Интенсификация процесса тепломассообмена в контактных аппаратах с регулярной насадкой, страница 3

Седлообразные насадки из металла впоперечном сечении представляют собой полукольца с перфорацией, а в рядеслучаев с отогнутыми лепестками, выдавленными дугами и т.д. Кседлообразным насадкам относятся насадки Super saddle, Hiflow saddle,Intalox Saddle, Nutter ring, RMSR metal, Interpack, Metal conjugated ring [26, 31,57, 108].

К ним же относится серия насадок отечественного ООО ИВЦ«Инжехим»: Инжехим 2000 [39, 77], Инжехим 2002 [79], Инжехим 2003-М[79], Инжехим 2004 [67].Существуют и другие насадки, которые нельзя однозначно отнести ктому или иному типу насыпных насадок. К ним можно отнести насадки вформе винтовых поверхностей [31], розетку Теллера [108] и схожие с ней поконструкции насадки Dinpack [31], Snowflake [57], Starpak [108], насадки ввиде полых шаров, напр.

Хакетте [31], Топ-Пак [108], Polyhedral hollow ball15[108] и др. Некоторые конструкции насыпных насадок представлены на рис.1.1.Регулярные насадки появились позднее, чем первые насыпные насадки.Простейшим примером регулярной насадки может служить правильноуложенная в контактный аппарат кольцевая насадка, например кольцаРашига, кольца Палля и др. При этом образуется совокупность вертикальныхканалов, открытых для прохода газа и сводится к минимуму количество зон,в которых может происходить задержка жидкости. К одним из первыхрегулярных насадок можно отнести плоскопараллельную насадку [51] ихордовую насадку [31, 45].

Плоскопараллельная насадка представляет собойвертикально устанавливаемые в контактный аппарат с небольшим зазоромдруготносительнодругаметаллическиелисты.Хордоваянасадкапредставляет собой доски, устанавливаемые в аппарат вертикально, но, какправило, в несколько ярусов, каждый из которых повернут на угол,относительно соседних по высоте ярусов [37].Для увеличения интенсивности тепломассообмена в газожидкостныхконтактныхаппаратаххимическойпромышленностипотребовалосьувеличение удельной поверхности насадок.

Так появились регулярныенасадки с гофрированной поверхностью и всевозможным рифлением. Вкачестве материала стали применять сталь. Для лучшего перераспределенияжидкости в слое насадки и уменьшения застойных зон, элементы насадкистали оснащать отверстиями, щелями, пазами и т.д. В настоящее время,широко используются в промышленности насадки из гофрированных подуглом к вертикали пластин. К таким насадкам можно отнести насадки KochIY [48], насадки Mellapak, Montz A1, Montz A2, Montz A3, Montz B1 и.т.д.[108]. Иногда такие насадки выполняют в виде рулонов, например насадкаИнжехим [40].Длябольшинстварегулярныхнасадокповерхностьютепломассообмена является поверхность плёнки жидкости, а сама насадкапредставляет собой единые блоки.

Однако, это характерно не для всех16Рис. 1.1. Некоторые насыпные насадки17Рис. 1.1. Некоторые насыпные насадки (продолжение)18насадок. Так, например, в работе [1] описана конструкция уголковойнасадки.Онапредставляетсобойблокиизуголковогопрофиля,устанавливаемых в колонный аппарат в шахматном порядке, причем осисимметрии уголков параллельны вектору гравитации.

При этом на даннойнасадке в качестве поверхности тепломассообмена попеременно выступаетто плёнка жидкости, то капли жидкости вместе со струями жидкости,стекающие с вышележащих элементов насадки на нижележащие. В работе[80] описана конструкция двутавровой насадки. Она выполняется издвутаврового профиля, устанавливаемого в насадочный аппарат под углом45о. Принципиальное отличие двутавровой насадки от многих других типовнасадок заключается в том, что она работает в эмульсионном режиме. Приэтом газ барботирует через слой насадки, образуя множество пузырей,поверхность которых и является поверхностью тепломассообмена.

В работе[10]предложенаконструкциярегулярнойнасадкисэффектомэжектирования. Насадка представляет собой пакеты гофрированных листов,установленных вертикально, вершинами гофр друг к другу. При этомобразуется система зигзагообразных каналов для газа, в то время какжидкость перетекает с выступа гофр одного листа во впадину гофр соседнеголиста с образованием плоской струи. Таким образом, для данной насадкипроцессымассообменапроисходятмеждупотокомгаза,ипространственными струями жидкости. В Ивановском государственномхимико-технологическом университете была разработана пакетная вихреваянасадка [13, 14, 46, 53], работающая в устойчивом эмульсионном режиме прискоростях газа (пара) от 2,5 до 5,5 м/с.

При этом, по мнению авторов [14], придвижении газа через слой данной насадки, имеет место закручиваниегазожидкостной смеси. Это приводит к определенной интенсификациитепломассообмена, а также к сепарации капель. Следует отметить такженеобычную конструкцию цепной насадки, описанной в работах [64, 65].Данная насадка представляет собой подвешенные в колонном аппарате цепи,по которым стекает плёнка жидкости. Движущийся противотоком газ19взаимодействует с гравитационно стекающей по цепям плёнкой жидкости. Влитературе можно встретить также описание регулярных подвижныхнасадок,классификациякоторыхпредложенавработе[25].Онипредставляют собой подвешенные на струнах насадочные тела. Однако онине получили широкого распространения.Следует отметить, что в энергетике для градирен, как правило, вместотермина «насадка» (англ.

