Кіріспе

Сұйықтық ағынын толығымен кедерілемейтін материалмен толтырылған қуыс дене. Химиялық өңдеуде қапталған төсек – қаптама материалмен толтырылған қуыс түтік, құбыр немесе басқа да ыдыс. Қапталған төсек Raschig сақиналары сияқты ұсақ заттармен кездейсоқ толтырылуы мүмкін, немесе ол арнайы жасалған құрылымды қаптама болуы мүмкін. Қапталған төсектерде сондай-ақ катализатор бөлшектері немесе цеолит гранулалары, түйіршікті белсенді көмір сияқты адсорбенттер де болуы мүмкін. Қапталған төсектің мақсаты, әдетте химиялық немесе ұқсас процестерде екі фаза арасындағы байланысты жақсарту болып табылады. Қапталған төсектер химиялық реакторда, дистилляция процесінде немесе скрабберде қолданылуы мүмкін, бірақ химиялық өсімдіктерде жылуды сақтау үшін де пайдаланылады. Бұл жағдайда ыстық газдар ыдыстан, ыстыққа төзімді материалмен қапталғанға дейін шығуына рұқсат етіледі. Содан кейін ауа немесе басқа салқын газ ыстық төсек арқылы өсімдікке қайтарылып, ауа немесе газ қорегін алдын ала қыздырады.

Қолданбалар

Абсорбция, сыпыру және дистилляция сияқты бөлу процестерін жүзеге асыру үшін қолданылатын қапталған төсек қапталған бағана деп аталады. Кейбір хроматография түрлерінде қолданылатын, қаптама материалмен толтырылған түтікшелер де қапталған бағаналар деп аталуы мүмкін, ал олардың құрылымы қапталған төсектерге ұқсас. Бағана төсегі кездейсоқ төгілген қаптама материалмен (кездейсоқ қапталған төсек құру үшін) немесе құрылымдық қаптама бөлімдерімен толтырылуы мүмкін, олар сұйықтықты төсек арқылы күрделі жолдармен өткізуге мәжбүрлейді (құрылымдық қапталған төсек құру үшін). Бағанада сұйықтықтар қаптама материалдарының бетін ылғалдандырады, ал булар осы ылғалданған беттен өтеді, онда масса алмасу жүзеге асады. Дистилляция бағаналарында бөлуді жақсарту үшін табақшалардың орнына қаптама материалдарын қолдануға болады. Қаптама бағана арқылы қысымның төмендеуін қамтамасыз етеді (табақшалармен немесе табақтармен салыстырғанда), бұл вакуумда жұмыс істегенде тиімді. Әртүрлі пішіндегі қаптама материалдарының әртүрлі беттік ауданы және қаптама арасындағы бос кеңістік болады. Бұл екі фактор да қаптаманың тиімділігіне әсер етеді. Қаптама пішіні мен беттік ауданынан басқа, тиімділіктің тағы бір факторы – қапталған төсекке кіретін сұйық пен будың таралуы. Белгілі бір бөлінуді жүзеге асыру үшін қажетті теориялық сатылардың саны белгілі бір бу-сұйық қатынамын пайдалану арқылы есептеледі. Егер сұйық пен бу қапталған төсекке кіргенде бағананың көлденең қимасы бойынша біркелкі таратылмаса, бу-сұйық қатынасы дұрыс болмайды және қажетті бөлінуге қол жеткізілмейді. Қаптама дұрыс жұмыс істемейтіндей болады. Теориялық табаққа тең биіктік (HETP) күтілгеннен жоғары болады. Мәселе қаптаманың өзінде емес, қапталған төсекке кіретін сұйықтықтардың дұрыс таралмауында. Бұл бағаналарда сұйықтықты таратушы және қайта таратушы құрылғылар болуы мүмкін, олар сұйықтықты қаптама бөлігіне тегіс таратуға көмектеседі, бұл масса алмасу тиімділігін арттырады.

Теория

Эргун теңдеуін сұйықтың жылдамдығы, қаптаманың мөлшері, сұйықтың тұтқырлығы және тығыздығын ескере отырып, қапталған төсектің ұзындығы бойындағы қысымның төмендеуін болжау үшін қолдануға болады. Ергун теңдеуі жер бетіндегі жүйелер үшін сенімді болғанымен, микрогравитациядағы жүйелердің әрекетін болжауда сенімсіз. Қазіргі уақытта Халықаралық ғарыш станциясында деректер жинау және орбитадағы қапталған төсек реакторлары үшін сенімді модельдерді жасау мақсатында тәжірибелер жүргізілуде.

Бақылау

Қаптамаланған төсектің жұмысы осы төсек арқылы материалдың ағынына тікелей байланысты, ал ағынның сипаттамасы қаптаманың құрылымы мен ағынды басқару тәсіліне байланысты. Жақын инфрақызыл, рентген, гамма сәулелері, электрлік сыйымдылық және электрлік кедергі томографиясы сияқты томографиялық әдістер қаптамалы бағандардағы сұйықтықтың таралуын анықтау үшін қолданылады. Томографиялық әдістің таңдалуы негізгі өлшемге, қаптаманың ретсіздік деңгейіне, қауіпсіздік талаптарына, қажетті деректерді жинау жылдамдығына және бюджетке байланысты.