Вестник МГТУ, 2022, Т.25, № 2.

Васильев П. С. и др. Методика расчета тепломассообменных аппаратов. В ходе проведенных экспериментальных исследований процесса ректификации бинарной смеси "этиловый спирт - вода" с использованием различных поропластовых контактных устройств особую эффективность проявила комбинированная поропластовая насадка (рис. 1), что позволило получить на выходе практически азеотропную смесь. Гидравлические испытания такой насадки показали, что с увеличением фиктивной скорости газа степень увеличения ее гидравлического сопротивления снижается (Golovanchikov et al., 2018). Эти обстоятельства объясняются значительным влиянием внутренней порозности насадки на кинетические параметры тепломассообменных процессов (Васильев и др., 2019), что требует нестандартного подхода к проектированию тепломассообменных аппаратов с поропластовыми контактными устройствами. Следует отметить, что конструкция любой поропластовой тарелки по сути ничем не отличается от конструкции поропластовой насадки, что делает невозможным применение к ней методик расчета конструкций классических тарелок (ситчатых, клапанных, колпачковых и др.). Таким образом, целью настоящей работы является разработка инженерной методики расчета тепломассообменных аппаратов с поропластовыми контактными устройствами для систем "газ (пар) - жидкость". Теоретические основы Основные геометрические характеристики поропластовых контактных устройств определяются с помощью разработанного авторами метода (Васильев и др., 2019), учитывающего внутреннюю порозность материала. На основе фотографического анализа поропластового образца известного размера строят кривую распределения порозностного состава материала е, = f d ) . Порозность, удельную поверхность и эквивалентный диаметр рассчитывают по формулам: е = 1- - ( і - I е Л 4Ѵ-11 і І+ F d, = V 4е (1) (2) (3) где Ѵм - объем поропластового материала в контактном устройстве; V - объем аппарата, занимаемый контактным устройством; F - площадь всех геометрических тел контактного устройства. Капиллярную структуру поропластового материала анализируют с целью определения преимущественного преобладания в нем открытых (сообщающихся) или закрытых (несообщающихся) пор, так как только в первом случае внутренняя порозность будет оказывать положительное влияние на интенсивность протекания тепломассообменных процессов. Для этого с помощью известных методов математической статистики [например, с использованием критерия согласия Пирсона (Кобзарь, 2006)] проверяют гипотезу о нормальном распределении пор по размерам. Если гипотеза не подтверждается, то капиллярная структура материала с определенной вероятностью является неоднородной, а его поры - преимущественно открытыми. В противном случае материал преимущественно содержит закрытые поры (Васильев и др., 2019). На основании полученных данных определяют максимально допустимую высоту одной секции поропластовой насадки (толщину одной поропластовой тарелки) исходя из условия деформирования пор материала под действием гидростатического давления жидкости в аппарате не более чем на 15 %, что соответствует допустимому изменению его значений порозности и удельной поверхности не более чем на 5 %: m а = а Нм = (4) gpx где р 15- давление, при котором поры материала деформируются на 15 %; рх - плотность жидкости. При этом необходимо учитывать, что для одного и того же материала значение р 15 будет различно для случаев открытых и закрытых пор. Например, для поропласта на основе каучука СКТВ-1 в случае открытых пор р 15= 33 кПа, а в случае закрытых пор р 15= 120 кПа (Golovanchikov et al., 2018). Все материальные и тепловые потоки определяются из общеизвестных уравнений материального и теплового балансов тепломассообменных процессов в системах "газ (пар) - жидкость" (Perry et al., 1999; Новый..., 2004; 2006). 262