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

X

00

|

О5

to

РЕГУЛЯРНАЯ НАСАДКА ДЛЯ ТЕПЛОМАССООБМЕННЫХ АППАРАТОВ, содержащая цилиндрический корпус с вертикальными зигзагообразными элементами, отличающаяся тем, что, с целью интенсификации тепломасс обмена за счет исключения сквозного проскока паров и многократного изменения движения жидкости и пара, зигзагообразные элементы выполнены в виде труб, установленных вплотную одна к другой по концентрическим окружностяк и снабженных расположенными между ними цилиндрами из металлической сетки, причем угол наклона зигзага к горизонтали составляет 35-75°, & отношение длины колена зигзага к диаметру трубки равно 2-3,5.

Изобретение относится к массообменной аппаратуре насадочного типа, предназначенной для ректификации, особенно вакуумной, многокомпонентн смесей, а также для абсорбции, и может быть использовано в химическо нефтехимической и других отраслях промышленности; Известна регулярная насадка для тепломассообменных аппаратов, содер жатая цилиндрический корпус с верти кальными зигзагообразными элементами С 1 Недостатками известной насадки являются неэффективный массообмен и невысокая пропускная способность. Это связано с тем, что в блочной насадке контакт фаз происходит толь ко внутри каналов, что приводит к уменьшению удельной поверхности и свободного сечения. Кроме того,, монтаж известной насадки представляет определенные трудности, поскольку добиться полного совпадения отверстий в соседни плитах трудно, а несовпадение этих отверстий, увеличивающееся от плиты к плите, приводит к росту сопротивления и, следовательно, к уменьшени производительности. Цель изобретения - интенсификаци тепломассообмена за счет исключения сквозного проскока паров и многокра ного изменения движения 7кидкости и пара. Поставленная цель достигается TeMj что в регулярной насадке для тепломассообменных аппаратов, содер жащей цш-1индрический корпус с вертикальными зигзагообразными элементами зигзагообразные элементы выполнены в виде труб, установленных вплотную одна к другой по концентрическим окружностям и снабженных расположенными между ними цилиндрам из металлической сетки, причем угол наклона зигзага к горизонтали соста ляет 35-75 J а отношение длины коле на зигзага к диаметру трубки равно 2-3,5. На фиг, 1 представлена конструкция вспомогательного устройствана фиг, 2 - отдельный элемент насадки - зигзагообразная трубка (где о( угол наклона зигзага к горизонтали, 2- длина колена зигзага, D - диаметр трубки); на фиг. 3 - отдельное колено зигзага, где стрелками указано направление napaj на фиг. 4 - стакан с насадкой, вид сверху (овалы торцовые сечения трубок), на фиг. 5стакан с насадкой, общий вид (цилинд ры из сетки и вспомогательное устройство не показаны), на фиг. 6-8 графики зависимой эффективности насадки от выбранных соотношений. Насадка состоит из вспомогательного устройства, включающего решетку 1, имеющее близкое к насадке свободное сечение и центральный стержень 2. Вокруг центрального стержня 2 вплотную друг к другу по окружности укладывается первый вертикальный ряд трубок 3, на который одевается цилиндр 4 из металлической сетки. Затем укладывается следующий концентрический ряд трубок 3, который также охватывается цилиндром 4 и т.д. Полученный пакет насадки вставляется в стакан 5, а затем стаканы один над другим устанавливаются в колонну. Насадка работает следующим образом. Поднимающиеся из куба пары попадают в зигзагообразные каналы трубок 3, где они многократно изменяют направление своего движения, в результате чего происходит турбулизация как парового, так и жидкостного потока. При этом контакт поднимающегося пара со стекающей вниз жидкостью происходит не только на внутренней поверхности трубок 3, но и на наружной их поверхности, а также на сетке цилиндров 4, что приводит к увеличению эффективности разделения. Благодаря такой конструкции мае- сообмен происходит как на внутренней, так и на наружной поверхностях, а также на цилиндрах из металлической сетки, что приводит к увеличению поверхности контакта. Наличие цилиндров, кроме того, улучшает распределение жидкости и облегчает сборку насадки. Предлагаемая насадка позволяет добиться хорошей турбулизации фаз и, следовательно, эффективного массообмена, благодаря большому количеству изгибов зигзагообразных каналов. Отношение длины колена зигзага I к диаметру трубки D и величина угла наклона с должны быть такими, чтобы полностью отсутствовали сквозной проскок паров. Положительный )ект обеспечивается в интервале изменения величины угла с от 35 до 75 . Увеличение величиныугла выше 75 уменьшает число зигзагов каналов, т.е удшает массообмен, а уменьшение вел чины угла ниже 35 нецелесообразно из конструктивных соображений, поскольку технологически трудно изготовить трубку с крутыми изгибами. Для достижения отсутствия сквозного проскока паров минимальное отношение длины колена зигзага к диаметру трубки при величине угла d- 35 составляет 2, а при величин (С 75 - 3,5. Уменьшение соотношения приводит к проскоку паров, а увеличение - удлиняет колено зигзаг что приводит к ухудшению массообмен Исследования проводили на ректификационной колонне высотой 650 мм с использованием смеси четыреххлористый углерод - бензол, которая обычно используется для изучения различных характеристик массообменных устройств - насаДок и тарелок. Во всех опытах скорость пара состав ляла 0,2 м/с. Данные по зависимости эффективности насадки h от величины отношения И/о в интервале 1,25-5,0 для четырех углов; 35 , 45, и 75 представлены в табл. 1 и на фиг. 6, откуда видно, что величина S/d оказывает значительное влияние на эффективность насадки п, причем для каждого изученного угла существует вполне опре деленное отношение /с|, при котором отсутствует сквозной проскок паров, в результате чего достигается макси мальная эффективность насадки. Оптимальное значение отно1пения e/d легко может быть рассчитано из простых геометрических построений и выражается как 1/si п с -созоС. Таким образом, каждому углу соответствует вполне определенное оптимальное значение отношения длины колена б к диаметру трубка d . Так, для 45 2,0, для 35/ - 2, 15, для 60° - 2,3, для 75 - 3,5. Эта зависимость граф чески изображена на фиг. 7.

