При модернизации существующей массообменной колонны выбор контактного устройства выполняют в пределах существующего корпуса, где геометрические размеры аппарата уже заданы либо изменяются ограниченно. Поэтому задача состоит в согласовании требуемой разделительной способности с пропускной способностью, гидравлическим сопротивлением и устойчивостью работы во всем диапазоне нагрузок.
Номинальная удельная поверхность характеризует площадь листа насадки в единице занимаемого объема, но не учитывает в полной мере движения жидкой и газовой фазы. На гидродинамику одновременно влияют высота слоя насадки, шаг гофр, угол каналов, перфорация, свободный объем, состояние поверхности и конструкция стыка соседних пакетов. Далее, на примере насадок серии ICD – QT-А и QT-Plus рассмотрено влияние конструкции насадки на перепад давления, начало загрузки, захлёбывание и удержание жидкости.
Конструктивное сравнение насадок
Инженерным центром ООО «Квазартек» приняты к рассмотрению две насадки одинакового номинального класса удельной площади поверхности: QT-A-250Y и QT-Plus-250Y. Структурная насадка QT-A-250Y имеет перфорированные каналы до торца пакета (рисунок 1). В насадке QT-Plus-250Y геометрия каналов модифицирована, благодаря чему направление газового потока между соседними пакетами меняется более плавно (рисунок 2).
РИСУНОК 1. Конструктивное исполнение QT-A-250Y
РИСУНОК 2. Конструктивное исполнение QT-Plus-250Y
Результаты гидродинамических испытаний
Сравнительные гидродинамические испытания конструкций выполнены на одной экспериментальной установке в колонне диаметром 400 мм на системе воздух–вода. Плотность орошения L изменяли от 0 до 70,7 м³/(м²·ч), скорость газа в пустом сечении – от 0,56 до 3,8 м/с. Газовую нагрузку характеризовали F-фактором, 
:
FG = uG · √ρG
где uG – поверхностная скорость газа, м/с; ρG – плотность газа, кг/м³.
В ходе испытаний измеряли удельный перепад давления, скорости начала загрузки и захлёбывания, а также динамическое удержание жидкости. Удельный перепад давления ΔPуд, (Па/м) позволяет сравнивать гидравлическое сопротивление, отнесённое к единице высоты насадки:
ΔPуд = ΔР / Z
где ΔP – перепад давления на исследуемом слое, Па; Z – высота слоя, м.
Полученные зависимости удельного перепада давления от F-фактора при различных плотностях орошения для насадок QT-Plus-250Y и QT-A-250Y представлены на рисунке 3.
РИСУНОК 3. Сравнение удельного перепада давления QT-Plus-250Y и QT-A-250Y при одинаковых газожидкостных нагрузках
Анализ кривых показывает, что при одинаковых газожидкостных нагрузках QT-Plus-250Y характеризуется меньшим удельным перепадом давления и сохраняет плавный рост сопротивления до более высоких значений F-фактора. При сухой насадке и в области до начала загрузки, при сравнительно малой плотности орошения, перепад давления QT-Plus-250Y в 2 раза ниже, чем у QT-A-250Y. Данное значение относится к условиям испытательной установки и не является универсальным коэффициентом, однако наглядно показывает влияние геометрии переходных участков на гидравлическое сопротивление.
Для количественной оценки рабочего диапазона насадок, при каждой плотности орошения, определены скорости газа, соответствующие началу загрузки и захлёбыванию. Начало загрузки проявляется изменением характера роста перепада давления с увеличением газовой нагрузки, что видно по зависимостям на рисунке 3. Результаты определения предельных режимов приведены в таблице 1.
ТАБЛИЦА 1. Скорости начала загрузки и захлебывания, м/с
С увеличением плотности орошения скорость начала загрузки обеих насадок снижается, поскольку возрастает количество жидкости в слое и усиливается взаимодействие фаз. Во всем исследованном диапазоне скорость начала загрузки QT-Plus-250Y оставалась выше, чем у QT-A-250Y. Пропускная способность модифицированной конструкции в условиях эксперимента выше приблизительно на 40–60 %. При L до 30,3 м³/(м²·ч) явная точка захлёбывания QT-Plus-250Y в пределах возможностей установки не была зафиксирована; это не означает отсутствия захлёбывания за пределами измеренного диапазона.
Таким образом, в данной статье рассмотрено влияние конструкции на гидродинамические характеристики. Номинальная удельная поверхность не является достаточным критерием выбора структурированной насадки.
Сравнение QT-A-250Y и QT-Plus-250Y показали, что даже при близкой удельной поверхности конструкция насадки существенно влияет на её гидродинамические характеристики. QT-Plus-250Y обеспечила меньшее гидравлическое сопротивление, более позднее начало загрузки и меньшее динамическое удержание жидкости, создавая дополнительный резерв при модернизации существующей колонны.
Выбор насадки строится на расчёте режима колонны, учитывая гидравлику, массопередачу свойства среды и состояния внутренних устройств колонны. ООО «Квазартек» выполняет оценку применимости всей линейки внутренних устройств серии QT, в том числе структурированных насадок QT-A и QT-Plus, для конкретного аппарата: проверяет перепад давления, запас до захлёбывания и унос жидкости по исходным данным заказчика, готовит техническое задание и сопровождает полный цикл МТО объекта заказчика.
