Тепломассообменный аппарат Советский патент 1988 года по МПК B01D3/26 

/03

5 tl

1И V Т. I / 1

Теплоноситель

W

xi

N5

Изобретение относится к химичесой и другим отраслям промышленноси, может быть использовано для проедения тепломассообменных процесов в системе газ(пар) - жидкость и является усовершенствованием тепло- массообменного аппарата по . 1327902.

Цель изобретения - повышение эффективности теплонапряженных процессов за счет повышения их движущей силы путем отвода вьщеляющегося тепла и расширения диапазона оптимальной работы при меняющихся нагрузках по газу.

На фиГс представлен теплообмен- ный аппарат, продольный разрез; на фиг, 2 - разрез А-А на фиг,1,

Тепломассообменный аппарат содержит прямоугольный корпус 1 с штуцерами 2-4 для ввода газа, жидкости и теплоносителя и штуцерами 5-7 для вывода газа, жидкости и тепло- 11осителя соответственно. Внутри аппарата установлены Г-образные перегородки 8 с длинной 9 и короткой 10 полками о Под длинными полками расположены дополнительные полки 11, соединенные с короткими полками Г-образ- ных перегородок,

С противоположной от коротких полок стороны дополнительные полки соединены с длинными полками Г-образ- ных перегородок посредством полуцилиндров 12 с образованием полостей 3 для прохода теплоносителя (ширина полости для теплоносителя 5 - 30 мм). Кроме этого, внутри аппарата установлены связанные с корпусом пластины 14, образующие карма- 15 для сбора жидкости,.

Длинные полки Г-образных перего- и допдлнительные полки расположены горизонтально на расстоянии относительно корпуса, а короткие полки расположены вниз„ Со стороны расположения коротких полок к каждой нижележащей перегородке присоединены элементы 16 дугового профиля, охватывающие полуцилиндр (свободный конец длинных полок Г-образных перегородок) Элементы 16 дугового профиля вьшолнены с перфорированными участками 17, расположенными ниже линии 18 крепления к ним пластин.

Указанное сочетание злементов конструкции приводит и образованию в аппарате петлевого газожидкостного канала с горизонтальнь1ми контактными участками 19 и полуцилиндрическими контактно-сепарационными участками 20,

Верхни е свободные края 21 элементов дугового профиля установлены с зазором 22 относительно нижних поверхностей длинных полок и вьпле плас- тин и нижних концов 23 коротких полок с образованием питающих каналов и гидравлических затворов.

Полости для теплоносителя соединены вертикальными переточными кана- 5 лами 24, выполненными в форме (фиг.2) двояковыпуклого симметричного крьша 25, наиболее широкое сечение которого распол1эжено в вертикальной плоскости, проходящей через верхние сво- 0 бодные края 21 элементов дугового профиля,

Свободные края 21 элементов дугового профиля имеют вырезы под передние закругленные кромки переточных 5 каналов, Ряд вертикальных переточных каналов, в силу своей формы, образует сужающееся устройство, причем плоскость симметрии каждого крыловидного канала расположена вертикально, 0 Выполнение вертикальных переточных каналов в форме двояковыпуклого симметричного крыла обеспечивает плавный вход газа в сужающее устройство и наиболее полный переход энергии газового потока в кинетическую энергию, ЧТО обеспечивает максимальное разрежение в наиболее узком сечении и минимальное гидравлическое сопротивление газожидкостного Q петлевого канала.

Аппарат работает следующим обра- . зом.

Газ через штуцер 2 вводится внутрь петлевого канала, проходит с его горизонтальные 19 и полуцилиндрические 20 участки, перемещаясь последовательно с нижележащих,на вышележащие, и через штуцер 5 OTBOfs,fiT- ся от аппарата.

Жидкость через штуцер 3, расположенный в верхней части корпуса 1, подают в верхний карман 15, Через штуцер 4, расположенный в нижней части корпуса 1, в полости 13 подают теплоноситель, который последователь5

0

5

но проходит их снизу вверх через соединяющие их переточные каналы 24 и затем выходит через штуцер 7 (возможна подача теплоносителя и сверху

3,4

вниз). При движении газа между пере- точнь ми каналами (в сечении аЪ, ) его скорость больше, чем в следующих за ними горизонтальных контактных участках петлевого канала. Это объясняется в большей степени тем, что переточные каналы наряду со своей основной функцией выполняют функцию сужающего устройства. В меньшей степени скорость газа увеличивается в этих сечениях за счет того, что верхний край 21 элемента дугового профиля выполнен с зазором 22 относительно вышележащей дополнительной полки 1 1 ,

Таким образом, наличие переточных устройств, выполненных в виде двояковыпуклого крыла 25, и зазоров 22 между верхними свободными краями элементов дугового профиля и вышележащими дополнительными полками обеспечивает появление икжекционнОго разрежения в сечениях аЪ, а,Ъ, и т.До

Под действием гидростатического давления в кармане 15 и инжекционно- го разрежения в указанных сечениях жидкость через гидрозатвор (образованный короткой полкой Г-образной перегородки) , питающий канал и зазор 22 поступает в нижележащий горизонтальный участок 19 петлевого канала и распределяется в виде пленки на поверхности каждого переточного уст- )ойства 25, Газ, двигаясь в сечениях аЪ, а Ъ т.д. с большой скоростью.,срывает жидкость с наружной поверхности передаточного устройству, имеющего профиль крыла, и с его задней острой кромки paqпьшивaeт ее на мелкие капли с образованием капельно- струйных зон контакта фаз у каждого зазора 22 и укаждого переточного канала 24, выполненного в форме двояковыпуклого симметричного крыла.