При меньших или больших значениях по сравнению с оптимальней происходит резкое снижение эффективности, так как уменьшение отношения й/о1 приводит к сквозному проскоку паров, а увеличение - к возрастанию 1

Преимуществами предлагаемой регулярной насадки являются наличие контакта фаз как на внутренней, так и на наружной поверхностях трубок, а также на цилиндрах из металлической сетки, что увеличивает поверхность контакта и, в конечном 24 щ;ины колена и yмeньшeн пo в связи с, этим числа зигзагов. Проведенные исследования по влиянию величины отношения на эффективность насадки t. подтвердили хорошую согласованность экспериментальных и расчетных данных. Каждому углу соответствует одно, вполне определенное, оптимальное значение отношения к , определяемое из выражения l/sinc -cosoC . Иначе может сложиться мнение, что величина отношения /d изменяется в пределах от 2 до,3,5 для любого угла oi, тогда . как это относится ко всему интервалу величин углов от 35 до 75° Данные по зависимости эффективности насадки п-f от величины угла (. при оптимальном отношении 2/d представлены в табп. 2 и на фиг. 8, откуда видно, что эффективность предлагаемой насадки существенно зависит от угла оС и в интервале 35 -75 она Bbmie по сравнению с известной, для которого число теоретических ступеней разделения не превышает 6-7 на 1 м. Установлено, что при уменьшении угла ниже 35 эффективность резко падает в связи с появлением захлебьгвания жидкости в углах зигзага трубки. Уменьшение эф(1)ективности при угле более 75 объясняется существенным спрямлением загзага и появлением сквозного проскока паров. Предлагаемая насадка, в отличие от насадки спиральный зигзаг изго- товляется из тонкостенных трубок, что приводит к увеличению свободного сечения насадки примерно на 15%, т.е. к уменьшению сопротивления и увеличению произБодителы-юсти аппарата. Верхние и нижние торцы трубок должны быть строго горизонтальны. Трубки могут быть изготовлены из любого материала - металла, керамик11, стекла и т.д. - в зависимости от физико-химических свойств разделяемой жидкости.

итоге, эффективность разбавления и возможность использования тонкостенных трубок, что увеличивает свободное сечение и, следовательно, производительность процесса.

Использование регулярной насадки дает следующий эффект: сокращение продолжительности процессаJ уменьшение потерь продукта, улучшение качестна выпускаемых продуктов.

Таблица 1

.З

Фиг. г

Фк2.5

Hf/In IS

0

/.X.,. 2. .o(-7S

11

Ю

шщ

9 9

очап

уИЛ О

5 5

WSO

РИ 7