Регулярная насадка для тепломассообменных аппаратов Советский патент 1984 года по МПК B01D53/20 

Пар i (t43)l

Жидкостная

эо

SD 4;:

-4j

о

1082470

2. Насадка по п. 1 , о т л и ч а- к кромкам козырьков и гофры в направлении ю щ а я с я тем, что горизонтальные от нижних торцов листов к верхним образу ряды просечек в направлении от оснований ют между собой острый угол.

1. РЕГУЛЯРНАЯ НАСАДКА ДЛЯ ТЕШ10МАССООБМЕННЫХ АППАРАТОВ в виде пакетов из вертикальных гофрированных листов с наклонным рифлением, причем в смежных листах гофры имеют одинаковый, но противоположный угол наклона к вертикали, а вся гофрированная поверхность листов перфорирована горизонтальными рядами просечек, отличающаяся . тем, что, с целью обеспечения технологичности крнструкции и эффективного теплообмена за счет равномерности распределения жидкостной пленки и интенсивной турбулизации потока пара (газа), просечки выполнены с отогнутыми козырьками на ребрах и на вершинах гофр, причем козырьки на ребрах гофр и козырьки на вершинах гофр, отогнутые в сторону впадин гофр смежных листов, отклонены соответственно от поверхности ребер и от касательной к вершинам гофр на , одинаковый угол, равньШ 20-90°, а I угол отклонения от поверхности ребер козырьков, расположенных на вершинах (П гофр и отогнутых в сторону выступов гофр смежных листов, равен углу между касательной к вершинам гофр и поверхностью ребер.

Изобретение относится к конструкциям регулярных насадок, которыми оснащаются тепломассообменные колонные аппараты, преимущественно вакуум ректификационные колонны. Насадка является основным конст рукционньм элементом колонн, так как на её поверхности посредством контакта жидкостной плёнки и потока пара (газа) осуществляется процесс переноса тепла и массы. Известны косорифленые насадки, пакеты которых изготавливаются из вертикальных листов с наклонньми к вертикальной оси гофрами. Это обеспе чивает достаточно активный гидродина мический режим движения пара и исклю чает возможность провала жидкости на нижележащие пакеты. Гофрированные листы перфорируются просечками, прорезями или отверстиями, что позволяе повысить эффективность насадок за счет улучшения равномерности распределения жидкости Щ. Наиболее близкой к предлагаемой является насадка в виде пакетов из вертикально расположенных гофрированных листов,, причем гофры в смежных листах имеют одинаковый, но противоположный угол наклона к вертикали. Поверхность гофрированных листов перфорирована горизонтальными рядами прорезей. Вследствие этого насадка достаточно хорошо смачиваетс даже при незначительных плотностях орошения L2j Однако нанесение прорезей не способствует интенсификации гидродинамического режима и, следовательно, теапомассообмена в потоке пара. Кром того, операция по нанесению прорезей с нужньми геометрическими параметрами весьма трудоемка, приводит к снижению прочности насадки и поэтому невыгодна с экономической точки зрения. Цель изобретения - обеспечение технологичности конструкции насадки И эффективного тепломассообмена за счет улучшения равномерности распределения жидкостной пленки и интенсивной турбулизации потока пара (газа). Поставленная цель достигается тем, что в регулярной насадке для тепломассообменных аппаратов в виде пакетов из вертикальных гофрированных листов с наклонным рифлением, причем в смежных листах имеют одинаковый и противоположный угол наклона к вертикали, а вся гофрированная поверхность листов перфорирована горизонтальными рядами просечек, просечки выполнены С отогнутыми козырьками на ребрах и на вершинах гофр, причем козырьки на ребрах гофр и козырьки на вершинах гофр, отогнутые в сторону впадин гофр |смежных листов, отклонены соответственно от поверхности ребер и от касательной к вершинам гофр на одинаковый угол, равный 20-90 , а угол отклонения от поверхности ребер козырьков, расположенных на вершинах гофр и отогнутых в сторону выступов гофр смежных листов, равен углу между касательной к вершинам гофр и поверхностью ребер. Горизонтальные ряды просечек в направлении от оснований к кромкам козырьков и гофры в направлении от нижних торцов листов к верхним образуют между собой острый угол. Конкретное значение этих углов отклонения выбирается..в зависимости от смачиваемости и прочностных характеристик конструкционного материала. Так, если орошающая жидкость хорошо смачивает материал, вследствие чего обеспечивается заполнение и переТекание пленки через просечки, то козырьки отогнуты по поверхности ребер и от касательной к вершинам гофр на 90 . Такое расположение наиболее целесообразно, так как способствует интенсивной турбулизации пара и полностью открывает просечки для перераспределения жидкости. Однако при недостаточной пластичности конструкционного материала (например, у полимерных материалов) отгиб козырьков на 90 может привести к их излому. Это вызывает необходимость уменьшить угол отклонения козырьков. При плохой смачиваемости констру ционного материала (например, при использовании полимерных материалов при малых плотностях орошения) угол отклонения козырьков также должен быть меньше 90 . В противном случае (если сохранить угол отклонения, 1 равный 90 ) жидкость не заполняет, а обтекает просечки. Это существенн снижает перераспределяющую способность насадки, что приводит к появлению слабоорошенных и неорошенных участков поверхности контакта фаз, как следствие, к малоэффективной работе насадки. Поэтому козырьки отогнуты на угол, меньший 90°, чтоб между ними и поверхностью материала образовались узкие капиллярные щели Это обеспечивает хорошую смачиваемость и заполнение просечек даже пр низких плотностях орошения. Однако - отгибать козырьки меньше чем на 20° нецелесообразно, так как козырь практически закрывают просечки. Это ухудшает перераспределяющую способность насадки по жидкости. Одновременно существенно снижается турбули зирующее воздействие козырьков на поток пара. Угол отклонения козырьков, расположенных на вершинах гофр и напра ленных в сторону выступов гофр смеж ных листов, равен углу, образованно между касательной к вершинам и поверхностью ребра гофр. Выполнять угол отклонения козырьков меньшим нецелесообразно. Если эти козырьки отогнуты на угол, превьш1ающий величину угла между.касательной к верши нам и поверхностью ребра гофр, то нарушается полный контакт смежных листов, так как между выступами смежных листов будут образованы заз ры. Это резко снижает перераспределяющую способность и, следовательно эффективность насадки. Другой особенностью является ориентация козырьков, которые просекают ся таким образом, чтобы между горн704зонтальными рядами перфораций в направлении от основания козырьков к их кромкам и наклонными гофрами в направлении от нижнего торца листов к верхнему образовывался острый угол. При таком исполнении орошающая жидкость, заполняющая просечку, равномерно перераспределяется по поверхности гофрированных листов. Если горизонтальные ряды перфораций и наклонные гофры (в указанных направлениях) образуют тупой угол, то заполняющая просечки жидкость перемещается и стекает по направлению наклонных гофр. Это приводит к образованию слабоорошенных и несмоченных участков и снижает эффективность тепломассообмена. На фиг. 1 изображена предлагаемая насадка, общий вид} на фиг. 2 отдельный гофрированный лист; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2, на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг.. 2. Регулярная насадка для тепломас- сообменных аппаратов в виде пакетов из вертикальных гофрированных листов 1 имеет в смежных листах 1 одинаковый, но противоположный угол наклона гофр к вертикали. Профиль гофр сформирован ребрами 2 (поверхность которых может быть плоской или искривленной) и вершинами 3. Гофрированная поверхность листов перфорирована горизонтальными рядами просечек 4 с отогнутыми козырьками 5-7. Козырьки 5-7 в смежных по вертикали рядах перфораций имеют противоположный угол отклонения от поверхности листов 1 (см. фиг. 2). Перфорации с просечками 4 и козырьками 5-7 нанесены как на ребрах 2 (козырьки 5), так и на вершинах 3 (козырьки 6, 7). Отдельные ребра 2 в горизонтальных рядах могут перфо- рироваться просечками 4 и козырьками 5 в одном или нескольких участках. Козырьки 6 и 7 на вершинах 3 гофр направлены в сторону впадин и выступов гофр смежных листов. Углы отклонения оС;, козырьков 5 и. W1.2 и о -7 козырьков 6 составляют 20-90 . Угол отклонения козырьков 7 равен углу между касательной к вершинам 3 гофр и по верхностью ребер 2. Горизонтальные ряды перфораций (в направлении от основания к кромках козырьков 7) и наклонные гофры (в направлении от нижних торцов листов 1 к верхним) образуют острый угол.

