Search

The results of a study of hydrodynamics and mass transfer on bubbling-type trays with valve, valve-vortex and vortex contact devices are presented. By means of experimental studies and numerical modeling, the velocity fields of liquid and gas, as well as the structure of the gas-liquid layer on the tray are determined. The dependence of the relative amplitude of fluctuations in the level of the gas-liquid layer on the tray by the gas flow rate when placing various types of contact devices on it is obtained. The average surface diameter of gas bubbles is determined and the mechanism of their accumulation in the liquid on the tray is proposed. The relationship between the velocity of liquid circulation on the plate and the size of gas bubbles entrained by the circulation flow has been confirmed. The pressure drop of the investigated contact devices was measured and the value of the hydraulic resistance coefficient was determined. Experimental data on the intensity of mass transfer and efficiency on tray are presented. Specific fluid flow rates have been established to ensure high efficiency.It is shown that the most efficient, liquid- and gas-carrying capacity is possessed by trays with vortex cantate devices having a low amplitude of oscillation of the gas-liquid layer and a large interfacial surface. This is due to an increase in the energy dissipation of gas jets in the liquid on the tray, the uniform distribution of gas bubbles and the presence of rotational motion of the gas-liquid layer., Представлены результаты исследования гидродинамики и массообмена на тарелках барботажного типа с клапанными, клапанно-вихревыми и вихревыми контактными устройствами. Путем экспериментальных исследований и численного моделирования определены поля скоростей жидкости и газа, а также структура газожидкостного слоя на тарелке. Получена зависимость относительной амплитуды колебаний уровня газожидкостного слоя на тарелке от расхода газа при размещении на ней различных типов контактных устройств. Определен среднеповерхностный диаметр пузырьков газа и предложен механизм их накопления в жидкости на тарелке. Подтверждена связь между скоростью циркуляции жидкости на тарелке и размерами пузырьков газа, увлекаемых циркуляционным потоком. Проведено измерение перепада давления исследуемых контактных устройств и определена величина коэффициента гидравлического сопротивления. Представлены экспериментальные данные интенсивности массоотдачи и эффективности на тарелке. Установлены удельные расходы жидкости, обеспечивающие высокую эффективность. Показано, что наибольшей эффективностью, пропускной способностью по жидкости и газу обладают тарелки с вихревыми контактными устройствами, обладающие низкой амплитудой колебания газо-жидкостного слоя и большой межфазной поверхностью. Это обусловлено увеличением диссипации энергии газовых струй в жидкости на тарелке, равномерным распределением пузырьков газа и наличием вращательного движения среды.

Представлены результаты экспериментальных исследований гидродинамики и массообмена на вихревых ступенях в режиме барботажа, а также данные численного моделирования методом конечных элементов с использованием моделей k-ε турбулентности и пузырькового течения. Это позволило установить наличие циркуляционного движения жидкости на ступени, определить профили скоростей фаз, получить величину начальной скорости движения газовой фазы, при которой наблюдается согласование экспериментальных и расчетных значений скорости жидкости. Расчетным путем показано влияние цилиндрической перегородки, установленной между завихрителем и стенкой ступени на профиль скорости жидкости и ее распределение в рабочем объеме. Предложено использовать полученные результаты численного моделирования при конструировании многоэлементных ступеней для обеспечения на ней требуемой гидродинамики. Исследованы новые вихревые контактные устройства с кольцевыми каналами, обладающие меньшим гидравлическим сопротивлением в сравнении с тангенциальными устройствами и обеспечивающие развитую межфазную поверхность, стабильную, без флуктуаций, работу ступени при высоких расходах газа и жидкости. Представлены данные для определения гидравлического сопротивления вихревой ступени, величины межфазной поверхности, коэффициентов массоотдачи и эффективности в исследуемом диапазоне нагрузок жидкости и газа L/G = 10–150. Разработаны конструкции вихревых контактных ступеней для промышленной бражной колонны. Контактные устройства с кольцевыми каналами позволяют довести диссипацию энергии в газовой фазе в барботажно-кольцевом режиме до 5 Вт/кг, увеличить межфазную поверхность до 2000 м-1 и достигнуть величины поверхностного коэффициента массотдачи порядка (0.5–0.8)×10-3 м/с., The results of experimental studies of hydrodynamics and mass exchange at vortex stages in bubbling mode are presented, as well as data of numerical simulation by finite element method using models of k-ε This made it possible to establish the presence of circulation movement of liquid at the stage, to determine profiles of phase speeds, to obtain the value of initial speed of gas phase movement, at which coordination of experimental and design values of liquid speed is observed. The design method shows the effect of the cylindrical partition installed between the swirler and the stage wall on the fluid velocity profile and its distribution in the working volume. It is proposed to use the obtained results of numerical modeling when designing multi-element stages to provide the required hydrodynamics on it. New vortex contact devices with annular channels, having lower hydraulic resistance compared to tangential devices and providing a developed interfacial surface, stable without fluctuations, operation of the stage at high gas and liquid flow rates, have been investigated. Data are presented for determination of hydraulic resistance of vortex stage, value of interfacial surface, coefficients of mass output and efficiency in investigated range of loads of liquid and gas L/G = 10-150. Designs of vortex contact stages for industrial brew column have been developed. Contact devices with ring channels allow to bring dissipation of energy in a gas phase in the bubbling and ring mode to 5 W/kg, to increase an interphase surface to 2000 m-1 and to reach the size of superficial coefficient of a massotdacha about (0.5-0.8)·10-3 of m/s.