Регулярная насадка ГИПХ для высокоэффективных насадочных колонн нового поколения
Российский научный центр «Прикладная химия (ГИПХ)» – уникальное научно-производственное предприятие. Наши разработки направлены на обеспечение важнейших отраслей промышленности: химической, оборонной, холодильной, медицинской, радиоэлектронной, агропромышленного комплекса и прочих отраслей народного хозяйства. Центр сотрудничает с ведущими химическими зарубежными фирмами, имеет контракты на научные исследования, проектирование и строительство химических производств. Работы производятся совместно с Минобрнауки РФ, Минпромторгом РФ и Роскосмосом по следующим основным направлениям: органический и неорганический синтез; жидкие смесевые монотоплива, «зеленые топлива»; ректификация и дистилляция; химия и технология фторсодержащих и перфторированных соединений; химическая безопасность.
Одним из важных направлений работы в АО «РНЦ «Прикладная химия (ГИПХ)» является проведение исследований на основе комплексного подхода к разработке технологий массообменных процессов (ректификация, дистилляция, абсорбция) [1, 2], которые являются практически неотъемлемой частью любого химического производства.
В АО «РНЦ «Прикладная химия (ГИПХ)» осуществляется разработка и внедрение современных экономически оптимальных массообменных процессов, таких как ректификация и абсорбция. Работы включают в себя разработку энергоэффективной технологии, рабочей документации, в кооперации с машиностроительными заводами России, изготовление и монтаж регулярной насадки для высокоэффективных колонных аппаратов, а также и модернизацию существующего на предприятиях массообменного колонного оборудования. Такой подход позволяет повысить качество выпускаемой продукции; снизить удельные энергозатраты; повысить производительность; снизить количество отходов и повысить технологическую устойчивость массообменных процессов.
Массообменные аппараты колонного типа широко используются в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, нефтегазовой, фармацевтической и спиртовой промышленности. Эффективность и экономичность проведения таких массообменных процессов, как ректификация, абсорбция и экстракция напрямую зависит от эффективной и надежной работы внутренних контактных устройств. Таким образом, выбор оптимальной конструкции массообменного устройства важен для успешной работы колонного аппарата в опытно-промышленных условиях [2].
Из литературных данных [3-7] известно, что наиболее эффективными для проведения массообменных процессов, являются регулярные насадки. Регулярные насадки представляют собой систему параллельных каналов постоянной формы и сечения по высоте, одинаковой формы по поперечному сечению насадочного слоя. Они изготавливаются из металлических, керамических и полимерных материалов и имеют много преимуществ по сравнению с насыпными: отсутствуют застойные зоны жидкости, которые не участвуют в процессе массообмена. Наличие каналов правильной формы способствует небольшому гидравлическому сопротивлению в расчете на единицу высоты насадочного слоя и высокой пропускной способности. Увеличенная, по сравнению с нерегуляными насадками, поверхность контакта фаз приводит к повышению эффективности межфазного массообмена. Материалы, из которых изготавливаются составляющие регулярных насадок, довольно разнообразны.
Регулярные насадки, изготовленные из полимерных материалов, устойчивы в щелочных средах до pH 12, однако их использование ограничено термостойкостью, так как полиэтилен сохраняет структурно-механическую прочность при нагревании в ограниченном температурном интервале t < 50 °C, а более стойкий полипропилен до t < 80 °C [8]. К преимуществам насадок из полимеров относится большое живое сечение насадочного слоя и потому большая пропускная способность и меньшее гидравлическое сопротивление в сравнении с керамическими насадками. Однако следует отметить, что слабая смачиваемость большинством протонных и апротонных жидкостей для данных материалов ухудшает распределение жидкости по поверхности раздела фаз, и, кроме того, ограниченный температурный диапазон использования полимерных материалов для изготовления ректификационной насадки также сужает область их применения.
