Абдраимова Н.О., Демеуова А.Б., Байниязова А.Т.

Кызылординский государственный университет имени Коркыт Ата.

ОСОБЕННОСТИ ОРОШАЕМЫХ НАСАДОК В ТЕПЛО- МАССООБМЕННЫХ АППАРАТАХ

Основным элементом, определяющим площадь и структуру межфазовой поверхности в данных аппаратах, является слой орошаемой насадки. В качестве насадки применяют различные реечные, листовые, пористые и насыпные материалы. Сравнительные данные некоторых орошаемых насадок приведены в таблице 1, схема аппарата – на рисунке 1.1.

Таблица 1

Характеристики орошаемых насадок

Тип насадки	Удельная поверх-ность, м^2/м^3	Пористость (порозность) слоя	Эквива-лентный диаметр, мм	Опти-мальная толщина слоя, м	Скорость воздуха перед насадкой, м/с
Блоки из бумажных полос, уложенных синусоидально и пропитанных смолами	640	0,91	5,35	0,2-0,38	33,0-3,5
Блоки из бумажных полос, уложенных ромбовидно и пропитанных смолами	580	0,83	5,90	0,2-0,3	3,0-3,8
Сетки из плоских капроновых нитей с ячейками размером 2×2 мм	2000	0,85	1,76	0,03-0,04	1,0-1,5
Пакеты из пластин мипласта	706	0,65	3,65	0,20	2,0-2,5
Керамические кольца Рашига размером 25×25×3 мм, укладка свободная	204	0,73	15,40	0,40	0,8-1,2

Рис. 1.1. Схема аппарата с орошаемой насадкой: 1 – орошаемая насадка;

2 – оросительное устройство; 3 – сепаратор; 4 – поддон; 5 – насос; 6 – фильтр

Как следует из таблицы, существенно большей удельной поверхностью обладает сетчатая насадка, что позволяет применять весьма тонкие слои, по
30–40 мм, вместо 200–400 и более миллиметров для других насадок. Это дает возможность выполнять многоярусные конструкции с малым гидродинамическим сопротивлением в 100–200 Па при параллельном объединении потоков воздуха от нескольких слоев орошаемых насадок.

Наибольшую относительную скорость газа обеспечивают сотоблочные регулярные насадки и пакеты из листового материала. Худшими из указанных свойств обладает нерегулярная насадка, в том числе из насыпных колец Рашига, которая характеризуется небольшой удельной поверхностью и скоростью воздуха, повышенными гидродинамическим сопротивлением и толщиной слоя. Достоинством колец Рашига, благодаря чему они нашли широкое применение, является их коррозионная стойкость, простота изготовления и эксплуатации.

Нерегулярные насадки обладают ограниченными возможностями в обеспечении различных режимов работы: имеют многочисленные застойные зоны, связанные с неравномерностью сечений каналов, потоков сред, несмоченные и переувлажненные участки поверхности. Применение регулярных насадок позволяет подобрать оптимальный режим работы орошаемого слоя за счет изменения диаметра, глубины и профиля каналов и характеризуется относительно высокими значениями скорости газа, удельной поверхности и пористости слоя.

Основным элементом камеры орошения, обеспечивающим развитую поверхность контакта газа с жидкостью, являются форсунки механического распыла или другие оросители. От их конструктивных характеристик и расположения зависит дисперсность, равномерность распределения, время пребывания капель жидкости в реактивном пространстве и, в конечном счете, интенсивность процессов тепло- и массообмена. На рисунке 1.2 показана схема форсуночной камеры.

Составляющие факел форсунки капли только на начальном участке пути в потоке воздуха имеют вынужденное движение под действием сил инерции. В дальнейшем частицы воды под действием аэродинамических сил потока воздуха движутся вдоль камеры и одновременно (под действием сил тяжести) вниз, в поддон.

