И.Л. Кнунянц - Химическая энциклопедия, том 3 (1110089), страница 363
Текст из файла (страница 363)
Нанб. распространены: 1) кожухотрубчатые пленочные тепломассообменные аппараты (рис. 1); 2) колонные аппараты с регулярными насадками (см. Н«адд«нные «дд«р«гны) в виде пакетов из гладких (плоскопараллельиые) н гофрнр. пластин (нзигзаг») илн сетки («Зульцер», рулонные, Мультикнит, Стедмана), а также в виде регулярно уложенных мелких элементов (кольца Рашнга в укладку, нИмпульспекинг») илн блоков (щелевые, решетчатые, сотовые); 3) роторные пленочные аппараты с мех.
подводом энергии. з с Рнс ). Ковузотр) бчатый олсноынгй абсорбср: ) -трубы, оо ввутр. стенкам к.рыз стскаст нын. ка кдкостн: 2-тсоловоснтсль; 3-раоорсдслн ель орошении, Ьи С-соотв. вилкость в тм )нар). ПЛЕНОЧНЫЕ 575 прямотоке. Для гладкой пов-сти пленки при наиб.
распространенном в природе н технике турбулентном режиме течения газа справедлива ф-ла Блазнуса: Л«ь ж ) вьо = 0 316Ке«о,зз (4) где и. ао-козф. гидравлич. сопротивления для гладкой пленки, Кев = (й«х ы,) (Р— 2/)))оо, оо — кинематич.вязкость газа, мз/с. Однако уже при Кеь > 20 — 40 в реальных условиях пов-сть пленки покрывается системой нерегулярных воля, к-рые но амплитуде делятся на крупные (наплывообразные) н мелкие капиллярные волны. Наличие большого числа мелких волн приводит к росту относит. гидравлич.
сопротивления Л = (дсь — К ьо)/аско из-за дополнит, потерь иа отрыв потока с гребней волн. Найдено, что Л=1640( — ") -С, где а-относит. амплитуда мелюсх волн; )ь -ях длина, м; постоянная С = 0 для противотока и С 0,1! для нисходящего прямотока. 1 для турбулентного режима (Кеь > 1600): ))/О = 0,135Кеат) з (2) где Ке„49/оь; д-линейная плотность орошения, мз/(м с); ч„= р„/рь — кянемапсч.
вязкость жидкости, мз/с; ць — динамич. вязкость жидкости, Па с; рь — плоти. жидкости, кг/м'; О = (огз/д)"з — приведенная толщийа пленки, м; д — ускорение своб. падения, м/с'. Величина Ь принимает значения от десятых долей мм для маловязких жидкостей (тнпа воды) до яеск. мм для вязких жидкостей (тнпа глицерина) при больших плотностях орошения. Время пребывания пленки в зоне контакта фаз обычно невелико вследствие высокой скорости течения нь = дг)/г. П. а. характеризуются тахже очень низкимн перепадамн давления: Р«(йо + ") Лраз. = )'«ь — Г! н.
(Р— 26) 2 (3) где й«ь-коэф. гидравлич. сопротивления орошаемой трубы; ! — длййа трубы, м; Р-диаметр трубы, м; рс — плоти. газа, кг/м'; йв — среднерасчодная скоростыаэа, м'а; «, -скорость поверхностного слоя пленки жидкости, м/с, к-рая суммнруегся с яс при протнвотоке и вычитается из нее при 1!41 Пленки жндкоати н поток газа (пара) в кожухотрубч а ты х П, а.
могут двигаться в противоположном (противоток, рис. 2,«) и одном (ярямоток, рнс. 2, б, в, г) направлении. Гидродинамнч. взаимод. фаз слабое, когда толщина и скорость течения пленки не зависят от скорости движения второй фазы (риа. 2, «, б); сильное взанмод. обычно сопровождается образованием и уносом капель газовым потоком (рис. 2, в, г). В пределах каждой фазы течение м.б. ламннарным или турбулентным. Наиб. важяые технол.параметры для П.а. †средн толщина пленки /г, характеризующая интенсивность теплопередачи, и потери напора в аппарате Лрс (в случае абсорбции о)уределяют энергозатраты на процесс, при ректифнкацни влияют на изменение т-ры по высоте колонны). При слабом взанмод.
фаз /) стекающей пленки жидкости (независнмо от относит. направления потоков-противоток, прямоток) для ламинарного режима течения (число Рейнольдса для пленки жидкости Кеь с 1600) определяют по ф-ле Нуасельта: й/О = 0,908Кеь)з, (1) о с рис. 2 Тяпы двузфазвык олсночньо течений орв слабом )с, В) в омьаом рл г) ПМРОЛиваМНЧ. ВвавМОЛ, фаиг И-НРОтымтОК, Но < ОЫ б-Нноссдаынй ОРИМОтОК, ио < Ы'; с-иослодыдий аримоток, дс > «Ы г- ввсколывнй орвмоток, н» ц'; с' о' л а )-соотв.
дваьытр н длани трубьь м. Крупные волны полноатью перемешивают приповерхностные слои жидкости и интенсифицируют массообмен в 2 — 2,5 раза по сравнению с теоретич. расчетом для ламинарной гладкой пленки. Коэф. массоотдачи для пленки жидкости ()ь (м/с) м.б. оценен по ф-ле ()ь м ч/Рл/д, где Р„-котф. мол. диффузии распределяемого комйоиеита А (м'/с),/д-частота крупных волн (л/а). Для турбулентного течения йленки сппаведлива теоретич. ф-ла бьй/Рд = = 0,097Куз)о Кеьз'и Бааз, где К„= рад/рьоз — безразмерный параметр, о — поверхностное йатяженне яж/мз), Бс = над — число Шм)щта для жидкости.
