Регулярная насадка Советский патент 1988 года по МПК B01D53/20 

27х

4i

00

00

спечения равенства скоростей газа в ее каналах и повьпаения ее удельной 1 поверхности. Гидравлическое сопротивление снижается за счет исключения местных сопротивлений деления и сжатия потока на входе в насадку и слияния

отдельных потоков на выходе из нее. Предлагаемое изобретение может быть использовано для проведения процессов абсорбции, ректификахщи и очистки газов. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относите к химической, нефтехимической, газодобывакяцей, пищевой и др. отраслям промьшшенности. Цель .изобретения - повышение зффекти- .вности работы насадки и снижение гидравлического сопротивления. Сущность изобретения состоит в том, что регулярная насадка для массообменных аппаратов, содержащая- пучок труб 2, касающихся друг друга боковыми поверхностями, снабжена продольно оребрен- ными трубками 3 меньшего диаметра, соосно установленными внутри труб 2 большего диаметра. Кроме того, про- Q дольные ребра 4 выполняют либо в виде плоских, либо в виде криволинейных пластин. На наружной поверхности труб 2 выполнены канавки, расположенные од на напротив другой. Эффективность ра- боты насадки повышается за счет обе- 5 (Л

I . . 1

i Изобретение относится к химической и другим отраслям промьпипенности ;и может быть использовано для про- :ведения массообменных процессов в Хистемах газ (пар) - жидкость.

Целью изобретения является увели- :чение эффективности работы насадки за :счет равномерного распределения фаз :по каналам насадки и увеличения удельной поверхности насадки.

На фиг. 1 изображена регулярная |насадка с продольно оребренными труб- :ками, вид сверху; на фиг. 2 - эле- |мент насадки с продольными ребрами, :вьтолненными в виде плоских пластин, :вид сверху; на фиг. 3 - то же, с про- :дольными ребрами, вьшолненнымн в виде криволинейных пластин; на фиг. 4 - :вид А на фиг. 1 (для труб, на наруж- |ной поверхности которь1х вьтолнены. ка- |навки).

; Регулярная насадка, размещенная в корпусе 1, состоит из пучка труб 2, касанлцихся друг друга боковыми nor- верхностями, и оребренных трубок 3 меньшего диаметра, соосно установленных внутри труб 2, при этом высота ребер 4 определяется по формуле. Ребра 4 (фиг. 1) выполнены в виде продольного оребрения трубок 3. Кроме того, ребра 4 могут вьтолняться в виде плоских (фиг, 2) или в виде криволинейных (фиг. 3) пластин.

На наружной поверхности труб 2 выполнены канавки 5, расположенные на- против друг друга (фиг. 4).

Регулярная насадка работает следующим образом.

Жидкость с помощью распределителей и газ подают сверху. При их взаимо- действии получают газожидкостную смесь, которая, двигаясь сверху вниз, с одинаковой скоростью, поступает в трубки 3, межтрубные каналы, образованные наружными поверхностями труб 2 ив каналы, образованные внутренней

поверхностью труб 2, наружной поверхностью трубок 3 и поверхностями ребер 4. Газ отбрасывает частицы жидкости на внутренние и наружные поверхности труб 2 и трубок 3, а также на ребра 4 за счет того, что его скорость во много раз больше, чем скорость жидкости (предлагаемая насадка устойчиво работает при скорости газа до 50- 60 м/с). При этом на внутренних и наружных поверхностях труб 2 и трубок 3, а также ребер 4 образуется пленка жидкости, взаимодействующая с газовой фа 3 ой.

Для более эффективного выравнивания скоростей газа в межтрубных каналах, образованных наружными поверх- ностями труб 2, на этих поверхностях выполнены канавки 5, расположенные одна напротив другой. С помощью канавок межтрубное прбстранство, образованное наружными поверхностями труб 2, из системы изолированных один от другого каналов превращается в единый канал, что приводит к выравниванию скоростей газа и перераспределению жидкости в случае неравномерного распределения фаз перед фронтом насадки.