Packing), используют термин «ороситель» (англ.Fill). В градирнях температура воды на входе, как правило, не выше 60 оС[54]. По этой причине в настоящее время в градирнях нашли широкоераспространениеоросителиизполимерныхматериалов,напримерполивинилхлорида или полипропилена [38, 43].

Это определяется невысокойстоимостью полимерных материалов и их стойкостью при рабочихтемпературах воды в системах оборотного водоснабжения. Кроме того,полимерные материалы менее подвержены биообрастанию, что имеет местона хордовых насадках из дерева. Стоимость таких оросителей заметно ниже,чем стальных.Следует отметить, что в градирнях насыпные насадки практически неиспользуются. Это является следствием относительно более высокогогидравлического сопротивления насыпных насадок, по сравнению срегулярными. В процессах испарительного охлаждения оборотной воды,особенно в башенных градирнях с естественной тягой, важнейшим качествоморосителя является низкое гидравлическое сопротивление.

Попытка создатьоросители для градирен с низким гидравлическим сопротивлением привели кпоявлению капельных и капельно-плёночных оросителей. Таким образом,современная классификация насадок для градирен подразумевает ихразделение на три типа: плёночные, капельные и капельно-плёночные. Кплёночным относятся оросителя, у которых тепломассообмен междувоздухом и жидкостью происходит на поверхности плёнки жидкости,стекающей по насадке. К таким можно отнести насадки FX12.12, и сериюнасадок KSN фирмы GEA 2H Water technologies Ltd, насадки 1SP и 2SP [22],20насадки типа 22,5, 36+6 и ККУ [83], насадки КСН, КСН-1, КСН-2, КСН-3[85]и др.

Оросители, для которых невозможно однозначно выделить, что собойпредставляет поверхность тепломассообмена – плёнку жидкости или капли,относят к капельно-плёночным. Такие оросители обычно имеют сетчатуюструктуру, и к ним можно отнести регулярную сетчатую насадку [9],гофрированную сетчатую насадку [106], сетчатые призмы и трубы [37, 38],полимерные оросители ОГББ, ОГГТ, ОГЛЗ и ОГК из работы [7].

Ккапельным относятся оросители, в которых тепломассообмен междувоздухом и водой происходит преимущественно на поверхности капель, асами насадки представляют собой объемную решетку из планок или реекНаиболее[54].высокойэнергоэффективностьюприиспарительномохлаждении воды обладают плёночные оросители, однако используются онипреимущественно там, где охлаждается чистая вода. Некоторые конструкциирегулярных насадок и оросителей градирен представлены на рис.

1.2.Конструктивные способы интенсификации процессов контактного1.3.теплообмена на регулярных насадках.Проблемапроцессовинтенсификацииявляетсяоднойизгазожидкостныхнаиболеетепломассообменныхактуальныхвхимическойпромышленности. В литературе можно найти множество работ, в которыхрассматриваютсявопросыинтенсификациитепломассообменавгазожидкостных насадочных аппаратах. Также существует множествоклассификаций способов интенсификации тепломассообмена. По мнениюавтора,целесообразноразделитьвсеконструктивныеспособыинтенсификации тепломассообмена на регулярных насадках на следующиегруппы:способы, связанные с увеличением удельной поверхности насадки(выполнение на поверхности элементов насадок гофр, рифления, лунок,__________________________________________________________________21Рис. 1.2.

Некоторые регулярные насадки22Рис. 1.2. Некоторые регулярные насадки (продолжение)23________________________________________________крупномасштабнойрегулярнойшероховатостиит.д.,применениеволокнистых насадок и др. способы);- способы, связанные с улучшением распределения жидкости в слоенасадки (выполнениенасадокизхорошо смачиваемых орошающейжидкостью материалов, выполнение на насадках отверстий, щелей, просечеки т.д.);- способы, связанные с изменением конфигурации насадочного слоя(установка соседних блоков насадки под углом друг относительно друга,установка блоков насадки с зазором по высоте аппарата, уменьшение высотыярусов насадки и т.д.);- другие способы.Первая группа способов широко используется в химической и другихотраслях промышленности.

Выполнение гофр на элементах насадкипозволяет значительно развить удельную поверхность насадки. Мелкоерифлениепозволяетувеличить удельную поверхность дажеу ужегофрированных насадок. Так как количество переданных теплоты и массы впроцессах тепломассообмена пропорциональной поверхности контакта фаз,то способы первой группы достаточно давно и успешно используются дляинтенсификации.Способы,связанныесулучшениемраспределенияжидкости в слое насадки, не являются широко распространенными (заисключением выполнения насадки из хорошо смачиваемых материалов).Кроме того они малоизучены. Так, например, выполнение перфорации наэлементахнасадкиоднозначноприводиткуменьшениюудельнойповерхности насадки.

Однако, из анализа экспериментальных работнекоторых авторов [12, 41, 42, 109], можно сделать вывод, что отверстия внасадке обеспечивают перетекание жидкости с одной стороны элементанасадки на другую. Это должно обеспечивать не только эффективноеперемешивание жидкости на элементах насадки, но и более равномерноераспределение жидкости в аппарате. В условиях неравномерного орошения,24отверстия в насадке могут обеспечить более полное смачивание насадки.Однако в литературе крайне редко встречаются работы, посвященныеизучению влияния перфорации в элементах насадки на площадь активнойповерхности насадки или на коэффициенты теплообмена и массообмена.Впоследнеевремявлитературеможнонаблюдатьработы,посвященные изучению влияния компоновки блока насадки на коэффициентмассоотдачи [60, 85, 86].