Керамические регулярные насадки по сравнению с полимерными и металлическими имеют большую толщину стенки, что приводит к снижению свободного сечения ректификационной колонны, уменьшению пропускной способности и увеличению гидравлического сопротивления. Существенным недостатком является значительный вес по сравнению с насадками из других материалов, особенно полимерных. Это приводит к необходимости усиления опорных решеток и других конструкций, что в итоге увеличивает металлоемкость, стоимость оборудования и необходимость дополнительного усиления опорных фундаментов. Помимо этого недостатком керамических насадок является их хрупкость, в связи с этим они больше подвержены разрушению и истиранию при транспортировке, загрузке в аппарат и резких перепадах температур при нештатных режимах использования. Однако значительное разнообразие современных композитных керамических материалов и возможность варьирования гидрофильных-олеофильных свойств за счет модификации поверхностей элементов насадки различными глазурями, полимерами и напылением других материалов позволяет керамическим насадкам оставаться одним из самых востребованных материалов в фармацевтике и особенно на коррозионноактивных производствах [5].
Российский научный центр «Прикладная химия (ГИПХ)» – уникальное научно-производственное предприятие. Наши разработки направлены на обеспечение важнейших отраслей промышленности: химической, оборонной, холодильной, медицинской, радиоэлектронной, агропромышленного комплекса и прочих отраслей народного хозяйства. Центр сотрудничает с ведущими химическими зарубежными фирмами, имеет контракты на научные исследования, проектирование и строительство химических производств. Работы производятся совместно с Минобрнауки РФ, Минпромторгом РФ и Роскосмосом по следующим основным направлениям: органический и неорганический синтез; жидкие смесевые монотоплива, «зеленые топлива»; ректификация и дистилляция; химия и технология фторсодержащих и перфторированных соединений; химическая безопасность.
Одним из важных направлений работы в АО «РНЦ «Прикладная химия (ГИПХ)» является проведение исследований на основе комплексного подхода к разработке технологий массообменных процессов (ректификация, дистилляция, абсорбция) [1, 2], которые являются практически неотъемлемой частью любого химического производства.
В АО «РНЦ «Прикладная химия (ГИПХ)» осуществляется разработка и внедрение современных экономически оптимальных массообменных процессов, таких как ректификация и абсорбция. Работы включают в себя разработку энергоэффективной технологии, рабочей документации, в кооперации с машиностроительными заводами России, изготовление и монтаж регулярной насадки для высокоэффективных колонных аппаратов, а также и модернизацию существующего на предприятиях массообменного колонного оборудования. Такой подход позволяет повысить качество выпускаемой продукции; снизить удельные энергозатраты; повысить производительность; снизить количество отходов и повысить технологическую устойчивость массообменных процессов.
Массообменные аппараты колонного типа широко используются в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, нефтегазовой, фармацевтической и спиртовой промышленности. Эффективность и экономичность проведения таких массообменных процессов, как ректификация, абсорбция и экстракция напрямую зависит от эффективной и надежной работы внутренних контактных устройств. Таким образом, выбор оптимальной конструкции массообменного устройства важен для успешной работы колонного аппарата в опытно-промышленных условиях [2].
Из литературных данных [3-7] известно, что наиболее эффективными для проведения массообменных процессов, являются регулярные насадки. Регулярные насадки представляют собой систему параллельных каналов постоянной формы и сечения по высоте, одинаковой формы по поперечному сечению насадочного слоя. Они изготавливаются из металлических, керамических и полимерных материалов и имеют много преимуществ по сравнению с насыпными: отсутствуют застойные зоны жидкости, которые не участвуют в процессе массообмена. Наличие каналов правильной формы способствует небольшому гидравлическому сопротивлению в расчете на единицу высоты насадочного слоя и высокой пропускной способности. Увеличенная, по сравнению с нерегуляными насадками, поверхность контакта фаз приводит к повышению эффективности межфазного массообмена. Материалы, из которых изготавливаются составляющие регулярных насадок, довольно разнообразны.
Регулярные насадки, изготовленные из полимерных материалов, устойчивы в щелочных средах до pH 12, однако их использование ограничено термостойкостью, так как полиэтилен сохраняет структурно-механическую прочность при нагревании в ограниченном температурном интервале t < 50 °C, а более стойкий полипропилен до t < 80 °C [8]. К преимуществам насадок из полимеров относится большое живое сечение насадочного слоя и потому большая пропускная способность и меньшее гидравлическое сопротивление в сравнении с керамическими насадками. Однако следует отметить, что слабая смачиваемость большинством протонных и апротонных жидкостей для данных материалов ухудшает распределение жидкости по поверхности раздела фаз, и, кроме того, ограниченный температурный диапазон использования полимерных материалов для изготовления ректификационной насадки также сужает область их применения.