Насадка работает следующим образом.

Жидкость из оросительного устройства или вьшерасположенного слоя насадки (не показаны) поступает на поверхность гофрированных листов 1 пакета насадки. Заполняя просечки 4 на ребрах 2 и вершинах 3 гофр, жидкость перетекает на смежные листы в точках сбприкосновения вершин 3 на выступах гофр и равномерной пленкой покрывает всю поверхность насадки. Встречный поток пара движется по наклонным каналам насадки. Режим его течения интенсифицируется отогнутыми козырьками 5-7. Этим достигается активный обмен теплом и массой между контактирующимипотоками жидкости и п5ра.

Наиболее удачным техническим ре- шением является насадка, принятая в качестве прототипа, поэтому указанная насадка выбрана за базовый образец для оценки эффективности предлагаемой конструкции.

В табл. 1 приведены сравнительные данные, характеризующие основные технические показатели предлагаемой конструкции и прототипа (базового образца).

Коэффициент неравномерности распределения жидкости L., (0,05-20)MVM2.4,H

Число Рейнольдса, характеризующее переход ламинарного режима течения пара в турбулентный,

Величины Н и Re позволяют сопоставить достоинства насадок как .в отношении их распределяющей способности по жидкости, так и по степени интенсификации режима движения пара.

Из табл. 1 следует, что показатели предлагаемой насадки более предпочтительны: качество распределения жидкости и активность движения пара в этой насадке вьше, чем в прототипе .

Следствием этого как в организации наиболее интенсивного гидродинамического режима при движении контактирующих фаз, так и в технологичности изготовления является повыщени эффективности и снижение стоимости насадки.

В табл. 2 приведены примеры конкретного выполнения предлагаемой конструкции.

Образцы насадки, характеристики которых приведены в табл. 2,испытаны в опытно-промьшленных колоннах производств фторорганйческих соединений и перекиси водорода. Применение таких конструкций позволило ощутимо повысить технико-экономические показатели производственных процессов.

5-10

10-20

180-200

300-350

Таблица 2