Массоотдача в газовой (паровой) фазе в области слабого взанмод. при турбулентном режиме течения газа (пара) определяется по аналогии с поверхностным трением газа в орошаемой трубе (аналогия т(илтона — Колборна): ()«/(йс ь нг) = () сьо/8) Вас "', (6) где ))с-козф. массоотдачи для газовой (паровой) фазы, м/с; Яао — число Шмидта для газовой фазы. Предельные нагрузка по жидкости и газу (макс. производительность) противоточных П.а. ограничены нзахлебываниемзз. Прн скоростях газа в аппарате и«, близких к скорости захлебывания ()о, сила трения газа о пов-сть пленки н сила тяжести„действующие на жидкость в противоположных направлениях, становятся аонзмеримымн, в результате чего жидкость накапливается и периодически выбрасывается из верх, чаати аппарата.
При но > ()о газ (пар) под действием силы трения увлекает пленку вверх по стенкам канала, валедствне чего реализуется восходящее пленочное течение (рис. 2,в). На практике при ыс =- (0,8 — 0,9)()о скорость газового потока еще не влияет на толщину пленки и может приниматься как рабочая скорость прн расчете противо- точных а)шаратов. Ддя обеспечения противотока газа и жидкости в целом по многоступенчатой колонне ири прямо. 1142 576 ПЛОТНАЯ точном характере контакта на отдельной ступени организация потоков усложняется (рис.
3). Нисходящее прямоточное пленочное течение (рис. 2,б,г) не сопровождается захлебыванием. Однако и в этом случае существует критич, скорость газа (пара) (гн, характеризующая начало сильного гидродинамич. взаимод. фаз, когда волнообразование, толщина и скорость течения пленки начинают существенно зависеть от скорости газового потока, а с гребней волн срываются капли жидкости. В условиях интенсивного прямоточного (восходящего и нисходящего) течения фаз оси. гидродинамич. параметры пленочного течения и коэф. массо- н теплообмена рассчитывают обычно по полуэмпнрич.
зависимостям. В ряде спец. случаев используют кожухотрубчатые П. а. с закрученным двухфазным потоком (вихревые П.а.), отличающиеся от аппаратов со стекающей или восходящей пленкой наличием завихрителей, размещаемых в контактных трубах. Завихрители бывают двух типов-осевые и тангенциальные. Наиб. Распространены осевые завихрнтели в виде скрученной ленты или шнека, к-рые могут устанавливаться внутри контактной орошаемой трубы по всей ее высоте или в виде отдельных вставок. и а Рис. 3, Схема трехшупенчатого несносного аппарата с восхоляшим прямотоком фаз ~а ступенях.
Ег Кожухотрубчатые П, а, применяют как конденсаторы, холодильники, испарители, десорберы, абсорберы, ректификац. колонны и лаб. колонны с орошаемыми стенками, кристаллизац. колонны. Роторные П.а. можно разделить на две осн. группы. К первой относятся аппараты, в к-рых тепло- и массообмен и хнм. превращ. происходят в тонком слое жидкости, создаваемом на внутр. пов-сти неподвижного корпуса с помощью вращающегося лопастного ротора.
Ко второй- аппараты, в к-рых процессы переноса осуществляются в тонком слое жидкости, движущейся под действием центробежной силы по внутр. пов-сти вращающихся конусов, цилиндров, спиралей или дисков. К этому же типу относятся аппараты с разбрызгиваюшим жидкость ротором. Наиб. распространены роторные лопастные аппараты первой группы. в к-рых лопасть подвижного ротора активно воздействует на пленку жидкости, перемешивая ее.
Эти аппараты подразделяются на вертикальные (обычно цнлиндрич. формы) н горизонтальные (как правило, коннч, формы). Роторы вертикальных цилиндрнч. аппаратов (рис. 4) в осн. бывают трех видов: 1) лопасти жестко соединены с валом н имеют постоянный зазор с внутр. пов-стью корпуса (рис. 4,а); 2) лопасти крепятся шарнирно, н во время работы зазор между кромкой лопасти н корпусом аппарата устанавливается самопроизвольно (рис. 4,б); 3) маятниковые лопасти (рнс. 4,в); на валу ротора с помощью подвесов установлены лопасти, к-рые при вращении ротора занимают радиальное положение с миним.
зазором (О,З вЂ” 0,5 мм). В аппаратах с перераспределением жидкости по высоте пов-сти тепло-, массообмена иногда используют роторы разбрызгявающего типа (рис. 4,г). При вращении ротора перед лопастью образуется турбулентный жидкостной валик, за лопастью остается тонкий слой жидкости, стекающий в ламинарном режиме под действием сил гравитации, С каждым новым приходом лопасти жидкость в этом слое перемешивается, а свободная пов-сть обновляется. Обновляется жидкость и у стенки аппарата. Рис. 4.
Ро орм р чьны пмиочньш р в. о дсстко шьршлеииые ло аши, б-шарнирно закрспл нные л н, маятивкоаые лоиаста, -раэ. брыэгнваюшего типа. Аппараты, работающие благодаря действию центробежной силы, обычно наз. роториымн ректификаторам и. В аппаратах такого типа ротор часто состоит из набора контактных устройств (ступеней), закрепленных на вращающемся валу. В роторно-спиральной ректифнкац, колонне каждая ступень представляет собой одно- или многозаходную спираль Архимеда.
Жидкость тонкой пленкой течет по внутр, пов-сти вращающейся спирали от центра к периферии. Контактирующий с жидкостью пар (газ) проходит через зазоры мехгду витками спиралей. Жидкость, сбрасываемая с наружных кромок спиралей, попадает в кольцевой сборник, откуда перетекает в расположенную ниже ступень, где процесс повторяется снова.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
