В статье представлена опыты на экспериментальная установка для исследования гидродинамических параметров на начальном участке течения жидкости в струйно-барботажном контактном устройстве.
Ключевые слова: контактное устройство, интенсификация,теплообмен,массообмен,гидродинамика, насадки, начальный участок, эксперимент
Во многих отраслях промышленности большинство процессов связано с обработкой газов и жидкостей. Одним из способов повышения эффективности различных технологических производств является интенсификация процессов тепло- и массообмена практически на всех технологических стадиях. Для осуществления технологических операций разработаны и используются различные колонные массообменные аппараты, в конструкции которых основное внимание уделено созданию условий для эффективного взаимодействия фаз [1].
Интенсификация процесса посредством увеличения размеров колонных аппаратов исчерпаны. Связано это с не удовлетворительным перемешиванием и газораспределением в большом объеме аппарата, а также возможностями изготовления и технического обслуживания
Другим способом интенсификации является разработка новых видов контактных устройств применяемых в колонных массообменных аппаратах. Контактное устройство по существу представляет собой устройство, в котором непосредственно и происходи контакт двух фаз.
Контактные устройства по способу контакта поверхности фаз приято классифицировать на тарельчатые, насадочные и роторные [2].
В свою очередь тарельчатые контактные устройства делятся на противоточные, прямоточные, перекрестно-точные и перекрестно-противоточные (смешанный ток). Насадочные контактные устройства (рис. 1) в статье [3] предложено подразделять насадки регулярной структуры на противоточные, перекрестно-точные и перекрестно-противоточные, а нерегулярные на противоточные.
Необходимо отметить, что тарельчатые и насадочные контактные устройства, на сегодняшний день, получили наибольшее распространение в массообменных коллоных устройствах [4].
* — c неподвижными элементами, ** — с подвижными элементами.
Рис. 1. Классификации контактных устройств массообменных процессов [2]
Разрабатываемые контактные устройства должны обладать развитой поверхностью контакта фаз, высокой сепарационной способностью и относительно невысоким гидравлическим сопротивлением [5].
С этой целью, для исследования гидродинамики течения жидкости на начальном участке стенки струйно-барботажного контактного устройства, была создана экспериментальная установка (рис.2).
Экспериментальная установка состоит из фотоаппарата (1) для фиксации процесса течения жидкости, двух емкостей (2) с отверстием для стекания различного диаметром и (4) для сбора жидкости, а также сменными экспериментальными пластинами (рис. 3) имитирующих начальный участок контактного устройства.
Сменная экспериментальная пластина представляет собой металлической пластиной с надрезом h и длинной загиба l под углами =45, 90 и 135.
Рис. 2. Экспериментальная установка: 1 — фотоаппарат; 2 — емкость для слива жидкости; 3 — сменная экспериментальная пластина; 4 — емкость для сбора жидкости
Рис. 3. Сменная экспериментальная пластина: а) — I вариант, б) — II вариант
На первом этапе, были проведенные эксперименты с I вариантом пластины при диаметре сливного отверстия 5 мм и расходе воды 5·10–6 м3/с.
Опыты с пластиной с h=5 мм и l=5 мм показали, что во всех трех случаях (рис. 4) ширина потока составляет примерно 5 мм. Угол загиба () оказал влияния на отклонение потока жидкости относительно вертикальной оси, так при =45 и =90 (рис. 4 а и б) поток отклонился на 5 мм на глубине 30мм, при =135 (рис. 4 в) поток незначительно отклонило в противоположную сторону.
Рис. 4. Течение жидкости по пластине при h=5мм и l=5мм: а) — =45, б) — =90, в) — =135
При дальнейшем увеличении длинны загиба до10 мм, эксперимент показал, что вне зависимости от угла () отклонение потока жидкости практически отсутствует (рис. 5).
Таким образом, можно предположить, что дальнейшее увеличение длинны загиба (l) при постоянном h, не окажет существенного влияния на течение жидкости.
Рис. 5. Растекание жидкости по пластине (I вариант) при h=5мм и l=10мм: а) — =45, б) — =90
Литература:
1. Артамонов, Н. А. Очистка газов.Вихревые и фотохимические аппараты. Теория и эксперимент. Учебное пособие для вузов. Текст./ Н. А. Артамонов, В. В. Качак. -М.: ЗАО «Информ-Знание», 2002. 336 с.
- Ахметов С. А., Сериков Т. П., Кузеев И. Р., Баязитов М. И. Технология и оборудование процессов переработки нефти и газа.– С.–Пб.: Недра, 2006. 411c.
3. Чуракова С. К. Классификации контактных устройств с точки зрения организации контакта фаз // Баш. хим. ж.. 2011. № 2. С 39–44.
- Пушнов А. С., Соколов А. С., Бутрин М. М. Методы интенсификации процесса теплои массообмена в колонных аппаратах с контактными устройствами // Известия МГТУ. 2013. № 1 (15). С. 237–242.
- Попкова О. С., Дмитриева О. С. Исследование гидродинамических характеристик струйно-барботажного контактного устройства // Вестник казанского технологического университета. 2016. № 13 (19). С. 135–136.
