ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы МЕТОДОЛОГИЯ ПОСТРОЕНИЯ СТРУКТУРЫ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ГИДРОДИНАМИКИ И КИНЕТИКИ МАССОПЕРЕДАЧИ ДЛЯ СИСТЕМЫ ПАР - ЖИДКОСТЬ из "Основы конструирования и проектирования промышленных аппаратов" Развитие современной химической, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности ориентировано на создание агрегатов большой единичной мощности, работающих без резерва. [c.102] Массообменной колонной аппаратуре в решении этой задачи отводится одно из первых мест. В настоящее время созданы промышленные массообменные аппараты, обеспечивающие переработку сырьевых потоков по нефти до 9 млн т в год, по каталитическому крекингу до 2 млн т в год и т.д. В этих условиях диаметр ректификационных колонн достигает 12 м при высоте несколько десятков метров. [c.102] Расчет и проектирование таких аппаратов должны опираться на современные представления о моделировании массообменной колонной аппаратуры, обеспечивающие оптимальные число тарелок и диаметр аппарата, а также минимальные энергозатраты на единицу целевого продукта. [c.102] При конструировании крупномасштабных массообменных аппаратов, снабженных барботажными тарелками с переливом, используется несколько приемов, направленных на повышение эффективности массообмена в пределах площади тарелки. В частности, одним из направлений является интенсификация локального процесса массообмена между газом и жидкостью в точке, что достигается увеличением газосодержания пены или, что то же самое, поверхности контакта фаз. Второе направление используется в основном для повышения эффективности тарелок диаметром свыше 1200 мм и предусматривает продольное и поперечное секционирование площади барботажа на ряд участков меньшего размера. При этом предполагается, что потоки на этих участках распределены равномерно и тем самым обеспечиваются условия высокоэффективной работы тарелок в целом. [c.102] Ряд отечественных ученых используют эти направления совместно и пути дальнейшего повышения эффективности с использованием такого подхода практически исчерпаны. [c.102] Известны также контактные устройства, в которых пар выходит из-под прорезей в сторону слива. При этом устройства для прохода пара могут быть выполнены в виде пластин, язычков, клапанов и т. д. Однако произвольное расположение прорезей по всей площади барботажа не обеспечивает высокоэффективного режима движения пенного слоя, близкого к режиму вдеального вытеснения. Предлагается также для увеличения эффективности всех типов тарелок осуществлять направленный е вод парового потока в жидкость путем ориентации элементов на полотне тарелки (язычки, клапаны, пластины, колпачки и т. д.) в строго определенных местах площад и барботажа и под определенным углом к потоку жидкости. [c.103] Однако анализ показал, что выщеуказанные конструктивные приемы на полотне тарелки приводят к высокой эффективности аппарата в целом при условии движения жидкости на всех та-)эелках по высоте аппарата в одном направлении (прямоточное движение жидкости). [c.103] Широкое распространение получил также способ интенсификации технологического процесса, не требующий изменений в конструкции аппарата, путем создания нестационарности температурных полей (для реакторов) либо парожидкостных потоков (для массообменных аппаратов). [c.103] В таком случае появляется возможность целенаправленного формирования полей концентрации, температур, давлений, которые способствуют значительному снижению энергозатрат, повыщению качества продукта, увеличению мощности действующего и вновь проектируемого производства, снижению металлоемкости оборудования при минимальных капиталовложениях. [c.103] Системный подход к исследованию структуры парожидкостных потоков позволяет осуществлять целенаправленное конструирование тепломассообменных аппаратов и реакторов. [c.103] Стратегия системного подхода к исследованию диффузионных процессов основана на предварительном анализе априорной информации о физических особенностях процесса и качественном анализе структуры математических зависимостей, которые могут быть положены в основу описания процесса массообмена на тарелках барботажного аппарата. Процесс массопередачи включает рассмотрение его на микро- и макроуровнях (молекулярное и макромолекулярное взаимодействие). [c.103] Совместное влияние трех факторов - перемещивания потоков, возмущений, вносимых с входными потоками, и геометрических особенностей объема аппарата - приводит к формированию определенной топологии потоков в масштабе аппарата (структуре парожидкостных потоков). [c.104] В процессе изменения гидродинамической структуры потока в масштабе аппарата изменяются и ее основные количественные характеристики распределение глобул сплошной и дисперсной фаз по траекториям, по времени пребывания в аппарате, удерживающие способности по сплошной и дисперсной фазам, распределение включений дисперсной фазы по размерам и т. п. [c.104] Авторами учебника был изучен ряд направлений по интенсификации процесса тепломассопередачи за счет равномерного распределения сплошной и дисперсной фаз в объеме аппарата конструктивными приемами и за счет организации движения потоков фаз по строго определенному нестационарному закону. [c.104] Как известно, поверхность контакта фаз на барботажных тарелках массообменных аппаратов образуется за счет уменьшения кинетической энергии газового потока, проходящего через слой жидкости, т. е. обусловливается гидравлическим сопротивлением мокрой тарелки. [c.104] С другой стороны, известно, что движение жидкости по горизонтальной плоскости тарелки обусловлено наличием градиента уровня жидкости и, следовательно, фадиента гидравлического сопротивления по длине пути жидкости. При этом пенный слой (или эквивалентный слой светлой жидкости) имеет форму вогнутой чаши с минимальной толщиной в геометрическом ценфе тарелки (рис. 3.1, а). [c.104] Жидкость поступает на рабочую часть тарелки, свободно перетекая через приемную планку высотой Аь взаимодействует с газом и постепенно переходит в пену, но на участке, равном (5 - 6) /ii, возле приемной планки продолжает свое движение в виде клина светлой жидкости. На участке (4 - 5) Лi у сливной планки слой пены тормозится и происходит обратный процесс -разрущение пенного слоя и образование клина светлой жидкости. На этих участках плотность пены значительно выще, чем в центре рабочей части тарелки, что и приводит к неравномер-Н(Эй локальной эффективности массообмена по длине пути жидкости. Кроме продольной неравномерности в сфуктуре пенного с [оя на тарелке наблюдается эффект, который принято называть поперечной неравномерностью . Появление этого типа неравномерности объясняется, помимо возникающего у вертикальной Н(1подвижной стенки клина светлой жидкости, формой барбо-т 1жной тарелки. Наблюдается этот эффект не только на круглых тарелках, но и на прямоугольных лотках, у которых длина соизмерима с шириной. [c.105] Таким образом, можно заключить, что повышение эффективности барботажных тарелок можно достичь путем устранения продольной и поперечной неравномерностей в структуре потока жидкости, т. е. организацией режима движения пенного слоя, близкого к режиму идеального вытеснения, при котором достигается максимальная разделительная способность. [c.106] например, рост эффективности ситчатой барботажной тарелки достигался за счет направленного ввода парового потока в жидкость в строго определенных местах площади барботажа в зонах, прилегающих к приемной и сливной перегородкам по направлению движения основного потока жидкости к сливу в зонах, прилегающих к боковым стенкам колонны по направлению, повторяющему конфигурацию боковых стенок колонны. [c.106] Вернуться к основной статье