Инжехим».

Рис. 2. Зависимость комплекса Е от скорости газа, при плотности орошения q = 10(м3/м2 • ч),

абсорбция аммиака водой: 1 - стальные кольца Рашига 50х50; 2 - регулярная насадка Ме11арак фирмы <^икег Сhemtech» 125Y [2]; 3 - регулярная рулонная насадка «Инжехим» [1]

© Проблемы энергетики, 2010, № 11-12

Выводы

Модернизация тепло- и массообменных аппаратов с использованием высокоэффективных контактных устройств является все более актуальным направлением в различных отраслях промышленности и энергетике. В данной статье показано, что нерегулярная насадка «Инжехим-2000» является современной альтернативой кольцам Палля, Рашига и другим аналогичным насадкам. При равной высоте слоя она обеспечивает большую производительность, меньшее удельное гидравлическое сопротивление и более высокое качество разделения смесей. Регулярная рулонная насадка «Инжехим» также показывает лучшие характеристики и используется для модернизации тепло- и массообменных колонн [1].

Summary

In article comparative characteristics various contact devices on an exchange in weight are presented. The data on a power complex is cited and conclusions for irregular and regular nozzles exchanging in the weight are drawn.

Key words: contact devices, weight return, efficiency of division, power efficiency.

Литература

1. Лаптев А.Г., Фарахов М.И., Минеев Н.Г. Основы расчета и модернизация тепломассообменных установок в нефтехимии. Казань: Казан. гос. энерг. ун-т, 2010. 720 с.

2. Сокол Б.А. Насадки массообменных колонн / Б.А. Сокол, А.К. Чернышев, Д.А. Баранова. М.: «Галилея-принт», 2009. 358 с.

3. Гортышов Ю.Ф. Теплогидравлический расчет и проектирование оборудования с интенсифицированным теплообменом / Ю.Ф. Гортышов, В.В. Олимпиев, Б.Е. Байгалиев. Казань: Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 2004. 432 с.

4. Ануфьев В.И. Эффективность различных форм конвективных поверхностей нагрева. М.: Энергия, 1966. 183 с.

5. Metal Random Packing. Zulzer Chemtech. 2010. P. 16.

Поступила в редакцию 04 октября 2010 г

Крылова Анастасия Николаевна - аспирант кафедры «Технология воды и топлива на ТЭС и АЭС» Казанского государственного энергетического университета. Тел.: 8-917-2773599. E-mail nas tyakzn@ya. ru.

Башаров Марат Минниахметович - главный механик ОАО «ТАНЕКО». Тел.: 8 (8555) 24-21-56. E-mail Basharov_MM@taneco-npz.ru.