Тепломассообменная колонна Советский патент 1991 года по МПК B01J19/30 

Изобретение относится к конструкциям тепломассообменных насадочных колонн и может быть использовано при осуществлении ректификационных и адсорбционно-де- сорбционных процессов.

Цель изобретения - увеличение интенсивности тепломассообмена за счет вторичного распределения жидкости и создания максимальной активной поверхности контакта фаз.

На чертеже представлен колонный ап- парт, общий вид; и профиль поперечного сечения гофр косорифленных листов перераспределительных и контактных пакетов.

Тепломассообменная колонна включает корпус 1, коллекторный желоб 2, распределитель 3 жеяоЬчатого типа, мещенный на поверхности верхнего перераспределительного пакета 4. Нижерасположенные перераспределительные 4 и контактные 5 пакеты развернуты относительно вышерасположенного пакета на 90°. Вход жидкости (флегмовой и питающей) осуществляется через штуцера 6, а выход жидкости - через штуцер 7. Вход и выход газа (пара) производится через штуцера 8 и 9. Пакеты насадки укладываются на опорную решетку 10.

Перераспределительные 4 и контактные 5 пакеты выполнены из косорифленых листов, причем соседние (смежные) листы имеют противоположный угол наклона гофр (f к вертикали.

Тепломассообменная колонна работает следующим образом.

Питающая или флегмовая жидкость через штуцера 6 поступает в кольцевой коллектор 2 и в желоба распределителя 3 и по наружным стенкам желобов перетекает на поверхность верхнего перераспределительного пакета 4 - узел кольцевого коллектора с распределителем, размещаемых по высоте колонны, (не показано). В пакете 4 орошающая жидкость перераспределяется отдельными элементарными струйками по впадинам наклонных гофр листов В пакете

с/

с

о

00

Ю

к

4 происходит перераспределение струек жидкости в радиальном направлении.

В нижерасположенном перераспределительном пакете 4 перераспределение струек жидкости осуществляется по направлению, перпендикулярному радиальному направлению. Как правило, после двух перераспределительных пакетов 4 достигается нужная степень равномерности(80-90%) подачи орошающей жидкости на слой пакетов 5. При необходимости повышенной сте- пени равномерности количество перераспределительных пакетов может быть увеличено до трех (средняя часть корпуса 1 колонны) и более. Из нижнего перераспределительного пакета 4 струйки жидкости, равномерно перераспределенные по всему поперечному сечению колонны, перетекают практически на каждый локальный элемент верхнего контактного пакета 5. Благодаря рациональному выбору конструктивно-геометрических параметров пакетов 5 их поверхность полностью покрыта пленкой орошающей жидкости, причем линии тока практически не отклоняются от вертикали. За счет этого в контактном слое насадки обеспечивается наиболее активная поверхность контакта фаз.

По мере передвижения жидкости через слой контактных пакетов высотой 1,5-2 м равномерность орошения поверхности ухудшается из-за неизбежных неточностей изготовления и монтажа. Для устранения этого между контактными пакетами 5 вновь размещаются перераспределительные пакеты 4 в средней части корпуса 1 колонны. Благодаря наличию этих пакетов устраняются местные неравномерности и перерас- пределенная в пакетах 4 жидкость с хорошим качеством равномерности орошает нижерасположенный слой контактных пакетов 5. Поток пара через штуцер 8 поступает в корпус 1 колонны и, проходя через наклонные каналы пакетов 4 и 5, перемешивается и вступает в активный контакт и обмен теплом и массой со стекающей по поверхности пакетов 4 и 5 жидкостью. Максимальная активная поверхность контакта и активное перемешивание и перераспределение взаимодействующих пара и жидкости обеспечивают интенсивный режим тепло- массопереноса. Отвод жидкости и пара из корпуса колонны 1 осуществляется через штуцера 7 и 9.

Обеспечение растекания жидкости в перераспределительных пакетах вдоль наклонных гофр требует разработки ряда особенностей геометрических параметров этих пакетов. Так, для выбора определяющих геометрических параметров гофр предлагается соотношение

(1)

которое позволяет достигнуть минимальных значений радиуса кривизны гвщ при вершинах гофр. За счет сильной искривленности выпуклой поверхности обеспечивается также локальное увеличение поверхностного натяжения 7ВШ рабочей

жидкости на вершинах гофр.

