Регулярная насадка с пленочно-капельным течением дисперсной фазы Советский патент 1988 года по МПК B01D53/20 B01D11/04 

(/i) Д25182 /3 :; .

(22) 29,06,87

(.46) 15, 12,,80, liiaiu - 46

(71)KiiencKiiH (лсий инсиг- тут нигцевой прог.и.П Ггелиостн

(72)Л.(;Л1ат;це иок

(53)66,074,5n(00n ,8)

(56)ABTopci oa С1 т1цетельс1 во СС(.Р № 183185, кп, В 01 D 53/20, 9Сь„

А н т ор с кое с в л: (а т ej i ь с. т в о С С С Р : 1327939. ; л, 15 01 D 53/20 1984,

(54)Р) ;ГУЛЯРКЛЛ ПАСАДКЛ С ПЛЕНОЧИС - КАПЕЛЬНЫМ ТЕЧЕНИЕМ ДИСПЕРСНОЙ ФАЗЫ

(57)Изобретешге относится к конструкции рег ул.яраой пасадкн с племочно- капелькым течением дисиерспой фазы, может быть использовано в аппарагах для процессов тепломассообмена з системах газ-жидкость и жидкость-жидкость . позволяет янтенсифищгровать тепломассообмен за счет улучв1ения условий перемешивания жидкости и дополнительной турбулизаири газовой , фазы, В насадке, содержащей верти-

: ЛИМЫ С ;:; C;C&Ui ni oi;;A C iiai-IH

П .|ат1 и верхними ц inbiaiiiMii края- км м, отогнуты.;;- ПО верхним краям окел зуичатымп лепесткам, аклоненJibJMH под ЛООЧУреДПО в

iipoTinjOLiyjio.iasbie (vropoHH относ ттель- jio jiiiCTa u пеггекрызающими друг друга в всртикаль Ы;; рядах смеяаллх листов, :: зуОт.я и впадины окон и лепестков pi Cji::4 j ;eHbi вертикальнь11-.51 рядами IT 11сч ледо:1ате; ьно чередуются сверху г шз. участки листов ropiJsoH- тальтгь11ми рядамя ojcosr выполненгл гофри- в горизонтальном направлении Верхние т офры ка;вдого гофрщзо™ канного участка могут быть направлены в сторону отклонения лепестков, находящихся над этим з частком. Каждый гофрирован ньй участок может иметь по два rodipa, выступаюп1 1Х по- очере цно в одну и другую сторону от плоскости ла величину, равную половине высоты зубьев верхних тфаев окон. 2 з,п. ф-лы, 2 ил.

&

1 . 1А4

Изобретение относится к конструкции регулярных насадок, используемых в качестве контактных устройств для проведения процессов тепломассообмена в системах газ(пар) - жидкость (процессы абсорбции, ректификации, дистилляции, дезодорации, обработки воздуха различными растворами) и жидкость - жидкость (процессы экстракции в стационарном и пульсирующем режимах) , и может быть использовано в химической, пищевой, нефтегазопере- рабатывающей и других отраслях промышленности. ; Целью изобретения является интенсификация процесса тепломассообмена в насадке за счет улучшения условий перемешивания жидкости в потоках, стекающих по листовой части насад-

ки, и дополнительной турбулизации газовой фазы.

На фиг. 1 изображена насадка, вид спереди; на фиг. 2 - разрез А-А на Фиг. 1.

Регулярная насадка состоит из вертикальных листов 1. с просеченными в них окнами с зубчатыми верхними и нижними краями. Окна расположены правильными горизонтальными и вертикальными рядами. По верхним краям окон отогнуты зубчатые лепестки 2,наклоненные под углом вниз пооче- редно сверху вниз в противоположные стороны относительно листа. Между каждыми двумя смежными листами образуются вертикальные ряды лепестков перекрывающих друг друга, но не соприкасающихся со смежными листами.

Зубья и впадины окон и лепестков также расположены вертикальными рядами и последовательно чередуются сверху вниз.

