Гидродинамические исследования слоя ударно-распылительной насадки в режиме орошения

Abstract

Актуальность работы обусловлена отсутствием в научной литературе данных по гидродинамическим характеристикам новой высокоэффективной ударно-распылительной насадки, предназначенной для осуществления газожидкостных массообменных процессов. Гидродинамические характеристики насадки необходимы для надежного проектирования такого массообменного оборудования нефтехимических производств, как абсорберы, десорберы, ректификационные колонны. Цель работы: экспериментально определить гидравлическое сопротивление и величину брызгоуноса на новой ударно-распылительной насадке при различных приведенных скоростях газа и плотностях орошения, и на основе полученных данных выполнить сравнение гидродинамических характеристик ударно-распылительной насадки с известными контактными устройствами. Методы исследования: экспериментальное определение гидравлического сопротивления и величины брызгоуноса на орошаемой ударно-распылительной насадке, весовой метод определения брызгоуноса, инструментальное определение расходов газа и жидкости. Результаты. Установлены экспериментальные зависимости гидравлического сопротивления и брызгоуноса в слое новой высокоэффективной ударно-распылительной насадкиот приведенной скорости газа и плотности орошения, позволившие сформировать базу данных в широком диапазоне указанных параметров для сравнения эффективности работы насадок различного типа. Установлено, что для ударно-распылительной насадки наблюдается закономерность увеличения гидравлического сопротивления при возрастании приведенной скорости газа. Показано, что гидравлическое сопротивление ударно-распылительной насадки ниже сопротивления регулярной структурно-кольцевой насадки PSI в 2,5-8,1 раза и ниже сопротивления регулярной листовой рифленой насадки в 5,0-8,6 раза в соответствующих диапазонах приведенных скоростей газа. При приведенных скоростях газа 0,7-1,0 м/с гидравлические сопротивления ударно-распылительной насадки и рулонированной сетки соизмеримы. Показано, что ударно-распылительная насадка стабильно работаетпри повышенных нагрузках по газу, превышающих в 2,06-4,67 раза нагрузки по газу на известных насадках. Установлено, что зависимость брызгоуноса от плотности орошения для ударно-распылительной насадки носит экстремальный характер, при этом кривые брызгоуноса имеют два максимума. Возникновение максимумов брызгоуноса объясняется сменой гидродинамических режимов, характеризующихся различной интенсивностью распыления струй жидкости при взаимодействии с газом. Показано, что приведенная скорость газа, при которой начинается брызгоунос, на ударно-распылительной насадке в 2,90 раза выше, чем в полом распыливающем абсорбере, и в 2,16 раза выше, чем в аппарате с прямоточными контактными устройствами. При скоростях газа 3,48-4,00 м/с брызгоунос на ударно-распылительной насадке ниже брызгоуноса в полом распыливающем абсорбере до 2,6 раза. Низкий брызгоунос обеспечивает высокую эффективность массообменных процессов на ударно-распылительной насадке, что делает ее перспективной для использования в нефтехимической промышленности.

The relevance of the work is caused by the lack of data in scientific literature on hydrodynamic characteristics of the new high-efficiency shock-spray packing intended for gas-liquid mass-exchange processes. The hydrodynamic characteristics of the packing are necessary for the reliable design of such mass exchange equipment for petrochemical industries as absorbers, desorbers, rectification columns, etc. The main aim of the study is to determine experimentally the hydraulic resistance and the magnitude of the splash carrying away on a new shock-spray packing at various relative gas velocities and irrigation densities and on the basis of the data obtained, compare the hydrodynamic characteristics of the shock-spray packing with the known contact devices. The methods: experimental determination of hydraulic resistance and the size of the splash carrying away on the irrigated shock-spray packing, the weight method for determining the splash carrying away, and the instrumental determination of gas and liquid flow rates. The results. The authors have obtained a database of experimental data on hydraulic resistance and splash carrying away in the layer of a new high-efficiency shock-spray packing in a wide range of relative gas velocities and irrigation densities. It is found that for the shockspray packing the hydraulic resistance increase is observed with growth of relative gas velocity. It is shown that the hydraulic resistance of the shock-spray packing is below the resistance of the regular structural-ring packing PSI in 2,5-8,1 times, and below the resistance of the regular sheet corrugated packing in 5,0-8,57 times in the corresponding ranges of relative gas velocities. With relative gas velocities of 0,7-1,0 m/s, the hydraulic resistances of the shock-spray packing and the roll-up grid are commensurable. It is shown that the shock-spray packing stably operates at high gas loads exceeding in 2,06-4,67 times the gas load on the known packings. It is found that the dependence of the splash carrying away on irrigation density for the shock-spray packing is of an extreme nature, with the splash carrying away-well curves having two maxima. The appearance of the maxima of the splash carrying away is explained by the change in hydrodynamic regimes characterized by a different intensity of spraying of the liquid jets during interaction with the gas. It is shown that the relative gas velocity, at which the splash carrying away begins, is 2,9 times higher on the shock-spray packing than in the hollow spray absorber and 2,16 times higher than in the apparatus with straight-through contact devices. At gas velocities of 3,48-4,00 m/s, the splash carrying away on the shock-spray packingis up to 2,61 times lower than that in the hollow spray absorber. The low splash carrying away provides high efficiency of mass-exchange processes on the shock-spray packing, that makes the packing promising for use in the petrochemical industry.