Таким образом, за счет упомянутых геометрических особенностей и в соответствии с известной формулой для расчета капиллярного потенциала на выпуклой поверхности

4 (2 7ВШ /ГВШ)(2)

обеспечивается максимальная величина капиллярного потенциала вызывающего отток жидкости с вершин гофр,

Предлагается выполнять перераспределительные пакеты из конструкционного материала, не обладающего свойствами капиллярно-пористых тел (сплошные листы или сетки и листы с очень мелкими или весьма крупными отверстиями). Это решение на первый взгляд противоречит общепринятым правилам - улучшать смачиваемость поверхности за счет применения материалов, обладающих свойствами капиллярнопористых тел. Однако в данном случае применение плохо смачивающихся материалов более целесообразно, так как при этом достигаются высокие значения краевого угла смачивания О .О- 90°, cos9- в а сила

F, оказывающая сопротивление притоку жидкости к вершинам гофр, в соответствии с формулой

(1-cos 9)(3)

имеет максимальное значение (приведенной формуле для вычисления F коэффициент К определяется экспериментально).

Таким образом, как следует из формул (2) и (3), благодаря предлагаемым отличительным признакам в максимальной степени обеспечивается отток жидкости с вершин гофр к впадинам и транспорт струек жидкости вдоль направления наклонных гофр, что способствует равномерной подаче орошающей жидкости практически на каждый локальный элемент контактного слоя насадки, Передвижению струек жидкости по впадинам наклонных гофр способствует также возникающий на вогнутой поверхности капиллярный потенциал

(2(оьп/г„п)(4)

Экспериментальные исследования с применением различных жидкостей (вода, ацетон, водноспиртовые растворы и др.)

подтвердили, что предлагаемое выполнение перераспределительных пакетов обеспечивает растекание струек жидкости по всему поперечному сечению и равномерное орошение контактного слоя в масштабе локального элемента насадки. Показано также, что высота перераспределительных пакетов незначительна (50-100 мм). Поэтому эффект достигнутого интенсивного теп- ломасообмена значительно перекрывает небольшое снижение высоты контактного слоя насадки за счет размещения перераспределительных пакетов. Кроме того, в перераспределительных пакетах также реализуется процесс тепломассообмена между жидкостью и газом (паром).

Поверхность контактного слоя должна полностью покрываться орошающей жидкостной пленкой. Для создания максимальной активной поверхности контакта фаз предлагается геометрические параметры косорифленных листов в контактных (смежных с перераспределительными) пакетах определять из соотношения (при угле наклона гофр р к горизонтали в пределах 45- 60°).

где t и h

t(2,5-2,9)h, - соответственно шаг и высота гофр.

0

5

0

5

Для изготовления (смежных) контактных пакетов целесообразно использовать капиллярно-пористые тела. На хорошо смачивающейся поверхности сила F, препятствующая перетеканию жидкости через вершины гофр, минимальна.

Удельная активная поверхность предлагаемой конструкции тепломассобменного аппарата при удельной поверхности насадки 450 м2/м3 составляет 405 м2/м3.

Формула изобретения

1.Тепломассообменная колонна, содержащая корпусе расположенными по высоте перераспределительными и контактными пакетами насадки из косорифленных листов, отличающаяся тем, что, с целью увеличения интенсивности тепломассообмена за счет вторичного распре- деления жидкости и создания максимальной активной поверхности контакта фаз, шаг t и высота h гофр косорифлен- ных листов перераспределительных пакетов удовлетворяют выражению , a шаг и высота гофр косорифленных листов контактных пакетов - выражению t(2,5- 2,9)h.

2.Колонна по п. 1 отличающаяся тем, что контактные пакеты выполнены из капиллярно-пористого материала.

Изобретение относится к конструкциям тепломассообменных насадочных колонн и мджет быть использовано при осуществлении ректификационных и адсорбционно-десорбционных процессов Цель изобретения - повышение интенсивности тепломассообмена за счет вторичного распределения жидкости и создания максимальной активной поверхности контакта фаз. Колонна со стоит из корпуса с расположенными по высоте пакетами насадки из косорифлен- ных листов, шаг и высоту гофр которых в одних пакетах определяют из соотношения , а в смежных пакетах - из соотношения t(2,5-2,9)h. Одни пакеты выполнены из конструкционного материала, не обладающего свойствами капиллярно-пористых тел, а смежные - из капиллярно-пористого материала. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

А-А(повернуго на 90°)

MWI