Участки листов насадки в промежут0

5

0

5

0

ка, эмульгирования, нисходящего и восходящего прямотока. При восходящем прямотоке насадка должна быть перевернута.

В системах жидкость-жидкость (например, смесительные зоны экстракторов) насадка работает в режиме противотока.

Более тяжелая дисперсная фаза подается сверху и в пленочно-капель- ном режиме стекает навстречу движущейся снизу дисперсионной фазе. Если дисперсная фаза легче сплошной, она подается снизу и движется вверх, а насадка в этом случае должна быть перевернута. На зубьях окон и лепестков дисперсная фаза образует капли, которые растекаются в пленку при падении на лепестки и гофры. Затем пленка опять формируется в капли и процесс многократно повторяется.

Насадка в системе гаэ(пар) - жидкость при невысоких скоростях газа в условиях противотока фаз работает следугощим образом.

Жидкость равномерно распределяется на верхнем торце насадки и стекает, контактируя с газом (паром), поступающим вверх по каналам насадки.

Равномерная пленка жидкости, встретив на своем пути зубчатые края окон или лепестков, распределяется н на потоки двух разновидностей, стекающих каплями или струйками. В потоке одного вида жидкость стекает по листовой части насадки, а в потоках другого вида по вертикальным рядам лепестков, расположенных между смежными листами насадки. В потоках обоих видов жидкость часть пути проходит в виде пленки, распределенной по поверхности листов или лепестков, а оставшуюся часть пути в пустотах

ках между горизонтальными рядами зуб- окон и в промежутках между лепесткаQaTbix окон выполнены гофрированными в горизонтальном направлении.

Протяженность гофрированных участков 3, а также конфигурация и размеры Гофров могут быть различными.

Между вертикальными рядами окон выполнены размещенные периодически отверстия 4 в виде равнобедренных треугольников с выпуклой вверх срединой основания.

Насадка может работать в системах газ-жидкость и жидкость-жидкость.

В системах гаж-жидкость насадка может работать в условиях противото50

55

ми - в виде капель. Таким образом, в насадке объединены два способа контактирования между газом и жидкостью - пленочный и капельный.

Повышенная эффективность массооб- меиа в насадке обеспечивается за счет гофрирования в горизонтальном направлении участков листов, расположенных между горизонтальными рядами окон.

Гофрированные участки находятся на пути потоков жидкости, стекающих по листовой части.насадки, и непосредственно турбулизуют жидкость в

окон и в промежутках между лепестка

ми - в виде капель. Таким образом, в насадке объединены два способа контактирования между газом и жидкостью - пленочный и капельный.

Повышенная эффективность массооб- меиа в насадке обеспечивается за счет гофрирования в горизонтальном направлении участков листов, расположенных между горизонтальными рядами окон.

Гофрированные участки находятся на пути потоков жидкости, стекающих по листовой части.насадки, и непосредственно турбулизуют жидкость в

31

этих потоках. Воздействие гофрированных участков на потоки, стекающие по лепесткам, передается через газовую фазу, которая дополнительно турбули- зуется у вершин гофров, способствуя развитию межфазной турбулентности во всем объеме насадки.

Капли жидкости, падающие на гофрированные участки, расплющиваются при ударах о гофры, слои жидкости при этом хорошо перемешиваются, и происходит быстрое обновление поверхности контакта. Обтекая выступы и впадины гофров, пленка жидкости ис- пытывает торможение и дополнительное перемешивание, вследствие чего увеличиваются время контактирования фаз и интенсивность обработки жидкости.

Во время ударов капель о гофры и при обтекании ребер гофров газовый поток также турбулизуется.

При небольшой высоте гофров гидравлическое сопротивление насадки возрастает незначительно, а турбули- зации подвергаются слои газа, движущиеся вблизи поверхности жидкости. Это приводит к увеличению турбулентности у границы раздела фаз и интен- ;сификации процесса при минимальном возрастании гидравлического сопротивления .

Гофрированные участки могут содержать различное количество гофров разной формы.

