Вестник МГТУ, 2022, Т.25, № 2.

Васильев П. С. и др. Методика расчета тепломассообменных аппаратов. Введение Разработка эффективных контактных устройств, способствующих увеличению интенсивности протекания тепломассообменных процессов в тепломассообменных аппаратах (что определяет производительность, размеры и стоимость технологического оборудования), является актуальной задачей современной пищевой промышленности. В XXI столетии особое внимание уделяется разработке комбинированных контактных устройств тепломассообменных аппаратов: насадочных и тарельчатых. Комбинированные насадочные аппараты по сравнению с тарельчатыми имеют более низкое гидравлическое сопротивление в расчете на высоту единицы переноса, что (при прочих равных условиях) обеспечивает более низкое энергопотребление. Кроме того, они могут работать при более высоких нагрузках по жидкой и газовой (паровой) фазам, что обусловливает практически двукратное уменьшение диаметра насадочных аппаратов по сравнению с тарельчатыми (Dmitrieva et al., 2006; Ivanov et al., 2010; Pushnov et al., 2010). Значительное количество работ посвящено комбинированным контактным устройствам (Сокол и др. 2009; Беренгартен и др., 2012; Микуленок, 2012; Инюшкин и др., 2013). Однако следует отметить, что в научно-технической литературе отсутствует классификация указанных устройств. В связи с этим для унификации конструкций контактных устройств, весьма полезной при инженерном проектировании тепломассообменных аппаратов, авторами предложена их общая классификация по следующим основным признакам: 1) по свойствам используемых конструкционных материалов: а) конструкции, изготовленные из однородного материала (керамика, металл, полимер); б) конструкции, изготовленные из неоднородного материала (пористая керамика, пористый металл, пористый полимер); в) конструкции, изготовленные из комбинации однородного и неоднородного материалов; 2) виду используемых конструкционных материалов: а) керамические конструкции; б) металлические конструкции; в) полимерные конструкции; г) конструкции, выполненные из различных комбинаций керамики, металла и полимера; 3) комбинации насадочных и тарельчатых контактных устройств: а) упорядоченная насадка - упорядоченная насадка; б) упорядоченная насадка - неупорядоченная насадка; в) тарелка - тарелка; г) упорядоченная насадка - тарелка; д) неупорядоченная насадка - тарелка. В настоящее время особый интерес проявляется к комбинированным контактным устройствам, изготовленным с использованием пористых полимерных материалов (поропластов), обладающих развитой удельной поверхностью и невысоким гидравлическим сопротивлением. Область их практического применения включает различные тепломассообменные и биореакционные процессы химической, фармацевтической и пищевой промышленности. Изготовление комбинированных контактных устройств с использованием поропластов не вызывает технологических трудностей, а по своим эксплуатационным свойствам они не уступают контактным устройствам из других материалов (Golovanchikov et al., 2018). При этом необходимо отметить, что поропласты весьма чувствительны к чистоте перерабатываемых технологических сред. Наличие в них механических примесей, особенно мелкодисперсных, приводит в процессе работы тепломассообменного аппарата к загрязнению пор на поверхности контактного устройства, их дальнейшей забивке и "выключению" развитой внутренней поровой структуры из тепломассообменного процесса. Поэтому максимальная эффективность практического применения поропластовых контактных устройств достигается только при работе с чистыми жидкостями и газами. На рис. 1 представлена принципиальная схема конструкции комбинированной поропластовой насадки (Насадка..., 2013), на рис. 2 - комбинированной поропластовой тарелки (Массообменная тарелка..., 2013), разработанные коллективом авторов для проведения тепломассообменных процессов между газовой (паровой) и жидкой фазами. На практике выбор комбинированной поропластовой насадки (рис. 1) или тарелки (рис. 2) (при прочих равных условиях) определяется следующими обстоятельствами. Если поропластовый материал обладает относительно невысокой механической прочностью (содержит преимущественно крупные и сообщающиеся поры), то изготовленное из него контактное устройство в процессе работы в аппарате сжимается под действием гидростатического давления жидкости; его поры 260