Колонны с вращающимися контактными устройствами.

Провел эксперимент по выявлению приемлемого диапазона частот вращающегося цилиндра. С помощью частотного преобразователя управлял асинхронным двигателем. Разгон/остановку сделал плавными, чтобы исключить рывки. На ось двигателя перпендикулярно ей закрепил алюминиевую проволоку D=3,5 мм, длиной 10см, т. е. диаметр предполагаемого цилиндра 20см. Торец проволоки прошлифовал и перед включением привода каждый раз размещал на нем каплю воды с помощью шприца объемом примерно 0,0025мл. Капля практически полностью закрывала срез проволоки. Первый отрыв происходил на частоте примерно 4,5 об/с. Оставшаяся часть капли занимала примерно в 2,5-3 раза меньшую площадь. На частоте 5,5 об/с происходил второй отрыв с уменьшением занимаемой каплей площади до 6 крат.
При частоте 8 об/с капля уменьшалась до точечного размера диаметром меньше 1мм.
Учитывая то, что чтобы сохранить центробежную силу постоянной (т.е. на уровне когда она еще не может разорвать силы связи в капле), а также что отношение квадратов частот цилиндров обратно пропорционально отношению их радиусов, можно сделать вывод, что диапазон максимальных частот для цилиндров диаметрами от 5 до 20 см лежит в пределах 4 – 9 об/с.

Зависимость более сложная, она линейно - квадратичная. Каплю отрывает центробежная сила. Когда она становится больше сил поверхностного натяжения, происходит отрыв.
Центробежная сила равна квадрату угловой скорости, умноженному на радиус вращения и на массу капли.

Если при радиусе 10 обрыв происходил при 4,5 об/с, то при радиусе 5 см он произойдет при 18 об/с, а при радиусе 20 - при 1 обороте в секунду.

Так что для такого диапазона радиусов, диапазон частот вращений гораздо шире - от 1 ло 18 об/с.

Я исходил из того, что массы капель одинаковы и центробежные силы, при которых происходит их отрыв тоже, поэтому выражение для определения частоты второго цилиндра приобретает вид: W2 = √ (W1² R1/R2) . И если для цилиндра радиусом 10 см частота, при которой капля не отрывается 4 об/с, то для цилиндра радиусом 2 см она составит 9 об/с, а для радиуса 20 см – 2,8 об/с. Но я думаю, что и эти частоты высоковаты, т.к. опыты проводились для капли, которая устойчиво висела на вертикальной плоскости. Чтобы обеспечить сток флегмы вниз нужно увеличить массу капли, что дает пропорциональное увеличение центробежной силы, а значит снижение максимальной частоты. Думаю, что для цилиндра разумных размеров, т.е. чтобы и площадь была достаточно большой и радиус не гигантский, частотный диапазон составит 2-3 об/с.

Тут еще есть другое соображение. В таких условиях пар не строго вертикально поднимается, но и закручивается за ротором; и пару кажется, что скорость ротора относительно него меньше; значит, площадь контакта надо умножить еще на какой-нибудь поправочный коэфф. где-нибудь 0.5..0.8 (интуитивно).
Reflux, 02 Июня 09, 21:06

Если рассмотреть принцип центробежного пылеуловителя то можно провести аналогию с этим устройством - там тоже воздух подается во вращающийся цилиндр и выходит из него с другой стороны. Но вот выходит он уже прижатый к стенке и с нулевой скоростью относительно него.
Тоже будет и в колонне.
Чтобы исключить такое можно применить цилиндр с вертикальными пропилами, по которым будет подаваться пар, а наружный цилиндр будет вращаться с маленьким зазором относительно первого.
Тогда пар не будет перескакивать из канала  в канал.
Рисунок для пояснения прикладываю.

Люди вы гляньте http://www.absintheclub.ru/...4e3167277#35979 . В конце - http://www.absintheclub.ru/...4e3167277#35988 нормальная колонна, которая, в общем работать будет.

Чтобы исключить такое можно применить цилиндр с вертикальными пропилами, по которым будет подаваться пар, а наружный цилиндр будет вращаться с маленьким зазором относительно первого.
Тогда пар не будет перескакивать из канала  в канал.
Рисунок для пояснения прикладываю.
V_B, 08 Июня 09, 13:06

Вот, вот, постепенно цилиндр начинает трансформироваться в ершик с сильно развитой поверхностью. Это как раз соответствует тем моим мыслям, с которыми я зашел в эту тему, в поисках ответа на свои вопросы. А мысль следующая: с помощью вращающегося ершика производить перемешивание пара и флегмы, может быть даже на больших оборотах. Только здесь есть одно слабое место – это отжим флегмы к стенкам колонны.
Сейчас пока вижу только два выхода:
1.   Выполнить ершик неметаллическим с достаточно длинными ворсинами, чтобы они перемешивали флегму и на стенках колонны.
2.   Металлический вариант ершика разбитого на секции по высоте и с отводом флегмы от стенок к центру.
Понимаю, оба варианта имеют недостатки, но с другой стороны, где их нет.

