Актуальность: Дистилляция является наиболее распространенным методом разделения жидких смесей. Потребление энергии при перегонке в колоннах является значительным и связано с высокой теплотой испарения компонентов смеси и непрерывным расходом нагревательного пара. В связи с этим растет интерес к поиску новых инженерных решений для повышения эффективности процессов разделения жидкостей. На сегодняшний день разработаны различные методы для достижения экономии как энергии, так и капитальных затрат, включая замену контактных устройств и устройств распределения жидкости. Марин-Гальего и др. изучили концептуальный объект термоинтегрированной ректификационной колонны (HIDiC), известной с 1970 года, в которой пар, выходящий из секции отпаривания, сжимается перед подачей в секцию дистилляции, что позволяет ректификационной колонне работать при более высоких температурах и давлении. Сочетая принцип теплового насоса и неадиабатической дистилляции, концепция HIDiC с обратимым смешиванием потоков обеспечивает максимальное снижение затрат энергии на сепарацию. Ранее Бруинсма и др. предложили конфигурацию структурированного лоткового контактного устройства (s-HIDiC). Экспериментально было обнаружено, что эффективность как теплопередачи, так и массообмена в конфигурации лотковой упаковки с использованием структурированной упаковки значительно возрастает с увеличением производительности по сравнению с HIDiC, но предполагает увеличение перепада давления на ступень. Однако такие схемы не получили широкого распространения из-за сложности проектирования и управления системой. Реализация схем дистилляции с обратимым смешиванием потоков возможна благодаря использованию тепловых насосов (рекомпрессионных колонн пара VRC) путем сжатия пара низкого давления. Необходимо отметить, что повышение эффективности ректификации является важной задачей.

В рамках стартап-проекта планируется создание контактных устройств для проведения термической ректификации.

Реализация процесса термической дистилляции на колонном аппарате, в котором в качестве контактных ступеней используются разработанные вихревые контактные устройства. Каждое вихревое контактное устройство представляет собой две коаксиальные трубы (внешнюю и внутреннюю), которые образуют кольцевое пространство между ними, в котором вихревая дисперсия-кольцевой поток пара–жидкости в

возникает вертикальный канал. Это достигается за счет того, что внутренняя труба имеет прорези, предназначенные для пропускания пара в кольцевой зазор. Пар, проходящий через щели (без необходимости создавать высокие радиальные скорости, т.е., начиная с относительно низкой скорости пара), закручивается, образуя два кольцевых вихревых потока. Следует отметить, что при рабочих скоростях газа от 1 до 25 м/с (по полному поперечному сечению устройства) в кольцевом пространстве устройства для системы вода–воздух образуется вихревая структура. Жидкость, проходя через отверстия над контактным устройством, установленным на основании, протекая через гидрозатвор, стекает вниз к крышке цилиндрической трубы. Затем жидкость распадается на капли, которые отбрасываются к стенке вихревого устройства под действие центробежных сил, при котором образуется пленочный поток.

Основной особенностью вихревого устройства является формирование устойчивой вихревой структуры в кольцевом пространстве устройства, поэтому нет необходимости использовать специальные конструктивные элементы для закручивания газожидкостного потока. Завихрение потока происходит за счет разделения потока на два равных вихря, вращающихся в противоположных направлениях, обеспечивая поддержку соседних вихрей. Геометрические размеры контактного устройства выбираются с учетом равных условий прохождения газа. Формирование закрученного двухфазного потока в вертикальном канале предлагаемого устройства позволяет добиться практически идеального перемешивания в поперечном сечении устройства, что позволяет повысить эффективность тепло- и массообмена. Высокие удельные тепловые потоки через стенку контактного устройства и постоянное обновление поверхности теплопередачи обеспечивают наиболее эффективную передачу тепла охлаждающему агенту в рубашке при конденсации пара в кольцевом пространстве.

Планируется создание лаборатории для проведения экспериментальных испытаний, на основе которых будет создан прототип контактных устройств для термической ректификации. В дальнейшем ожидается на базе лаборатории создание технологической линии по выпуску контактных устройств.

На страницу проекта