В Московском Политехе разработали инновационную насадку для химической промышленности
Исследователи Московского Политеха представили новую конструкцию регулярной насадки для колонных аппаратов, которая может существенно повысить эффективность процессов в химической и нефтехимической промышленности. Разработка отличается низким гидравлическим сопротивлением и повышенной устойчивостью к образованию загрязнений на поверхности.
Процессы тепло-массообмена играют ключевую роль в химической технологии, обеспечивая преобразование потоков веществ и энергии. Для повышения их эффективности используются различные контактные устройства, среди которых особое место занимают насадки. С момента создания колец Рашига в 1890 году, инженеры постоянно работают над совершенствованием конструкций насадок, адаптируя их к различным условиям процессов и свойствам взаимодействующих веществ.
Новая насадка, разработанная в Московском Политехе, представляет собой многослойный блок из пакетов вертикальных гофрированных пластин. Ключевая особенность конструкции — малая высота пакетов и их чередующаяся ориентация с поворотом на 90° относительно соседних по высоте пакетов. Такое расположение способствует интенсивному перемешиванию потоков и улучшает тепло- и массообмен за счет увеличения числа «концевых эффектов» — участков локальной турбулизации потока.
«Наша новая конструкция регулярной насадки предлагает решение, способное повысить эффективность и экономичность широкого спектра химико-технологических процессов. Мы надеемся, что это поможет оптимизировать работу многих промышленных установок», — комментирует Михаил Беренгартен, профессор кафедры «Аппаратурное оформление и автоматизация технологических производств» и один из авторов исследования, которое было выполнено совместно с аспирантом Семеном Савенко.
Экспериментальные исследования, проведенные на колонне диаметром 0,2 м с использованием системы «воздух-вода"», показали впечатляющие результаты. При F-факторе 1,2 (Па⁰·⁵) перепад давления в новой насадке составляет всего 250 Па/м, что значительно ниже, чем у традиционных насадок. Коэффициент теплопередачи достигает 250 Вт/(м²·К), а коэффициент массоотдачи около 0,0025 кг/(м²·с). Эти показатели свидетельствуют о высокой эффективности новой конструкции.
Особенно важно, что насадка способна работать при высоких нагрузках по жидкости (до 0,6 м³/ч) и газу (линейная скорость до 1,2 м/с) без достижения режима захлебывания. Это выгодно отличает ее от традиционных решений, таких как кольца Рашига, которые достигают гидравлического предела при значительно меньших нагрузках.
Особенно важно, что насадка способна работать при высоких нагрузках по жидкости (до 0,6 м³/ч) и газу (линейная скорость до 1,2 м/с) без достижения режима захлебывания. Это выгодно отличает ее от традиционных решений, таких как кольца Рашига, которые достигают гидравлического предела при значительно меньших нагрузках.
Уникальная конструкция насадки с технологическими зазорами между пластинами значительно снижает вероятность накопления твердых частиц и последующего образования нагара или коксования. Это делает ее особенно перспективной для использования в «тяжелых условиях» эксплуатации, характерных для нефтехимической промышленности, где проблема загрязнения и коксования контактных устройств стоит особенно остро.
Низкое гидравлическое сопротивление новой насадки открывает широкие возможности для ее применения в вакуумных колоннах, где этот параметр критически важен. Кроме того, эффективность насадки позволяет уменьшить габариты колонных аппаратов при сохранении производительности, что может привести к значительной экономии пространства и материалов при проектировании новых установок.
Прототип насадки был изготовлен с использованием инновационных методов. Исследователи применили отходы от производства пластинчатых теплообменников, а также использовали технологию слоевой наплавки термопластичного материала акрилонитрил-бутадиенстирола (технология 3D-печати). Это демонстрирует потенциал для экономичного и экологичного производства насадок, что особенно важно в контексте современных требований к устойчивому развитию промышленности.
Новая насадка может найти применение в широком спектре химико-технологических процессов. Ее использование потенциально может привести к повышению эффективности производства, снижению энергозатрат и уменьшению воздействия на окружающую среду.
