Файл: Хордас, Г. С. Техническое кондиционирование воздуха и инертных газов на судах.pdf

обечайками, проходит слой сорбента и выходит по каналам между наружными перфорированными обечайками патронов и шестигран­ ными оболочками. Для регенерации воздух поступает в обратном направлении (сначала в каналы между шестигранными оболочками и наружными обечайками патронов), проходит слой сорбента и выхо­ дит через внутренние полости патронов.

Производительность подобных воздухоосушительных установок по адсорбируемой воде зависит от начального влагосодержания осушаемого воздуха. С уменьшением начального влагосодержания осушаемого воздуха будет уменьшаться производительность уста­ новки по адсорбируемой воде и снижаться температура точки росы осушенного воздуха. Соответственно будет уменьшаться расход электроэнергии, затрачиваемой на подогрев воздуха для регенерации сорбента. Схемой предусмотрено отключение одной или двух ступе­ ней электроподогревателя при повышении температуры выходящего из сектора регенерации воздуха выше 358 К. Такое повышение тем­ пературы свидетельствует об избыточном количестве тепла, посту­ пающего в сектор регенерации с воздухом, по сравнению с необ­ ходимым для регенерации.

При понижении температуры воздуха на выходе из сектора реге­ нерации ниже 323 К включаются поочередно ступени электроподо­ гревателя.

Контроль за температурами осушаемого и осушенного воздуха и температурой после подогревателей осуществляется с помощью электротермометрической установки ЭУ-06, в состав которой входят термометры сопротивления.

Ртутные термометры контролируют температуры воздуха перед установкой и перед входом в сектор регенерации, а также темпера­ туру забортной воды. Контроль за расходом и давлением забортной воды осуществляется с помощью расходомера и манометра.

Проведенные стендовые испытания воздухоосушительной уста­ новки позволили выявить недостатки конструкции, найти способы уменьшения ее массы и габарита и улучшения компоновки, а также осуществить ряд мероприятий, направленных на интенсификацию процесса массообмена в установке с целью повышения осушающей способности.

В целом создание первого варианта отечественной роторной воз­ духоосушительной установки дало возможность разработать более совершенную модификацию судовой воздухоосушительной установки производительностью 3000 м3/ч осушенного воздуха, отвечающей требованиям эксплуатации на сухогрузных судах. В последующей модификации установка была значительно облегчена за счет упро­ щения конструкции и применения легких материалов; в местах, подверженных сильному температурному воздействию, применены более термостойкие материалы.

Сектор осушения в модернизированной установке разделен на две части, через которые последовательно проходит осушаемый воздух; при этом сохранена масса сорбирующего материала и общая толщина слоя. После выхода из первой осушительной части осушае­

71

мый воздух проходит через водяной охладитель, в котором отводится тепло сорбции. Такая организация процесса осушения позволяет приблизить его к изотермическому и тем самым значительно улуч­ шить массообмен и повысить осушающую способность установки. Внутренние диаметры патрона значительно увеличены, в результате можно снизить аэродинамическое сопротивление и расход как по осушаемому, так и по регенерирующему воздуху. Кроме того, сектор осушения в целом также увеличен за счет отказа от отдельного сек­ тора охлаждения.

Испытания установки позволили определить необходимую ча­

рости вращения ротора.

В модернизированной установке применены более надежные уплотнения крышек и патронов, исключающие возможность перетечки воздуха из сектора регенерации в сектор осушения. С этой же целью, а также с целью повышения расхода осушаемого воздуха предусмотрена работа обоих вентиляторов на нагнетание. Это зна­ чительно уменьшает разность давлений в секторах осушения и реге­ нерации и, следовательно, возможности перетечки воздуха.

В первоначальном варианте вентилятор осушения работал на всасывание, а вентилятор десорбции — на нагнетание, в результате чего разность давлений между различными секторами была недопу­ стимо высока, и воздух из секторов охлаждения и регенерации мог поступать в сектор осушения. В последующей модификации удалось избавиться от поступления воздуха из сектора регенерации в сектор осушения (давление, развиваемое вентилятором подачи осушенного воздуха, значительно выше давления, развиваемого вентилятором десорбции).

Повышение мощности электроподогревателя позволит увеличить глубину регенерации и также осушающую способность установки.

Конструкции остальных узлов и схема работы установки, пока­ завших надежность во время испытаний первого варианта установки, оставлены без изменений.

На основе проведенных работ можно сделать вывод об определен­ ной перспективности осушительных установок роторного типа и целесообразности продолжения работ в этом направлении. Улучше­ ние схемы, усовершенствование конструкции, применение новых материалов в качестве сорбентов открывают широкие возможности в повышении осушающей способности, надежности, улучшения массогабаритных и энергетических характеристик таких установок.

Не менее важные работы были выполнены по созданию воздухо­ осушительных установок с жидкими сорбентами, предназначенных для обслуживания систем типа В. Большое значение имели теорети­ ческие и экспериментальные исследования аппаратов новой кон­ струкции — циклонно-пенных адсорберов [10—13].

