В аппарате Rotating Zigzag Bed, сокращённо RZB, я выделяю главное конструктивное отличие: чередуются два ряда концентрических перегородок. Один ряд вращается вместе с нижним диском, другой закреплён на верхнем неподвижном диске. Жидкость в целом движется от центра к периферии, пар — от периферии к центру. Здесь механическое движение меняет не только скорость потока, но и последовательность контакта жидкости с поверхностями.
Что вращается и откуда берётся зигзаг
В конструкции, описанной Ваном и соавторами, нижний диск связан с валом. Его кольцевые перегородки направлены вверх, а перегородки верхнего неподвижного диска свисают вниз. Их радиальное чередование создаёт обходной путь. Верхние части вращающихся перегородок имеют перфорацию; между свободными концами перегородок и противоположными дисками остаются проходы. Это не спиральная стенка и не сплошной слой насадки.
Слева: условный вид концентрических перегородок сверху. Справа: увеличенный радиальный участок; центр аппарата находится левее, периферия правее.
1 — вращающиеся перегородки и нижний диск; 2 — неподвижные перегородки и верхний диск; 3 — путь пара внутрь; 4 — капли жидкости; 5 — передача жидкости дальше наружу. Позиции 1 и 2 повторены у каждого кольца слева и у соответствующих дисков справа. Тонкие линии от номеров — выноски, не потоки. Дуга слева относится к элементам 1; нижняя отдельная стрелка справа также обозначает общее направление жидкости 5.
Охристые кольца и нижний диск вращаются; зелёные кольца и верхний диск неподвижны. Дуга слева относится только к охристым элементам. Синяя линия справа показывает условный путь пара внутрь через верхние проходы и под неподвижной перегородкой. Охристые точки — перенос жидкости каплями на неподвижную стенку; затем она стекает и передаётся дальше наружу. Нижняя отдельная стрелка показывает только общее направление жидкости, не дополнительный канал. Разрывы охристых вертикальных линий условно обозначают отверстия. Число колец, отверстия, зазоры и траектории не являются рабочими размерами или точной картой скоростей. Номера 1/2 отличают подвижные и неподвижные элементы также без цвета; светлые разрывы на вращающихся перегородках — условные отверстия, а не разъединение деталей. Линии пути газа не являются трубами.Плёнка обновляется через перенос между поверхностями
Вращающаяся перегородка диспергирует жидкость, а неподвижная собирает капли в стекающий слой. Затем жидкость снова поступает к вращающимся элементам. Я прослеживаю здесь повторение двух действий: раздробить поток и вновь собрать его на поверхности. Поэтому рисовать одинаковую непрерывную плёнку на всех кольцах было бы неправильно — часть пути жидкость проходит каплями.
Общий радиальный противоток я отличаю от местного движения фаз. В работе 2010 года выделены участки перекрёстного контакта капель с газом и противоточного контакта со стекающей плёнкой. В каждой точке скорости вовсе не обязаны смотреть строго навстречу друг другу. Авторы также отмечают, что подробный механизм ещё требует исследования; из одной такой схемы я не определяю долю массопереноса, приходящуюся на каждый участок.
Промежуточное питание и соединение модулей
Неподвижный верхний диск удобен для подвода промежуточного питания в выбранную радиальную область. Несколько контактных модулей можно последовательно соединить в одном корпусе; такое решение описано в патенте US7344126B2. Я рассматриваю его как отдельный вариант организации аппарата: общий принцип RZB ещё не означает, что всякое изделие с этим названием повторяет данную патентную сборку.
Название Higee Rotating Zigzag Bed встречается, например, в каталоге AGT. Это коммерческий пример семейства, но я не восстанавливаю его внутреннюю конструкцию по рекламной иллюстрации. Для объяснения механизма достаточно опубликованного устройства контактной зоны; варианты обозначений в каталоге сами по себе не создают новых физических принципов.
Режим нельзя задать одним числом оборотов
Изменяя вращение, меняют гидродинамику и, возможно, разделяющую способность. Но я не считаю перегородки вместо теоретических ступеней и не пользуюсь универсальной шкалой «обороты — число тарелок». Нужна измеренная характеристика для определённой смеси и нагрузки. Быстро крутиться и хорошо разделять — связанные, но всё-таки разные свойства.
В аннотации экспериментальной работы 2019 года сравниваются варианты конструкции RZB. В исследованных исполнениях увеличение высоты неподвижных перегородок улучшало массоперенос, но одновременно увеличивало перепад давления. Я читаю это как результат сравнения конкретных вариантов, а не как совет всегда делать перегородки выше. Улучшение разделения приходится сопоставлять с гидравлической и энергетической ценой.
Компактный контактный узел не отменяет работу кипятильника и конденсатора. Поэтому обещание экономии энергии я сопоставляю с балансом всей установки, включая привод, а не с одним только уменьшением её высоты. Численный выигрыш без сопоставимых условий из компактности не следует.
Связанные аппараты
- У конусов жидкость переходит между наклонными поверхностями; у RZB — между концентрическими перегородками.
- У Подбильняка используется единый вращающийся спиральный канал; у RZB неподвижные и подвижные элементы чередуются.
- Обычный концентрический цилиндр оставляет кольцевой зазор без ряда попеременно закреплённых перегородок.
- Ректификационная колонна с вращающимися конусами
- Спиральный центробежный аппарат Подбильняка
- Колонна с концентрическим вращающимся цилиндром
Связанный самостоятельный разбор: Ступенчатый прямоток при общем противотоке.
Источники и материалы
Источники
- Wang, Xu, Li, Ji, An Introduction to New Higee Device and Its Industrial Applications, Distillation Absorption 2010, § 2, с. 272, рис. 3–4: устройство контактной зоны и движение фаз.
- US7344126B2, Equipment of multi-rotors zigzag high-gravity rotating beds, 2008; устройство и последовательное соединение контактных модулей.
- AGT: Higee Rotating Zigzag Bed, каталожное название и состав промышленной системы; коммерческое описание.
- Материал Реаторг на Pharmtech 2023. Коммерческий обзор оборудования; обозначения его иллюстрации не используются на схеме этой карточки.
- Qualitative relationships between structure and performance of rotating zigzag bed in distillation, 2019, 135, 141–147. Аннотация издателя: сравнение вариантов конструкции, массоперенос и перепад давления.