Канавки также способствуют турбу- лизации жидкой пленки, интенсивному обновлению поверхности контакта фаз, что еще более повышает эффективность работы аппарата.

Описана работа предлагаемой насадки в режиме нисходящего прямотока. Предлагаемая конструкция насадки успешно работает в режиме восходящего прямотока и противотока.

Местные сопротивления деления га- зового потока на входе в насадку и слияние отдельных потоков на выходе из нее имеют значительную величину при различных скоростях газа в каналах насадки.

В предлагаемой насадке скоро.сти газа в ее каналах одинаковы. В этих условиях гидравлические сопротивлен деления и слияния потоков близки к нулю и определяющим является сопротивление трения в каналах насадки.

Гидравлическое сопротивление насадки должно быть равно гидравлическому сопротивлению каждого канала. Поэтому

ЛР

Tpl

4 p.

TpS

Подставляя в равенство (1) уравнение Дарси-Вейсбаха, получают

9гш , I frW -. , -

1- ru

}

где

1 -.

71

- d

J3

- коэффициенты сопроти- вления трения каналов насадки;

длина труб или высота насадки;

эквивалентные диаметры каналов межтрубного пространства труб большого диаметра, тру,бок малого диаметра (dj - d) и каналов в кольцевом пространстве между трубами и трубками; плотность газа; относительные скорости газа в каналах насадки.. Известно, что для квадратичной области турбулентного режима коэффициент сопротивления трения является постоян ным

где а - число шестиугольников.

При принятом способе размещения 25 труб их число п определяется из урав нения

п

За2 За + 1

30

Откуда

(8)

(9)

Рг 0), - Wj

35

Подставляя (6), (7), (8) и (9) в выражение (5) и учитывая, что dja после несложных преобразований получают

dlL

(10)

-40

Л А - 1

43)

Выполнение соотношения d/Dw в соответствии с формулой (10) обеспечивает равенство скоростей газа и плотности орошения жидкости в каналах Тогда на основании выражения (2) усло-Г межтрубного пространства труб боль- вию равенства скоростей газа в кана- шего диаметра и в трубках меньшего лах насадки ( и, u)j iOj w) соответ- . размера.

ствует равенство эквивалентных диамет-Рассмотрим далее условие равенстров каналов

:ва скоростей подачи фаз в трубки меньшего размера и каналы кольцевого зазора между трубами и трубкаьт.

d3,

i Э 1 dj5

33

(4)

Нетрудно доказать, что равенство (4) является условием равенства скоростей газа в каналах насадки и при турбулентном режиме, описываемом уравнением Блазиуса.

Эквивалентный диаметр каналов межтрубного пространства труб большего диаметра

4S,

П,

DS; -nDg

D -fnn;

(5)

Внутренний диаметр корпуса при плотной упаковке труб большего диаметра (t D) равен

D.

( 1)t -t- D,

(2а+1)0„, (6)

ю

15

где S,, n - сечение и смоченный периметр каналов; ; D 1 - внутренний диаметр корпуса аппарата;

- наружный диаметр труб

большего диаметра t - шаг разбивки труб; Па- число труб в диагонали шестиугольника

D,

20

f

2а+1,

(7)

где а - число шестиугольников.

При принятом способе размещения 25 труб их число п определяется из урав нения

п

За2 За + 1

(8)

30

Откуда

(9)

35

Подставляя (6), (7), (8) и (9) в выражение (5) и учитывая, что dja после несложных преобразований получают

dlL

(10)

. т

-40

-Г .

0

, :ва скоростей подачи фаз в трубки меньшего размера и каналы кольцевого зазора между трубами и трубкаьт.

Эквивалентный диаметр каналов в кольцевом зазоре между трубами и трубками

Ss

(D2-d;)-4HpcPp

П

3 (D+d)-2 + l{f2

(11)

514318

гДе Sj, П} - сечение и смоченньй периметр каналов; d, df, - внутренний и наружный

диаметры трубки меньшего размера;

Z - число ребер; D - внутренний диаметр труб

большего размера;

Нр высота и толщина ребер, ю Величинами AH ji/ j, и вследствие их малости пренебрегают. Тогда, имея в виде равенство d, получают

эз

5i..d.