За счет большой скорости газа в канале жидкость оттесняется к верхней и нижней поверхностям, образованным дополнительной полкой 11 и длинной,полкой 9 Г-образной перегородки 8, ограничивающими горизонтальные участки 19 петлевого канала, с образованием жидкой пленки которая увлекается газом в сторону его движения. Под воздействием быстродвижуще- гося газа жидкая пленка сильно тур- булизуется, на ее поверхности возникают волны, гребни которых непрерывно отрываются в виде капель, увлека400

ютск в глубь газового потока, другие капли из газового потока падают на поверхность пленки, благодаря чему в газовой фазе имеется определенное равновесное содержание капель жидкости.

Таким образом, в каждом горизонтальном контактном участке петлевоQ го канала возникает пленочно-капель- ная зона контакта фаз о Верхняя и нижняя поверхности горизонтального участка - дополнительная полка 11 и длинная полка 9 Г-о бразной перего5 родки .представляют собой поверхности теплообмена

Пройдя горизонтальный контактный участок 19, жидкая пленка и капли жидкости из газовой фазы под действи0 ем центробежных сил через перфорацию 17 дугового элемента 16 выдавливаются в карман 15 нижележащей, ступени. Через зазор 22 жидкость попадает на нижележащую ступень, распыливается

5 газом, и все процессы повторяются вплоть до выхода жидкости из аппарата через штуцер 6. Таким образом осуществляется передача тепла между реакционной жидкостью и теплоноси0 телем.

Эффективному отводу (подводу) тепла способствует форма каналов 24 и полостей 13, где течение теплоносителя осуществляется в тонких

g слоях, что интенсифицирует процесс« Теплообмен со стороны петлевого газожидкостного канала интенсифицируется тремя факторами, первый из которых - пленочное течение охлаждаемой

0 реакционной жидкости по поверхности длинной 9 и дополнительной 11 полок При такой форме движения жидкости процессы теплоотдачи эффективны. В предлагаемом аппарате они интенси- фицируются еще и воздействием спут- ного газового потока. При скоростях газа (W 15-50 м/с) имеет место сильное взаимодействие фаз. Пленка жидкости интенсивно перемешивается,

gQ что снижает толщину ламинарного У. пристенного слоя, уменьшает его термическое сопротивление и обеспечивает высокие коэффициенты теплоотдачи. Процесс передачи тепла интенсифиgg цируется еще и эффектом капельного удара, когда ламинарный пристенный слой пленки ясидкости подвергается интенсивной бомбардировке оседающими каплям-1 жидкости Все это обеспечи

514U

Лает высокую эффективность процессов Тепломассообмена в аппарате.

Снабжение аппарата дополнительными горизонтальными полками, обра- тЦенными в сторону элементов дугового Профиля, края -которых соединены с Длинными полками Г-образных перегородок посредством прлуцилиндров, соединение противоположных краев дополнительных полок с короткими полками Г-образных перегородок с образовани- iEM полостей для теплоносителя, соединение последних вертикальными переточными каналами обеспечивает подвод или отвод тепла в аппарате, что уведачивает движущую силу, а следовательно, и эффективность теплонапря- Ценных процессов

I Кроме того, обеспечивается более рлавный поворот потока при его про- Ьсождении полуцилиндрических контакт- но-сепарационных участков петлевого канала и, следовательно, уменьшается гидравлическое сопротивление аппарата.

Установка переточных каналов,профиль которых выполнен в форме двоя- :ковыпуклого симметричного крыла,так.

Увеличение скорости газа вызванное, например, самопрозвольным изменением режима работы аппарата, приводит к возрастанию разрежения в сечениях аЪ, , и дро Это вызьшает увеличение подачи жидкости в контактные участки петлевого канала, что расширяет диапазон оптимальной работы при меняющихся нагрузках по газу

Формула изобретения

I

Тепломассообменный аппарат по

авт.св, № 1327902, отличающийся тем, что, с целью повьше- ния эффективности теплонапряженных процессов за счет повышения их движущей силы путем отвода вьщеляющегося тепла и расширения диапазона оптимальной работы при меняющихся нагрузках по газу, он снабжен дополнительными горизонтальными полками, обращенные в сторону элементов дугового профиля края которых соединены с длинными полками Г-образных перегородок посредством полуцилиндров, противоположные края дополнительных полок соединены с короткими полками

Изобретение относится к химической и другим отраслям промышленности, может быть использовано для проведения процессов в системе газ (пар) - жидкость и позволяет создать более эффективные теплонапряженные процессы за счет повышения их движущей силы путем отвода вьщеляющегося тепла и расширения диапазона оптимальной работы при менякяцихся нагрузках по газуо Для этого в аппарате с Г-образными перегородками 8 с длинной 9 и короткой 10 полками установлены дополнительные полки 11 с образованием полостей 13 для прохода теплоносителя. Эти полости вместе с вертикальными переточными каналами 24 обеспечивают максимальное разрежение в наиболее узком сечении и минимальное гидравлическое сопротивлен1 е газожидкостного петлевого канала. 2 ил. С

|что его наиболее широкое сечение рас- зо Г-образных перегородок с образованиположено в вертикальной плоскости, |прокодящей через верхние свободные края элементов дугового профиля, увеличивает скорость и эжекционное разрежение в сечениях аЪ, ajb, , и т.Дв Это обеспечивает более тонкий распьш жидкости, увеличение поверхности контакта фаз, что повышает эффективность процессао

ё.м полостей для теплоносителя, которые соединены вертикальными переточными каналами, профиль которых выполнен в форме двояковыпуклого симметричного крыла, наиболее широкое сечение которого расположено в вертикальной плоскости, проходящей через верхние свободные края элементов дугового профиля о

иг.2