Для снижения гидравлического сопротивления насадки целесообразно верхние изгибы гоФров каждого гофрированного участка вьтолнять направленными в сторону отклонения лепестков, находящихся над этим участком (фиг. 2). При таком направлении верхних гофров газовый поток направляется на лепестки параллельно их плоскостям и более интенсивно взаимодействует с каплями, кроме того уменьшаются бесполезные затраты энергии .газового потока на трение о недостаточно смоченные нижние плоскости лепестков . При одинаковом направлении лепестков и верхних граней гофров сближаются условия расплющивания, а следовательно, и перемешивания микрообъемов жидкости в каплях, падающих на эти поверхности. Это приводит к вь1равнива1гию условий и эффективности тепломассообмена в капельных потока обеих разновидностей.

От высоты гофров h зависит интен- сивноть турбулизации -жидкости при разбивании капель, а также гидравлическое сопротивление насадки.

Дпя снижения гидравлического сопротивления насадки высоту h гофров следует уменьшить. -В то же время для создания условий достаточного расплющивания капель о выступающие поверхности гофров и последующего торможения образовавшейся пленки жидкости необходимо, чтобы высота гофров была не меньше наибольшего размера падающих капель.

Размер отрывающихся капель и высота капиллярного поднятия жидкости по вертикальной смачиваемой поверхности материала насадки обусловлены воздействием сил поверхностного натяжения и силы тяжести и имеют общую физическую природу. Поэтому требуемую высоту гофров можно сопоставить с высотой h зубьев верхних краев отверстий, которая принимается равной высоте капиллярного поднятия жидкости на вертикальную плоскость и может быть определена по уравнению

h 1 Q

Р

и g 5

коэффициент поверхностного натяжения, плотность жидкости и ускорение силы тяжес ти соответственно, или экспериментально4

40

45

50

55

Диаметр капель, образуншщхся на вертикальных зубьях окон насадки, всегда меньше высоты капиллярного поднятия жидкости, т.е. h зубьев верхних краев отверстий. Однако оторвавшиеся от зубьев капли во время падения осциллируют (испытьшают колебательные движения), периодически укорачиваясь и удлиняясь в различных направлениях.

Наибольший линейный размер осциллирующих капель может приближаться к размеру h, но не превьшает его, так как в противном случАе капля должна распадаться на более мелкие, что не наблюдается в насадке, работающей в режиме противотока. Отсюда следует, что полная высота h гоф- ров должна быть примерно равна высоте h зубьев верхних краев отверстий.

1443949

Наименьшее число гофров гофрированного участка равно двум. При этом один гофр выступает вправо, а другой влево от плоскости листа на величину, равную 0,5h. Увеличение числа гофров приводит к необоснованному возрастанию гидравлического сопротивления насадки, что отрицательно сказывается на ее эффективности.

Величина h зависит от соотношения сил поверхностного натяжения на гра- .нице газ-жидкость и силы тяжести, правильный ее выбор оказывает существенное влияние на работу насадки.

При повышенных скоростях газового (парового) потодса наладка работает в режиме эмульгирования, а при высоких скоростях газа (10-15 м/с) - в режиме прямотока.

Движущийся с большой скоростью газ (пар) срывает с зубьев окон и лепестков жидкость и диспергирует ее на мелкие капли. При этом увеличивается поверхность контакта фаз и эффективность насадки возрастает.

Перфорирование листов насадки и лепестков мелкими (диаметром 1,5- 3,0 мм) отверстиями снижает гидравли ческое сопротивление и одновременно способствует лучшему диспергированию жидкости при работе насадки в режиме прямотока с большими скоростями газа (пара).

При равных условиях работы коэффициент массопередачи предлагаемой насадки на 10-15% Bbmie, чем известной.

Насадка проста в изготовлении и может быть получена штамповкой или прокаткой плоских листов.

рмула и

6

3 о

бретения

2,Насадка по п, 1, отличающаяся тем, что верхгтае гофры каждого гофрированного участка листа направлены в стороны отклонения лепестков, находящихся над этим участком о

и другую сторону от плоскости листа на величину, равную половине высоты зубьев верхних краев окон.

фиг.1

Л-У

ф1/г2