D dH + f HP

(12)

Расчет числа ребер Z и их вьюоты Нр, обеспечиваюп(их равенство эквива- лентных диаметров каналов d d 5 d, необходимо проводить в следующей последовательности. Вначале принимают радиальные ребра высотой, равной ширине кольцевого канала

Н,

.

(13)

Подставляя выражение (13) в уравнение (12) и решая его относительно зО Z, получают

(D + dj,)(D - 2dcp) dCD - d)

(14)

Если расчетное число ребер Z отклоняется от целого числа N не более, чем на , то принимают Z N

и HP -2-Г-Йн (ф„г, 1),

Если рассчитанное по формуле (14) число ребер значительно отличается от целого числа, принимают целое (предпочтительно четное) число ребер и определяют их высоту по формуле, вытекающей из уравнения (12),

„ (D + dH)(D - 2dcp) ..cN HP-2Zd

В этом случае возможны два варианта.

Первый из них соответствует случаю когда принятое целое число ребер больше рассчитанного по уравнению (14), При этом высота ребер меньше ширины кольцевого канала:

н,..

176

Второй из них соответствует случаю, когда принятое целое число ребер меньше рассчитанного по уравнению (14), При этом высота ребер больше ширины кольцевого канала:

Нр7

D - dH --- ,

5

0 5

О

35

0

45

0

55

Снабжение насадки оребренными трубками меньшего диаметра соосно установленных внутри труб большего диаметра с высотой ребер, определяемых по формуле позволяет повысить эффективность работы насадки за счет обеспечения равномерного распределения фаз в ее каналах и увеличения удельной поверхности насадки, уменьшить гидравлическое сопротивление за счет исключения местных сопротивлений деления и сжатия потока на входе в насадку, и слияния отдельных потоков на выходе из нее,

Вьтолнение ребер в виде плоских или в виде криволинейных пластин, сохраняя преимущества насадки по п, 1, увеличивает высоту ребер, а следовательно, и удельную поверхность насадки.

Выполнение на наружной поверхности труб большего диаметра канавок, расположенных одна напротив другой, обеспечивает дальнейшее повьш1ение эффективности работы насадки за счет перераспределения фаз по поперечному сечению аппарата, турбулизации пленки жидкости и увеличения поверхности контакта фаз.

Практически весь объем колонны с нисходящим прямоточным движением фаз с предлагаемой насадкой работает, при больших скоростях газа (10- 30 м/с и вьш1е), что значительно снижает объем аппарата (его габаритные размеры) при заданной производительности, уменьшает его металлоемкость и стоимость изготовления.

Пример , Проводят очистку обжигового газа от двуокиси серы (SOij) в производстве окиси алюминия в аппарате с предлагаемой насадкой при производительности по газу 16500 м /ч и расходу жидкости 50 м /ч. Скорость газа в каналах насадки 14 м/с, диаметр корпуса аппарата 0,65 м, а высота 2,5 м.

При этих условиях вес аппарата составляет 2,3 т,.а гидравлическое сопротивление 950 Па,

7143

При заданных расходах жидкости и газа в произволетпе окиси aлю fиния работает промьгашенная колонна с насадкой из колец Рапгига и имеет габариты: диаметр корпуса аппарата 2,8 м, высота 1А,7 м, скорость газа 1 м/с.

При этих условиях вес аппарата составляет 39 тонн (в 17 раз больше веса предлагаемого аппарата), а гидравли- Q ческое сопротивление составляет I 4410 Па (в 4,6 раз больше гидравлического сопротивления предлагаемого аппарата).

Формула изобретения

Фиъ.2

18178

внутри труббольшего диаметра,

этом высотаребер оп еделяется формуле

r((D-2dc.P ) 2zdM

Нр

где Н

, Z- высота и число ребер; D - внутренний диаметр труб большего диаметра;

d, U(.p и d,

dc IH

- соответственно внутренний, средний и наружный диаметры трубок меньшего диаметра.

ZV3.J

диЗА

Vi

5

/

Фиг.