Рис. 1.2. Схема форсуночной камеры: 1 – оросительное пространство;

2 – трубный сток с форсунками; 3 – сепаратор; 4 – поддон; 5 – фильтр; 6 – насос

Практически относительная скорость капель вне зоны действия сил инерции близка к скорости витания, т. е. ограничена естественным полем тяготения – полем сил тяжести. Дополнительная интенсификация процессов тепло- и массообмена у выходных сечений форсунок за счет увеличения относительной скорости капель жидкости имеет локальный характер и коренным образом интенсивность тепло- и массообмена не меняет.

Капли факела форсунок весьма полидисперсны. Меньшую долю, примерно 20 %, составляют мелкие капли диаметром менее 0,3 мм, которые полностью уносятся потоком воздуха. Мелкие капли интенсивно испаряются из-за их быстрого нагрева, повышенного давления над выпуклой поверхностью и снижения парциального давления паров воды в обрабатываемом воздухе за счет его осушки на основной массе крупных капель. Крупные капли диаметром до 2–3 мм недогреваются, что ведет к недоиспользованию температурного потенциала воды. Как видим, имеют место разнонаправленные процессы: увлажнение воздуха на мелких каплях и осушка – на крупных. Вследствие полидисперсности форсуночного факела процесс тепло- и массообмена представляет собой целый спектр процессов, характерных для капель разного диаметра [5].

Верхний предел скорости воздуха в поперечном сечении камеры составляет 2,5–3 м/с. Во взаимном движении сред в форсуночных камерах наблюдается преимущественно прямоток. Благодаря простой конструкции, умеренному гидродинамическому сопротивлению (100–200 Па) и удобной компоновке, форсуночные камеры широко используются в системах кондиционирования воздуха.

Рассмотренные контактные аппараты: пенные, с орошаемой насадкой, камеры орошения – объединяет одно общее свойство. Относительная скорость газа и жидкости в реактивном пространстве определяется, в основном, естественным полем сил тяжести. Исключение составляют отдельные локальные зоны, в том числе зоны выхода струи из форсунки, отверстий газонаправляющей решетки, входных патрубков и др. В этих зонах скорость газа (жидкости) превышает среднюю относительную скорость, что создает условия для локальной интенсификации процессов тепло- и массообмена. Полному использованию объема реактивного пространства при повышенной относительной скорости препятствует малая напряженность поля сил тяжести.

Таким образом, в рассмотренных контактных аппаратах интенсификация процессов тепло- и массообмена в реактивном пространстве имеет определенный предел, увеличить который можно, применяя искусственные поля тяготения, например, поля центробежных сил, которые дают возможность резко увеличить относительную скорость газа и жидкости равномерно во всем объеме реактивного пространства аппарата или слоя взаимодействующих сред.

Литература

1. Маньковский О.А. , Толчинский. А.Р., Александров М.В. Теплообменная аппаратура химических производств.-Л.: Химия.- 1976.-с.378

2. Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена.-Новосибирск.: Наука.-1970.-с.659

3. Хоблер.Т. Теплопередача и теплообменники. – Л.:Госхимиздат.-1961.-с.368

4. Себеси.Т.,Бредшоу.П. Конвективный теплообмен. – М.: Мир,1987.-с.590

5. Делайе Дж.Гио М.,Ритмюллер.М. Теплообмен и гидродинамика в атомной и тепловой энергетике.-М.: Энергоатом издат -1984.-с.424.

6. Шервуд Т.,Пигфорд Р.,Уилки Ч Массопередача.- М.: Химия.- 1982.-с.695

7. Голубев В.Г. Конденсация пара в парогазовой смеси /Сб. трудов межд.конф. «Процессы и аппараты химической технологии», ч.1.-Шымкент.-2001.-сс.148-152

8. Голубев В.Г.,Бреннер А.М., Балабеков О.С. Особенности тепломассообмена при конденсации паров из запыленных парогазовых смесей.//Тепломассообмен-ММФ-92.-т.2.-Минск.:ИТМО им.А.В.Лыкова АНБ.-сс.66-69.

RESUME

In this article conducted heat exchange during devaporation and design of flow of runback on the chilled surface, undertaken a theoretical study is component part of base mathematical model of process of pellicle devaporation from парогазовых mixtures on the cooled surfaces of different configuration.