А мысль следующая: с помощью вращающегося ершика производить перемешивание пара и флегмы, может быть даже на больших оборотах.
kw, 08 Июня 09, 16:33

А если попробовать так? Серенькое - это ершик-разбрызгиватель, установленный на валу. Путь пара - красный, путь флегмы - синий.

Вы посмотрите внмательно ссылки, Rodrigues как раз эффективно решил задачу возврата флегмы с краев в центр за счет наклона неподвижных пластин.

Rudy спасибо за ссылки. С учетом предложения steel.ne наша конструкция начинает напоминать роторный ректификатор Rodriguesa, но наклонять кольца, по-моему, не стоит.

А если попробовать так? Серенькое - это ершик-разбрызгиватель, установленный на валу. Путь пара - красный, путь флегмы - синий.
steel.ne, 08 Июня 09, 16:48

При таком положении пластин отподает необходимость вращать ротор, если пластины поставить почаще, а диаметр трубы взять побольше можно добится довольно высокой площади контакта пар-флегма. Можно вобще квадратную колонну  сделать.

При таком положении пластин отподает необходимость вращать ротор, если пластины поставить почаще, а диаметр трубы взять побольше можно добится довольно высокой площади контакта пар-флегма. Можно вобще квадратную колонну  сделать.
Селянин, 10 Июня 09, 05:12

Тут весь цимус не в узком проходе, там контакта практически нет (на уровне пленки), а во взаимодействии радиально летящих мелких капель и радиально поступающего пара.

Тут весь цимус не в узком проходе, там контакта практически нет (на уровне пленки), а во взаимодействии радиально летящих мелких капель и радиально поступающего пара.
steel.ne, 10 Июня 09, 08:50

Дело в том что при распылении жидкость охлаждается и поэтому в паро-капельной зоне температура будет ниже и испарения с поверхности капель присходить не будет. При слиянии капель на стенках трубы будет присходит нагрев жидкости и соответственно усиленное испарение. Т.Е будет переспределение температуры, в центре колонны ниже,  на стенках выше. Короче получаем ту-же плёночную колонну. В сумме получаем тот же градиент температуры по высоте но различный по сечению. Небольшая добавка теплоты имеет место быть за счёт  удара капель но очень незначительная.

А как же здесь:

РОТОРНАЯ МАССООБМЕННАЯ КОЛОННА
Патент Российской Федерации

Цель изобретения - повышение эффективности разделения за счет диспергирования жидкости в объеме ступени.

Или в центробежном аппарате найденном Rodriguesom, где так же говорится о том, что газ движется в зазорах между кольцами пересекая при этом факел распыленной жидкости.

Давно не заглядывал.
У Крэля есть экспериментальные данные. Например: Цилиндр высотой 58.4см, диаметром 74,4мм при частоте вращения 4000 об/мин имел 62 теоретические ступени раздела, при нагрузке 3000 мл/час. ВЭТС=0,935 см.
(Э.Крель -  Руководство по лабораторной перегонке)
-----------------
Добавил Игорь.
http://absinthe.ho.ua/library/krel.djvu
стр.359-369

wap, а можно поподробнее о конструкции. Цилиндр гладкий? Какой зазор между цилиндром и корпусом? По моим экспериментам на таких скоростях флегма уже вверху будет на стенках корпуса.

Скан

при распылении жидкость охлаждается и поэтому в паро-капельной зоне температура будет ниже и испарения с поверхности капель присходить не будетСелянин, 10 Июня 09, 13:26

А не переоцениваешь ли ты вклад энергии кипиллярного натяжения? Имхо она слишком мала!
Никаких других причин для охлаждения я не вижу, только интенсивоное испарение с поверхности, а это то нам какраз и требуется!

wap и Игорь спасибо за информацию, очень интересная книжечка. Теперь ясно, почему такие скорости, но с таким зазором очень серьезные требования к конструкции.

а зачем вращать цилиндр с флегмой? может проще вращать пар крыльчаткой с бешеной скоростью, а флегма пусть течет по стенкам внешнего цилиндра

Колонны с вращающимися контактными устройствами выглядят не так.
Лет 30 назад, на кафедре "тепловые установки и тепловые двигатели" в книге из их библиотеки, я видел устройство для отделения тяжелой воды производительностью 1,2 т. тяжелой воды в сутки. Диаметр колонны 60 мм. высота 10 метров. Но это для тяжелой воды.
Для спирта она наверняка гораздо короче.