Ученые кафедры «Аппаратурное оформление и автоматизация технологических производств» Московского политехнического университета разработали инновационную насадку для массообменных колонн, широко используемых в химической и нефтехимической промышленности. Статья об этом исследовании вышла в «Международном научно-исследовательском журнале» (МНИЖ), рассказала изданию «Вести Подмосковья» пресс-служба вуза.

Новая насадка отличается от существующих аналогов значительно меньшим сопротивлением потоку жидкости или газа. Это важное преимущество, особенно для вакуумных колонн, где низкое сопротивление критично для эффективной работы.

Конструкция насадки представляет собой многослойные блоки с вертикальными гофрированными пластинами. Эти пластины установлены параллельно друг другу с небольшими промежутками на специальных разделительных стержнях. Такое устройство обеспечивает оптимальное распределение потоков жидкости и газа внутри колонны.

Михаил Беренгартен, профессор кафедры и один из авторов разработки, объясняет: «Наша насадка создает идеальные условия для взаимодействия жидкости и газа. Это позволяет достичь высокой эффективности обмена веществами при гораздо меньшем перепаде давления, чем у обычных насадок. Кроме того, она меньше засоряется, что важно при длительной работе на производстве».

Особенность новой насадки — использование так называемых «концевых эффектов». Из-за небольшой высоты каждого слоя насадки пленка жидкости часто прерывается и обновляется, создавая больше зон завихрений. Это значительно улучшает обмен веществами между жидкостью и газом.

При создании прототипа ученые проявили изобретательность: часть деталей они изготовили из отходов производства пластинчатых теплообменников, а также использовали 3D-печать. Это позволяет быстро изменять конструкцию под разные условия работы.

Лабораторные испытания показали, что новая насадка создает гораздо меньшее падение давления, чем популярные кольца Рашига, при тех же условиях работы. Данная разработка может найти применение в различных областях химической промышленности: при разделении сложных смесей, очистке газов, в процессах поглощения газов жидкостями и в теплообменных аппаратах. Везде, где нужен эффективный контакт между жидкостью и газом при минимальном сопротивлении потоку, новая насадка может показать свои преимущества.

Использование новой насадки позволит снизить затраты энергии на прокачку жидкостей и газов через колонну, повысить производительность процессов обмена веществами и теплом, увеличить срок службы оборудования за счет меньшего засорения. Кроме того, она способна работать при более высоких нагрузках по сравнению с традиционными насадками.

Для понимания значимости этой разработки важно знать, что процессы тепло- и массообмена играют ключевую роль в химической технологии. Они обеспечивают превращение веществ и передачу энергии для получения нужных продуктов. Эффективность этих процессов во многом зависит от используемых в аппаратах насадок.

История современных насадок началась в 1890 году, когда инженер Фридрих Рашиг впервые применил керамические кольца для разделения органических веществ. Эти кольца, названные его именем, представляют собой простые полые цилиндры, которые засыпаются в колонну. Они создают большую поверхность контакта между жидкостью и газом, но имеют ряд недостатков, включая высокое сопротивление потоку и неравномерное распределение жидкости и газа.

С тех пор появилось множество новых конструкций насадок, и работа над их улучшением продолжается. Новая разработка Московского политеха — важный шаг в этом направлении, открывающий новые возможности для повышения эффективности и экологичности химических производств.