Применение квазипористых структур в установках газоразделения
Архаров А.М., Миронов А.И,, Малинникова А.Д., Кулебякин С.Д.
Ключевые слова: РАЗДЕЛЕНИЕ, РЕКТИФИКАЦИЯ, МОДЕЛЬНАЯ СМЕСЬ, ГИРОИД, ТЕПЛОМАССООБМЕН, АДДИТИВНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
Аннотация
Применение аддитивных технологий при создании контактных поверхностей, используемых в теплообмене и тепломассообмене, позволяет изготавливать эти структуры любой сложности и формы. Это открывает новые возможности для модификации насадок, применяемых в процессах газоразделения и очистки. Становится возможным генерировать новые, более сложные формы, которые могут продемонстрировать лучшие характеристики при разделении смесей.При исследовании контактных устройств необходимо учитывать, что согласно теореме Пуассона, поверхность раздела фаз достигает своего минимального значения в условиях термодинамического равновесия. Из этого следует, что для повышения эффективности массопереноса следует стремиться к минимизации размеров насадочных устройств и ставится задача синтезировать регулярную насадку на базе минимальной поверхности. Гироид - минимальная трижды-периодическая поверхность, которая представляется весьма перспективной для реализации процессов массопереноса и совершенствования контактных устройств. Это обусловлено большой удельной площадью поверхности, отсутствием сухих и тупиковых зон при протекании, а также низким гидравлическим сопротивлением. Насадочную структуру на базе гироида можно изготовить только с помощью аддитивных технологий.
В ходе проведенного исследования была разработана методология изготовления насадочной структуры на основе гироида для процессов ректификации. Изготовление производилось из различных марок пластика и алюминия, после чего был проведен анализ качества полученной поверхности, а также экспериментальные исследования по разделению модельных смесей. Геометрические характеристики разработанной насадки сопоставимы с насадками, применяемыми для разделения воздуха, поэтому в качестве модельной смеси для испытаний была выбрана водно-спиртовая смесь. В результате численного исследования и сопоставления с экспериментальными данными в ходе работы было установлено, что разработанная насадка на основе гироидной структуры демонстрирует наилучшие показатели разделения. Уникальная форма гироида обеспечивает снижение высоты единицы переноса по сравнению с существующими регулярными насадочными структурами.
Application of quasi-porous structures in gas separation plants
A.M.Arkharov, A.I. Mironov, A.D. Malinnikova, S.D. Kulebyakin
Keywords: SEPARATION, RECTIFICATION, MODEL MIXTURE, GYROID, HEAT AND MASS TRANSFER, ADDITIVE TECHNOLOGY
