Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Полый объект, заполненный материалом, который не полностью препятствует потоку жидкости.
A hollow object filled with material that does not fully obstruct fluid flow
В химической технологии, упаковочная колонна – это полая труба, трубопровод или другой сосуд, заполненный насадочным материалом. Упаковочная колонна может быть заполнена случайным образом небольшими объектами, такими как кольца Рашига, или же представлять собой специально разработанную структурированную насадку. В упаковочных колоннах также могут содержаться частицы катализатора или адсорбенты, такие как гранулы цеолита, гранулированный активированный уголь и т.д. Основная цель упаковочной колонны – улучшить контакт между двумя фазами в химическом или аналогичном процессе. Упаковочные колонны могут использоваться в химических реакторах, процессах дистилляции или скрубберах, но также применяются для аккумулирования тепла на химических предприятиях. В этом случае горячие газы пропускают через сосуд, заполненный огнеупорным материалом, до тех пор, пока насадка не нагреется. Затем воздух или другой холодный газ подается обратно на предприятие через нагретую насадку, тем самым предварительно нагревая подаваемый воздух или газ.
In chemical processing, a packed bed is a hollow tube, pipe, or other vessel that is filled with a packing material. The packed bed can be randomly filled with small objects like Raschig rings or else it can be a specifically designed structured packing. Packed beds may also contain catalyst particles or adsorbents such as zeolite pellets, granular activated carbon, etc. The purpose of a packed bed is typically to improve contact between two phases in a chemical or similar process. Packed beds can be used in a chemical reactor, a distillation process, or a scrubber, but packed beds have also been used to store heat in chemical plants. In this case, hot gases are allowed to escape through a vessel that is packed with a refractory material until the packing is hot. Air or other cool gas is then fed back to the plant through the hot bed, thereby pre heating the air or gas feed.
Приложения
Упакованное ложе, используемое для проведения процессов разделения, таких как абсорбция, ректификация и дистилляция, называется упаковочной колонной. Колонны, применяемые в определенных видах хроматографии и состоящие из трубки, заполненной упаковочным материалом, также могут называться упакованными колоннами, и их структура имеет сходство с упакованными ложами. Заполнение колонны может осуществляться случайным насыпным упаковочным материалом (формируя случайное упакованное ложе) или структурированными упаковочными элементами, расположенными таким образом, чтобы создавать сложный путь для прохождения жидкостей через ложе (формируя структурированное упакованное ложе). В колонне жидкости стремятся смачивать поверхность упаковочного материала, а пары проходят через эту смачиваемую поверхность, где происходит массообмен. Упаковочные материалы могут использоваться вместо тарелок для повышения эффективности разделения в дистилляционных колоннах. Упаковка обеспечивает преимущество в виде меньшего перепада давления по колонне (по сравнению с тарелками или лотками), что особенно важно при работе под вакуумом. Упаковочные материалы различной формы имеют разную удельную поверхность и объем пустот между ними. Оба этих фактора влияют на эффективность работы упаковки. Помимо формы и удельной поверхности упаковки, на эффективность влияет также распределение жидкости и паров при их поступлении в упакованное ложе. Количество теоретических тарелок, необходимых для заданного разделения, рассчитывается на основе определенного соотношения пар/жидкость. Если жидкость и пар не распределены равномерно по площади поперечного сечения колонны при поступлении в упакованное ложе, соотношение пар/жидкость будет неверным, и требуемое разделение не будет достигнуто. Это создаст впечатление, что упаковка работает некорректно. Высота, эквивалентная теоретической тарелке (HETP), окажется выше ожидаемой. Проблема заключается не в самой упаковке, а в неравномерном распределении жидкостей, поступающих в упакованное ложе. Эти колонны могут быть оснащены распределителями и перераспределителями жидкости, которые обеспечивают равномерное распределение жидкости по участку упаковки, повышая эффективность массообмена.
A packed bed used to perform separation processes, such as absorption, stripping, and distillation is known as a packed column. Columns used in certain types of chromatography consisting of a tube filled with packing material can also be called packed columns and their structure has similarities to packed beds. The column bed can be filled with randomly dumped packing material (creating a random packed bed) or with structured packing sections, which are arranged in a way that force fluids to take complicated paths through the bed (creating a structured packed bed). In the column, liquids tend to wet the surface of the packing material and the vapors pass across this wetted surface, where mass transfer takes place. Packing materials can be used instead of trays to improve separation in distillation columns. Packing offers the advantage of a lower pressure drop across the column (when compared to plates or trays), which is beneficial while operating under vacuum. Differently shaped packing materials have different surface areas and void space between the packing. Both of these factors affect packing performance. Another factor in performance, in addition to the packing shape and surface area, is the liquid and vapor distribution that enters the packed bed. The number of theoretical stages required to make a given separation is calculated using a specific vapor to liquid ratio. If the liquid and vapor are not evenly distributed across the superficial tower area as it enters the packed bed, the liquid to vapor ratio will not be correct and the required separation will not be achieved. The packing will appear to not be working properly. The height equivalent to a theoretical plate (HETP) will be greater than expected. The problem is not the packing itself but the mal distribution of the fluids entering the packed bed. These columns can contain liquid distributors and redistributors which help to distribute the liquid evenly over a section of packing, increasing the efficiency of the mass transfer.
Теория
Уравнение Эргуна можно использовать для предсказания перепада давления вдоль длины засыпного слоя, зная скорость жидкости, размер частиц засыпки, а также вязкость и плотность жидкости. Хотя уравнение Эргуна является надежным для систем на поверхности Земли, оно не позволяет надежно прогнозировать поведение систем в условиях микрогравитации. В настоящее время на борту Международной космической станции проводятся эксперименты для сбора данных и разработки надежных моделей реакторов с засыпным слоем, работающих на орбите.
The Ergun equation can be used to predict the pressure drop along the length of a packed bed given the fluid velocity, the packing size, and the viscosity and density of the fluid. The Ergun equation, while reliable for systems on the surface of the earth, is unreliable for predicting the behavior of systems in microgravity. Experiments are currently underway aboard the International Space Station to collect data and develop reliable models for in orbit packed bed reactors.
Мониторинг
Производительность засыпного слоя сильно зависит от течения материала через него, которое, в свою очередь, определяется структурой засыпки и способом управления потоком. Томографические методы, такие как ближняя инфракрасная спектроскопия, рентгеновская томография, гамма-томография, электрическая емкостная томография и электрическая томография сопротивления, используются для количественной оценки распределения жидкости в засыпных колоннах; выбор томографической техники зависит от измеряемого параметра, случайности засыпки, требований безопасности, необходимой скорости сбора данных и бюджета.
The performance of a packed bed is highly dependent on the flow of material through it, which in turn is dependent on the packing and how the flow is managed. Tomographic techniques such as near infrared, x ray, gamma ray, electrical capacitance, electrical resistance tomography are used to quantify liquid distribution patterns in packed columns; choice of tomographic technique depends on the primary measurement of interest, randomness of packing, safety requirements, desired data acquisition rate, and budget.