Тепломассообменный аппарат Советский патент 1987 года по МПК B01D3/26 

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано для проведения массообменных процессов в системах газ (пар) - жидкость.

Цель изобретения - уменьшение гидрав- .шческого сопротивления и упрощение конструкции аппарата.

На фиг. 1 представлен аппарат, разрез; на фиг . 2 - узел 1 на фиг. 1, изо.метриче- ское изображение, кромки пластин вынолне- ны в виделоманых линий; на фиг. 3 - то же, кромки пластин выполнены в виде плавных линий; на фиг. 4 - сечение А-А на фиг. 1, прорези расположены выше линии отгиба пластин; на фиг. 5 - то же, прорези расположены ниже линии отгиба пластин.

Аппарат содержит корпус 1, тарелки 2, переливные устройства 3 и трубчатые контактные элементы 4, выполненнь е в виде единых каналов, снабженные узлами подвода жидкости, например питаюш,ими отверстиями 5. Верхняя часть трубчатых контактных элементов выполнена с прорезями 5, размещенными кольцевыми рядами, каждая из которых снабжена отогнутой внутрь пластиной 7 с образованием сепарационного окна 8. Пластины одновременно выполняют функции завихрителей и отбойников.

Прорези расположены выше липий 9 отгиба, пластин, наклонненых под острым уг- ло.м а (фиг. 2 и 3) к образующей трубчатых контактных элементов.

Благодаря наклону линий 9 поверхности отогнутых внутрь пластин 7 оказываются повернутыми относительно оси контактного элемента на одинаковый угол с образованием между пластинами закручивающих и сепарирующих каналов 10.

Кромки 11 пластин 7 выполнены в виде ломаных или плавных линий (фиг. 2 и 3). Кроме того, предлагается выполнять линии 9 отгиба пластин 7 с наклоном к образующим трубчатых контактных элементов под уголом 25-45.

А ппарат работает следующим образом.

Под действием давления гидростатического столба на тарелке 2 жидкость через питающие отверстия 5 поступает в контактный элемент 4. Проходя в каналах 10 между 1 аклонными пластинами 7 нижележащей ступени, выполняющими функцию завихри- теля, газ (пар) приобретает вращательное движение и увлекает образующуюся на внутренней поверхности контактного элемента жидкую пленку вверх по винтовой траектории.

Под воздействием быстродвижущегося закрученного газового потока жидкая пленка сильно турбулизуется, при этом происходит интенсивный процесс массопередачи. Дойдя до каналов 10 .между наклонны.ми пластина.ми 7 данной ступени, совмещающими функции завихрителей и отбойника, газ (пар) восполняет энергию своего вра- щательного движения. Под действием центробежных сил и вследствие отбойного действия пластин 7 жидкость удаляется в межтрубное пространство через окна 8 (фиг. 4) и снова стекает на тарелку, а газ (пар) уходит на вышележащую ступень.

Описанный выще и изображенный на фиг. 4 процесс удаления жидкости в межтрубное пространство протекает, если прорези 6 расположены выще линии 9 отгиба пластин 7. В противном случае процесс удаления жидкости в межтрубное пространство затруднен тем, что пластины 7 отбрасывают набегающую на них жидкую пленку к центру трубы (фиг. 5).

С целью получения максимального закручивающего эффекта пластины 7 следует

0 загибать внутрь так, чтобы проекции на горизонтальную плоскость их верхних кромок располагались по радиусам трубы контактного элемента. При этом угол наклона поверхностей пластин 7 относительно вертикали (угол п(;ворота потока в каналах заиихри- теля) равен углу наклона а линий 9 относительно образующей контактного элемента.

Для определения оптимальных зн чений угла а, равного углу поворота потока в каналах 10, используется известная форму- 0 ла для расчета гидравлического сопротивления резкого поворота потока

5

Лр А-В

PV

где V - скорость газа в канале завихрителя;

р - плотность газа;

А, В -коэффициенты, зависящие от угла поворота потока в каналах завихрителя.

Кинетическая энергия вращательного движения газа в каналах завихрителя

45

г PViр .; . ;

Ек sin-a.

(2)

где VT - тангенциальная составляющая вихревого движения газа. Гидравлическое сопротивление, отнесенное к единице кинетической энергии вращательного движения, равно

д, ,,лг АВ

(3)

55

Подставляя значения коэффициентов А и В в уравнение (3), получают зависимость, представленную в табл. 1.

Таким образом, минимальные удельные потери энергии на закрутку газового потока имеют место в диапазоне углов наклона каналов (пластин) « 25-45°.

Для оптимальной работы пластинчатого сепаратора-завихрителя в предлагаемой конструкции существенное значение имеют чис- ло пластин (прорезей) и их размеры, которые связаны друг с другом соотношением

(3+ с) z 2лг,(4)

где а, с - ширина прорезей и перемычек между ними по окружности контактного элемента в сечении,а и с имеют соответственно максимальное и минимальное значения; Z - число прорезей в одном кольцевом ряду;

г - радиус трубы контактного элемента.

