Определение эффективности массообменных тарелок колонных аппаратов с учетом неравномерности распределения фаз

Аннотация

Разработка технических решений по модернизации массообменных тарелок колонных аппаратов предприятий ТЭК невозможна без определения эффективности разделения смеси при различных конструктивных и режимных параметрах. Определение эффективности разделения на контактных устройствах является одной из важных задач в теории и практике массообменных процессов. Из многочисленных исследований и промышленной практики известно, что при увеличении размера аппарата (тарелки) структура потоков значительно меняется, появляется большое число застойных зон, усиливается обратное перемешивание, снижается движущая сила процесса, это вызывает падение эффективности массообмена. Такое явление получило название «масштабного эффекта». В статье рассмотрены неравномерности распределения газовой (паровой) фазы на входе и жидкой фазы по полотну контактного устройства. Для учета указанных неравномерностей распределения фаз на контактном устройстве разработан алгоритм расчета КПД тарелки по Мерфри. Даны зависимости коэффициентов массоотдачи в газовой фазе и КПД тарелки по Мерфри от градиента при различной скорости газа в колонне для стандартных ситчатой и клапанной тарелок. Авторами разработано новое высокоэффективное контактное устройство – структурированная контактная газожидкостная тарелка (СКГ) с переменным свободным сечением отверстия, которая за счет своих отличительных свойств позволяет уменьшить влияние неравномерностей распределения фаз по полотну тарелки. Приведено сравнение стандартной ситчатой тарелки, стандартной клапанной тарелки и новой тарелки СКГ. Произведен расчет и предложены варианты модернизации тепломассообменных аппаратов осушки углеводородного (природного) газа (абсорбер и десорбер) по предложенному алгоритму. Выбраны наиболее энергосберегающие варианты модернизации аппаратов.