Пенный способ обработки газов жидкостями по сравнению с дру­ гими известными способами позволяет значительно интенсифициро­ вать процессы тепло- и массообмена благодаря сильной турбулиза-

72

ции газожидкостной системы, обеспечивающей уменьшение диффу­ зионных и термических сопротивлений, резкое увеличение удель­ ной поверхности соприкосновения взаимодействующих фаз, отне­ сенной к единице активного объема, и непрерывное обновление этой поверхности. При рассматриваемом режиме взаимодействия газа и жидкости пена образуется без добавления каких-либо пенообра­ зующих веществ. Вихри каждой фазы непрерывно проникают через границу их раздела, что обусловливает дополнительный перенос тепла и массы к соприкасающимся поверхностям. В результате

принцип действия центробежных сил и сил инерции и в то же время они имеют весьма развитую

поверхность межфазного контакта. От циклонных аппаратов они отличаются высокой эффективностью, от пенных — меньшим аэро­ динамическим сопротивлением, а от тех и других — меньшими габа­ ритами. Вместе с тем по сравнению со скрубберами тарельчатого и особенно орошающего типа их аэродинамическое сопротивление достаточно высоко.

Если в пенных аппаратах основной деталью является перфори­ рованная решетка (сетчатая тарелка), то в циклонно-пенных аппа­ ратах—улитка для закручивания потока воздуха, поступающего в активное пространство аппарата.

Конструктивная схема циклонно-пенного аппарата представлена на рис. 33.

Вихри потока воздуха, выходящего из улитки 3, проникают во всю массу жидкости, находящейся в нижней части аппарата. За счет кинетической энергии потока, а также действия центробежных сил потока воздуха и сил трения между фазами воздушно-жидкостная среда в виде подвижной пены, состоящей из жидкостных пленок,

73

воздушных пузырей и струй воздуха и раствора, приобретает враща­ тельное движение. Наиболее интенсивное вращательное спирале­ образное движение наблюдается в нижней части аппарата, на выходе воздуха из улитки. По мере подъема воздуха вверх вращение двух­ фазной среды уменьшается.

При неупорядоченном вихреобразном движении фаз, как изве­ стно, действие сил трения между ними весьма велико. В этих усло­ виях вследствие спиралеобразного поступательного движения жид­ кость в виде пленок и отдельных струй из нижней части аппарата поднимается вверх. Таким образом, все активное пространство аппарата оказывается заполненным пеной.

Описанный характер взаимодействия фаз обеспечивает большую, непрерывно возобновляемую межфазную поверхность.

С увеличением скорости воздуха в аппарате время контакта уменьшается и начинает преобладать струйный характер движения фаз, что сопровождается уменьшением поверхности соприкоснове­ ния. Однако с увеличением скорости воздуха происходит более быстрое возобновление этой поверхности, и длина пути воздуха в аппарате в результате большого закручивания потока увеличи­ вается. Это обусловливает интенсификацию происходящих в аппа­ рате процессов и компенсирует ухудшение условий их осуществле­ ния, вызванное уменьшением поверхности, соприкосновения.

При малых скоростях воздуха в аппарате преобладает режим пузырей, вследствие этого суммарная поверхность соприкосновения фаз и время контакта увеличиваются, но скорость возобновления этой поверхности уменьшается.

Для уменьшения поперечных размеров аппарата, а также для обеспечения лучшей турбулизации жидкости в аппарате и одинако­ вой структуры пены в двухфазном слое при больших производитель­ ностях улитку можно сконструировать утопленной внутрь аппарата. Турбулизация жидкости по периферии (от внутреннего диаметра улитки до стенок аппарата) в этом случае будет осуществляться за счет спиралеобразного подъема газов вверх после выхода их из улитки.

В результате экспериментальных исследований работы циклонно­

На рис. 34 изображена схема работы адсорбционной воздухоосу­ шительной установки с циклонно-пенными аппаратами. Наружный воздух засасывается вентилятором 1 и подается в циклонно-пенный абсорбер 2, откуда осушенный воздух поступает в грузовые поме­ щения.

74

Абсорбент (раствор LiCl) из бака 12 через фильтр 11 подается в абсорбер насосом 10 раствора через охладитель 5, прокачиваемый забортной водой с помощью насоса 13. После взаимодействия с воз­ духом в абсорбере, где происходит вспенивание раствора и осуше­ ние воздуха, раствор пониженной концентрации сливается в бак. Часть раствора (около 10% общего количества) насосом 10 через паровой подогреватель 6, где раствор подогревается до температуры около 393 К, подается в циклонно-пенный десорбер 7. В нем из

Рис. _34. Схема воздухоосушительной установки с циклонно-пенными аппара­ тами.

раствора удаляется вода путем взаимодействия горячего вспененного раствора с наружным воздухом, подаваемым в десорбер элек­ тровентилятором 8. Из десорбера раствор с повышенной концентра­ цией сливается в бак, а воздух после десорбции выбрасывается в ат­ мосферу. Работа установки автоматизирована. На трубопроводе подачи раствора в абсорбер установлен радиоактивный плотномер 3 раствора (прибор ПЖР-5), настроенный на рабочую концентрацию 41—43% хлористого лития и подающий сигнал на щит управления и контроля 4. При снижении концентрации раствора до 41% автома­ тически открывается электромагнитный клапан 9 подачи пара на подогреватель и включается электровентилятор. При достижении верхнего предела концентрации — 43%, электромагнитный клапан закрывается, а электровентилятор останавливается. Вместо парового подогревателя может использоваться и электрический.

Первая отечественная судовая воздухоосушительная установка с циклонно-пенными аппаратами — установка ВАУ-800 (рис. 35) имеет следующие характеристики [20]:

75