Значение а/г, при Z

::i::i::::r:i

rizi

Примечание. Прочерки при

Из табл. 2 следует, что для обеспечения прочности и жесткости трубы в сечении, где ширина прорези а максимальна, необходима, чтобы ширина перемычки с составляла не менее с 0,2г для обеспечения максимальной закрутки потока целесообразно, чтобы отношение а/г было близко к 1.

Таблица 1

Из выражения (4).следует

2:т

Z

(5)

Максимальная ширина прорези,а, прибли« зительно равная проекции пластины на радиус трубы контактного элемента, не может быть больше 1 (иначе пластины пересе20

кутся, что невозможно). При а

L г

-

d вылет пластин очень мал и слишком мала закрутка потока. Поэтому в табл. 2 приведены значения а/г при различных значениях с/г и Z, причем, значения ; 0,32 в табл. 2 опущены.

Таблица 2

Этим требованиям наиболее полно удовлетворяет вариант с числом прорезей z 6; с/г 0,2, а/г 0,85.

Пример. Проводят гидродинамические испытания модели массообменного аппарата предлагаемой конструкции. Испытание проводят в колонне из оргстекла внутренним

диаметром 200 мм, в которой установлены две .тарелки с переливными стаканами. Расстояние между тарелками 500 мм. По оси колонны через отверстия в тарелках пропущена контактная тонкостенная металлическая труба внутренним диаметром 43 мм.

В верхней части контактных элементов (под вышележащими тарелками) в трубе- выполнены два кольцевых ряда прорезей треугольной формы высотой 35 мм, а 16,5 мм, 6,0 мм в соответствии с формулой изобретения. Пластины отогнуты внутрь так, чтобы проекции их верхних кромок на горизонтальную плоскость разме- н 1ались по радиусам трубы. Жидкость подают в контактные элементы через отверстия 04 мм.

При проведении опытов скорость газа изменяют в пределах wo: 15,0- 20,0 м/с, линейную плотность орощения Г 0,39 - -0,61 . В опытах измеряют перепад давления Лр на одном контактном элементе. Результаты опытов приведены в табл. 3.

Таблица 3

Данные табл. 3 показывают, что гидравлическое сопротивление предлагаемой конструкции по крайней мере в 3-6 раз мень-.

ще гидравлического сопротивления больщого количества известных вихревых аппара.тов.

Таким образом, расположение прорезей выще линии отгиба пластин, наклонной под острым углом к образующей трубчатых контактных элементов, выполнение кромок пластин в виде ломаных или плавных линий, выполнение нескольких контактных элементов в виде единых каналов приводят к исключению резких сужений, расщирений и поворотов газового потока, что значительно снижает гидравлическое сопротивление, а следовательно, у.меньшает энергоемкость процесса.

Размещение линий отгиба пластин под углом 25-45° по отнощению к образующим трубчатых контактных элементов еще более уменьшает гидравлическое сопротивление аппарата.

Совокупность известных и новых признаков конструкции приводит к тому, что все функциональные устройства соосно расноло- женных контактных элементов выполнены из одной стандартной трубы, что делает конструкцию простой и технологичной, снижает стоимость изготовления сборки и ремонта.

Формула изобретения

1.Тепломассообменный аппарат, содержащий корпус с тарелками и переливными

устройствами, снабженные завихрителями, отбойниками и узлами подвода жидкости трубчатые контактные элементы, верхняя часть которых выполнена с прорезями, размещенными кольцевыми рядами, каждая из которых снабжена отогнутой внутрь пластиной с образованием сепарационного окна, отличающийся тем, что, с целью уменьшения гидравлического сопротивления и упрощения конструкции, пластины наклонены под острым углом к образующей трубчатых контактных элементов, а прорези расположены выще линии отгиба пластин, при этом кромки пластин выполнены в виде ломаных или плавных линий.

2.Аппарат по п. 1, отличаюш,ийся тем, что угол наклона пластин к образующи.м

трубчатых контактных элементов равен 25-45°.

Изобретение относится к анпаратур- но.му оформлению массообменных процессов в система газ (пар) - жидкость и может быть использовано в химической, пищевой. нефтехимической и других отраслях промышленности. Цель изобретения - уменьшение гидравлического сопротивления и упрощение конструкции. В тепломассообменном аппарате, содержащем корпус с тарелками и переливными устройствами, снабженные завихрнте;}ями, отбойниками и узлами подвода жидкости трубчатые контактные элементы, верхняя часть которых выполнена с прорезями, размещенными кольцевыми рядами, каждая из которых снабжена направленной внутрь пластиной с образованием се- парационного окна, прорези расположены выше линии отгиба пластин, наклоненной под острым углом к образующей трубчатых контактных элементов, причем кромки пластин выполнены в виде ломаных или плавных линий. Кроме того, линия отгиба пластин выполнена с наклоном к образующим трубчатых контактных элементов под углом 25- 45°. 1 з.п. ф-лы, 5 ил., 3 табл. Ф (Л со СП о сд 4

Составитель А. Сондор

Техред И. ВересКорректор Л. Пилипенко

Тираж 657Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

П 3035, Москва, Ж-35, Раушская иаб., д. 4/5 Произ 1олственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, у.п. Проектная, 4