15
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ВИХРЕВЫХ
МАССООБМЕННЫХ АППАРАТОВ НА ШУРТАНСКОМ ГХК
Кан С.Л., Юсупова Н.Ф., Нурматов Т.Б., Исламова Л.А., Нурмухамедов Х.С.
ТХТИ
Для организации массообменных процессов в системах «жидкость-газ» и «твердое
тело-жидкость» существует множество аппаратов различного типов [1]. Наиболее
распространенной являются колонные аппараты насадочной или тарельчатой
конструкции. В последнее время широкое применение находят вихревые массообменные
аппараты.
Разработаны методы стабилизации и получения в вихревой камере вихревого
центробежного многофазного реактора устойчивых газожидкостных и псевдоожиженных
(газ – дисперсная твёрдая фаза) вихревых слоёв, обладающих плотной,
упорядоченной
"квазикристаллической" структурой и характеризующихся равномерным струйным
обтеканием каждой частицы с высокими числами Рейнольдса и повышенными
расходными нагрузками по газу [2,3].
Известна конструкция массообменного аппарата корпус которого снабжен второй
тангенциальной щелью для ввода газовой фазы под вращающийся слой жидкости. Вторая
щель отделена от первой перегородкой и расположена ближе к касательной, совпадающей
с направлением ввода фаз [4]. Подобная конструкция позволяет интенсифицировать
процесс массообмена. Аппарат состоит из вертикального цилиндрического корпуса с
тангенциальной щелью для ввода жидкости, разделяющей их перегородки, отстойника с
патрубками для вывода фаз.
Принцип
работы
аппарат
следующий:
через
тангенциальную щель ввода жидкости подают жидкую фазу, образующую вращающийся
слой, под который с высокой скоростью (50-100 м/с) вводят газовую фазу из второй щели.
Поток газа проходит к центру
корпуса через слой жидкости, превращая его в
газожидкостную эмульсию. При этом поверхность контакта фаз в значительной мере
увеличивается, вследствие чего интенсифицируются процессы обмена.
Известна также конструкция массообменного аппарата содержащий вертикальный
цилиндрический корпус, распределительную решетку с распределительными элементами,
выполненными в виде усеченных конусов нижним основанием вниз, тарелку,
образующую с распределительной решеткой и корпусом аппарата газовую камеру, в
которой установлены конические инжекционно-закручивающие устройства, выполненные
из полых криволинейных лопастей, образующих между собой щели, отглушенных снизу,
а сверху сообщающихся с уровнем жидкости на распределительной решетки через
отверстие, и образующих с распределительными элементами профиль Вентури [5].
Абсорбер имеет патрубки для ввода жидкости и газа соответственно.
В предложенной
конструкции абсорбера, благодаря применению в зоне
распределения закрученного прямотока, что позволяет создать сильно турбулизованный
газо-жидкостной поток с непрерывно обновляющейся поверхностью контакта фаз.
На рис. 1 представлен график зависимости скорости потока газовой фазы на
абсорбцию СО
2
водой в вихревом аппарате в виде функции y=f(w).
Анализ графика показывает, что во всех случаях применения вихревого потока для
газовой фазы процесс поглощения СО
2
возрастает, причем с ростом значения скорости
газа абсорбция соответственно увеличивается.
При значении скорости воды w
в
=0,3 м/с для газа со скоростью 3 м/с, концентрация
углекислого газа после абсорбции составит у=0,029 кг/м
3
, при w
в
=1,1 м/с
величина
у=0,017 кг/м
3
, в случае роста скорости воды до w
в
=2,05 м/с – у=0,0026 кг/м
3
, т.е. при
увеличении скорости воды с 0,3 до 2,05 м/с интенсивность поглощения возрастет в 11 раз.
В случае роста скорости газа до 5 м/с возрастет барбатежность газо-жидкостного
потока, т.е. вихревое движение приводит к росту соприкосновения контакта фаз за счет
16
0,
5
0
1,
0
1,
5
2,
0
2,
5
0,01
0,02
0,03
0,04
у
, кг/м
3
w,
м/с
уменьшения размеров капель, в результате чего увеличивается поглощение углекислого
газа водой. Так при скорости воды w
в
=0,3 м/сконцентрация
углекислого газа составит
у=0,025 кг/м
3
, при w
в
=1,1 м/с величина у=0,01 кг/м
3
, и уже при скорости воды w
в
=1,55 м/с
достигается максимальное поглощение, т.е. у=0,0026 кг/м
3
.
Анализируя график для вихревого абсорбера со скоростью газа 8 м/с при прочих
равных условиях можно увидеть, что интенсивность поглощения по сравнению со
скоростью газа 3 м/с возрастает в 6 с лишним, а именно, максимальное поглощение СО
2
достигается при w
в
=1,1 м/с, а в сравнении со скоростью газа 5 м/с увеличивается в 3,5
раза.
Рис.1. Влияние скорости потока газовой фазы на абсорбцию СО
2
водой в вихревом аппарате.
●
– 2 м/с ;
■
–
5 м/с
; ▲ –
8 м/с.
Преимущества и достоинства вихревых массообменных аппаратов: в вихревом
псевдоожиженном слое достигается однородное псевдоожижение
при больших расходах
газа с числами Рейнольдса до 5000 со струйным обтеканием каждой частицы, что
позволяет проводить процессы без образования застойных зон, равномерно и с высокой
эффективностью по тепло- и массопереносу; в вихревом газожидкостном слое
достигается высокая удельная поверхность контакта фаз (5-10 м
2
/л) с высокой скоростью
её обновления и с высокой эффективностью по тепло- и массопереносу. При этом нет
необходимости в
использовании насадок, увеличивающих поверхность контакта фаз.
Реактор обладает малыми размерами при высокой эффективности; возможность
совмещения процессов смешения и разделения; низкое гидродинамическое
сопротивление (1-3
⋅
10
3
Па), высокая пропускная способность по газу; простота
теоретического анализа и расчёта основных эксплуатационных
параметров вихревых
многофазных слоёв; возможность работы с трёхфазными (газ-дисперсная твёрдая фаза-
жидкость) вихревым слоями.
На основе разработанных методов могут разрабатываться многофазные реакторы
для проведения конкретных химических процессов.
Do'stlaringiz bilan baham: 
