Research of the mass transfer in a gas phase during vapor condensation with incondensable component


Cite item

Abstract

The experimental results of a mass gas phase transfer research during vapor condensation with incondensable component are given. This process passed in a vessel with vertical contact grids (FCCG) was carried out. Experimental mixtures contained various concentrations of incondensable component. Experimental results were compared with known data on condensation on horizontal pipes. Incondensable component has a weak influence on condensation process. The results show the perspectives of FCCG.

Full Text

Известно, что процесс конденсации паров из многокомпонентной смеси в присутствии даже незначительного количества неконденсируемого компонента (инерта) существенно замедляется по причине того, что диффузионное сопротивление процессу массопереноса становится соизмеримым с термическим сопротивлением пленки конденсата [1]. Суммарный перенос тепла в этом случае может быть лимитирован коэффициентом массоотдачи в газовой фазе by. Во фракционирующих конденсаторах с вертикальными контактными решетками (ФКВР) [2] слой неконденсируемого компонента над поверхностью пленки постоянно разрушается за счет удара капель конденсата, позволяя пару достичь поверхности пленки (рис. 1). Более того, в контактной камере за счет распыла конденсата на вертикальной сетке создается холодная капельная межфазная поверхность, доступная для конденсирующегося пара. Зависимость коэффициента массоотдачи в газовой фазе by от гидродинамических параметров на ступени контакта ФКВР ранее изучалась на углеводородных и паровоздушных смесях в работах [3, 4, 5]. Однако при изучении конденсации парогазовых смесей часто используют упрощенный метод оценки степени влияния концентрации неконденсируемого компонента на коэффициент теплоотдачи, тем самым исключая громоздкие вычисления коэффициентов массоотдачи. Для определения влияния диффузионного сопротивления неконденсируемого компонента на коэффициент теплоотдачи была проведена серия из 22 экспериментов по конденсации смеси паров нефраса с азотом. Результаты экспериментов в двухмерной и трехмерной системах координат представлены на рис. 2, 3. Для расчета коэффициентов теплоотдачи для парогазовых смесей aкп+и использовалось уравнение (1), которое было дополнено функцией jи, учитывающей влияние диффузионного сопротивления неконденсируемого компонента на теплоотдачу: , (1) где jи - эмпирическая функция, характеризующая влияние диффузионного сопротивления неконденсируемого компонента на теплоотдачу: ; (2) yи - мольная концентрация неконденсируемого компонента (инерта); jк - эмпирическая функция, характеризующая влияние гидродинамического параметра П1 в зонах со слабовыраженным капельным орошением на теплоотдачу при конденсации [4]: . (3) Рис. 2. Изменение коэффициента теплоотдачи при конденсации смеси паров нефраса с азотом в зависимости от содержания азота Рис. 3. Изменение коэффициента теплоотдачи при конденсации смеси паров нефраса с азотом в зависимости от концентрации азота (yи) и гидродинамического параметра П1 Предложенная функция jи позволила описать весь массив экспериментальных данных со средней ошибкой 10 %. Сравнение расчетных и экспериментальных значений коэффициента теплоотдачи при конденсации нефраса в присутствии азота представлено на рис. 4. Рис. 4. Сравнение расчетных и экспериментальных значений коэффициента теплоотдачи при конденсации паров нефраса в присутствии азота в аппарате ФКВР Рис. 5. Относительное изменение коэффициента теплоотдачи при конденсации парогазовой смеси в зависимости от содержания неконденсируемого компонента: 1 - одиночная горизонтальная труба [1]; 2 - горизонтальный трубный пучок [1]; 3 - ФКВР (водяной пар/воздух); 4 - ФКВР (нефрас/азот) Значения αк при содержании азота более 25 % в большинстве опытов относятся к зоне конвективного теплообмена от парогазовой смеси, и поэтому дисперсия значений в этой области несколько больше, чем в зоне конденсации. Отдельного изучения зоны конвективного теплообмена не проводилось. Зависимость коэффициента теплоотдачи от содержания неконденсируемого компонента, представленная в виде функции jи, приведена на рис. 5. Полученная зависимость также подтверждается результатами серии экспериментов на смеси водяного пара с воздухом [6, 7]. Значения функции jи, полученные в экспериментах на смесях нефрас/азот и водяной пар/воздух, демонстрируют существенно меньшее (в 2-4 раза) влияние диффузионного сопротивления на теплоотдачу при конденсации в аппарате ФКВР по сравнению с горизонтальным трубным пучком и одиночной горизонтальной трубой [1]. Это доказывает перспективность применения данного класса аппаратов для интенсификации процесса конденсации парогазовых смесей.
×

About the authors

Dmitriy A Kryuchkov

Samara State Technical University

Email: mahp@inbox.ru
(Ph.D. (Techn.)), Associate Professor 244, Molodogvardeyskaya st., Samara, 443100, Russian Federation

Leon G Grigoryan

Samara State Technical University

(Dr. Sci. (Techn.)), Professor 244, Molodogvardeyskaya st., Samara, 443100, Russian Federation

Michail S Lesukhin

Volga NIPITEK Ltd

Email: mcles@yandex.ru
Engineer 52/55, Ulyanovskaya St./Yarmarochnaya St., 11th floor, Room 27, Samara, 443001

References

  1. Исаченко В.П. Теплообмен при конденсации. - М.: Энергия, 1977. - 240 с.
  2. Лесухин М.С., Григорян Л.Г. Создание конденсатора нового типа на базе аппарата с вертикальными контактными решетками // Вестник Самарского государственного технического университета. Сер. Технические науки. - 2013. - № 2 (38). - С. 206-209.
  3. Григорян Л.Г. Гидродинамика, массо- и теплообмен при взаимодействии жидкости и газа на вертикальных контактных решетках колонных аппаратов: дис.. докт. техн. наук: 05.17.08 / Григорян Леон Гайкович. - Л., 1986. - 333 с.
  4. Лесухин С.П. Интенсификация тепломассообменных процессов в технологии промысловой подготовки нефти на основе принципа газожидкостного взаимодействия на вертикальных контактных решетках: дис.. докт. техн. наук: 05.17.08 / Лесухин Сергей Петрович. - Самара, 2000. - 372 с.
  5. Крючков Д.А. Водовоздушное охлаждение в аппаратах с вертикальными контактными решетками: дис. … канд. техн. наук: 05.17.08 / Крючков Дмитрий Александрович. - Самара, 2006. - 161 с.
  6. Лесухин М.С., Крючков Д.А., Григорян Л.Г. Экспериментальное изучение тепло- и массообмена при конденсации водяного пара из паровоздушной смеси в аппарате с вертикальными контактными решетками // Вестник Самарского государственного технического университета. Сер. Технические науки. - 2015. - № 3 (47). - С. 180-187.
  7. Лесухин М.С., Крючков Д.А., Григорян Л.Г. Экспериментальное изучение тепло- и массообмена при конденсации водяного пара из паровоздушной смеси в аппарате с вертикальными контактными решетками // XII Международная научно-практическая конференция «Ашировские чтения», Туапсе, 20-26 сент. 2015 г. - Самара: СамГТУ, 2015. - С. 329-330.

Copyright (c) 2017 Samara State Technical University

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies