Насадка пленочного аппарата Советский патент 1992 года по МПК B01D3/26 B01J19/32 

сл С

Изобретение относится к конструкциям насадки пленочного аппарата, предназначена для проведения тепло- и массообмен- ных процессов, и может найти широкое применение в химической, микробиологической и других отраслях промышленности. Целью изобретения является увеличение эффективности и удерживающей способности насадки за счет улучшения перемешивания жидкостей пленки. Жидкость поступает в зазор, образованный внутренней поверхностью трубы 1 и распределителем жидкости 2, и, стекая по виткам подвижной упругой спирали 3 в виде жидкостной пленки толщиной 10-26 мм, интенсивно насыщается газом и перемешивается. При этом по мере заполнения зазора между патрубком 4 и трубой 1 патрубок совместно с витками упругой спирали 3 перемещается вниз, а после удаления жидкости с отбортовки 5 патрубка 4 витки упругой спирали поднимаются. 3 з.п.ф-лы. 3 ил.

Изобретение относится к конструкциям трубчатой насадки пленочного аппарата, предназначенного для проведения тепло- и массообмена между жидкостью и газом и может найти применение в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности.

Известна трубчатая насадка в пленочном реакторе со свободно стекающей жидкостной пленкой, состоящей из корпуса, горизонтальных перегородок, делящих аппарат на секции, трубчатых насадок, выполненных из цилиндрических труб в верхней части которых установлен распределитель жидкости, а в нижней части газовый патрубок.

Однако указанная трубчатая насадка имеет малую пропускную способность по жидкости, толщина жидкостной пленки не

превышает 2-3 мм, обладает низкой эффективностью по причине слабого перемешивания жидкостной пленки.

Наиболее близкой по технической сущности является насадка пленочного аппарата, состоящая из цилиндрической трубы, снабженная стаканом с продольными выступами, распределителем жидкости, проволочной спирали, витки которой наклонены к оси насадки на угол 10-60°.

Указанная насадка имеет существенную производительность, толщина жидкостной пленки достигает 3-20 мм, однако насадка обладает низкой эффективностью по причине недостаточного перемешивания жидкостной пленки

Целью изобретения является увеличение эффективности и удерживающей споXJ

О

VJ

4

собности насадки, за счет улучшения перемешивания жидкостной пленки.

Для достижения указанной цели в насадке пленочного аппарата, состоящей из цилиндрической трубы, распределителя жидкости, подвижной упругой спирали, верхний конец которой закреплен и установлен в зазоре, образованном цилиндрической трубой и распределителем жидкости, в нижней части насадки на конце упругой спирали жестко с ней установлен подвижный патрубок, нижний конец которого отбортован к поверхности цилиндрической трубы, причем отношение длины упругой спирали с к длине цилиндрической трубы i равно Ic/l 0,8-1,1.

Витки упругой спирали наклонены к оси насадки на угол 61-85°.

По длине упругой спирали установлено несколько подвижных патрубков, причем отношение диаметра цилиндрической трубы к диаметру нижнего основания отбортованного патрубка равно d/d0 1,5-3,0.

Наличие в нижней части насадки на конце упругой спирали жестко установленного подвижного патрубка, отбортованного к поверхности цилиндрической трубы при выполнении отношения длины упругой спирали 1С к длине цилиндрической трубы I, равного 1с/1 0,8-1,1, обеспечивает виткам упругой спирали возвратно поступательное движение, что улучшает перемешивание жидкостной пленки, увеличивает эффективность и удерживающую способность насадки.

Возвратно-поступательное движение спирали обусловлено тем, что при движении подвижного патрубка вместе с витками упругой спирали вверх, жидкостная пленка накапливается в зазоре, образованном внутренней поверхностью трубы и наружной поверхностью подвижного патрубка. После накопления жидкости в зазоре за счет веса подвижный патрубок совместно с витками упругой спирали перемещается вниз, При выходе патрубка из нижнего торца цилиндрической трубы жидкость, накопившаяся в зазоре, за счет центробежной силы отбрасывается в сторону, а (облегченный) патрубок за счет упругой спирали вновь перемещается вверх. Таким образом осуществляются возвратно-поступательное движение упругой спирали и интенсивное перемешивание жидкостной пленки (толщиной 10-26 мм) на поверхности цилиндрических труб витками упругой спирали.

Улучшение перемешивания жидкостной пленки позволяет увеличить эффективность массообмена (в данном случае в 1,3-1,6 раз), и удерживающую способность

насадки) толщину жидкостной пленки в 1,3 раза),

Жесткое крепление подвижного патрубка к концу упругой спирали обеспечивает

возвратно поступательное движение витков спирали совместно с патрубком.

Отбортовка нижнего конца подвижного патрубка обеспечивает задержание и накопление жидкости в кольцевом зазоре, об0 разованном внутренней поверхностью цилиндрической трубы и подвижностью подвижного патрубка, что обеспечивает движение спирали и улучшает перемешивание жидкостной пленки.

5Наличие отношения длины упругой спирали к длине цилиндрической трубы, равного 0,8-1,05, обеспечивает работоспособность насадки,ее эффективность и производительность. При выполнении отношения

0 менее 0,8 подвижный патрубок оказывается утопленным внутри цилиндрической трубы, т.е. не выходит из торца трубки и не обеспечивает тем самым возвратно поступательное движение, а следовательно, и

5 перемешивание. При выполнении отношения более 1,05 подвижный патрубок не перемещается вследствие того, что жидкость не накапливается в зазоре между подвижным патрубком и цилиндрической трубой.

0Диапазон отношения 0,8-1,05 зависит

от конструктивного выполнения упругой

спирали, режимов движения жидкостной

пленки и физических свойств жидкости.

Выполнение витков упругой спирали с

5 углом 61-85о обеспечивает максимальную удерживающую способность трубчатой насадки вследствие движения витков упругой спирали. При угле менее 61° удерживающая способность насадки падает вследствие

0 низкой центробежной силы, вызванной недостаточной круткой жидкостной пленки. Выполнение угла наклона витка более 85 также понижает удерживающую способность насадки вследствие резкого уменьше5 ния расстояния между выступами.

Представлены экспериментальные данные по средней толщине жидкостной пленки д в зависимости от угла наклона витков упругой спирали коси насадки, полученные

0 при числе Рейнольдса пленки 45000 и диаметре витков 5,5 мм.

Максимальная толщина жидкостной пленки, а следовательно и удерживающая способность наблюдается при угле, равном

5 61-85° (см. фиг. 1).

Наличие подвижных патрубков, установленных по длине насадки при обеспечении отношения диаметра цилиндрической трубы к диаметру нижнего основания отбор- товки, равного 1,5-3,0, позволяет увеличить

удерживающую способность насадки, что вызвано накоплением жидкости в зазоре между подвижным патрубком и цилиндрической трубой. При выполнении отношения менее 1,5 жидкостная пленка не успевает проходить в зазор, образованный цилиндрической трубой и отбортовкой подвижного патрубка, что недопустимо. При выполнении отношения более 3,0 жидкость не накапливается в зазоре, образованном цилиндрической трубой и подвижным патрубком, что также не приводит к увеличению удерживающей способности насадки. Возвратно поступательное движение в этом случае достигается следующим образом.

При заполнении зазоров, образованных подвижными патрубками и подвижностью цилиндрической трубы, патрубки и витки упругой спирали начинают перемещаться вниз, упругая спираль растягивается, расстояние между витками увеличивается, что приводит к уменьшению толщины пленки жидкости, которая свободно начинает проваливаться в зазор, образованный поверхностью цилиндрической трубы и отбортовкой подвижных патрубков вследствие чего жидкость сливается с от- бортовки патрубка, а облегченные подвижные патрубки вместе с витками упругой спирали поднимаются. При этом расстояние между витками уменьшается, средняя толщина жидкостной пленки увеличивается и жидкость вновь заполняет зазор, образованный подвижными патрубками.

На фиг. 1 представлен график зависимости средней толщины жидкостной пленки от угла наклона витков упругой спирали; на фиг. 2 - общий вид насадки; на фиг. 3 - общий вид насадки с подвижными патрубками, установленными по длине.

Трубчатая насадка пленочного аппарата состоит из цилиндрической трубы 1 рас- пределителя жидкости 2, подвижной упругой спирали 3, на конце которой установлен подвижный патрубок 4, нижний конец которого имеет отбортовку 5.

В случае установки подвижного патрубка 4 на конце упругой спирали 3 отношение длины упругой спирали к длине цилиндрической трубы 0,8-1,1.

Диаметр витков упругой спирали выполняется 0,8-15 мм.

Диаметр цилиндрической трубы 1 равен 30-120 мм.

В случае установки подвижных патрубков по длине цилиндрической трубы отношение диаметра цилиндрической трубы к диаметру нижнего основания отбортовки 1,5-3,0.

Трубчатая насадка пленочного аппарата работает следующим образом.

Жидкость поступает в зазор, образованный внутренней поверхностью цилиндрической трубы 1 и распределителем жидкости 2, приобретает там врачцательно поступательное движение между витками спирали 3, а затем в виде жидкостной пленки (толщиной 10-26 мм) стекает вниз, интенсивно насыщаясь при этом газом, поступающим в полость цилиндрической трубы 1 через распределитель жидкости 2. При этом по мере заполнения зазора между подвижным патрубком 4 и трубой 1 подвижный патрубок совместно с витками упругой спирали 3 перемещается вниз, а после удаления жидкости с отбортовки 5 подвижного патрубка 4 витки упругой спирали поднимаются. Таким образом во время работы насадки осуществляется интенсивное дополнительное перемешивание жидкостной пленки и увеличивается удерживающая способность.

Параметры трубчатой насадки, на которой реализовано пленочное течение, следующие;

диаметр цилиндрической трубы - 82 мм; длина цилиндрической трубы - 1,6 м; диаметр витков упругой спирали - 5,5

мм;

диаметр подвижного патрубка - 20 мм. В качестве исследуемой жидкости использовался конденсат водяного пара. В ходе исследований измерялась средняя

толщина жидкостной пленки методом мгновенной отсечки и процесс абсорбции кислорода жидкостной пленкой. При установке неподвижных витков спирали с углом наклона витка 80° и числе Рейнольдса пленки

45000 средняя толщина пленки составила 10 мм, коэффициент массоотдачи 1,5- .

При исследовании подвижной упругой спирали при вышеуказанных условиях толщина жидкостной пленки составила 15 мм, а коэффициент массоотдачи 3 -10 м/с.

Таким образом наличие дополнительного перемешивания жидкостной пленки увеличивает удерживающую способность и ее

эффективность.

Установка подвижного отбортованного патрубка жестко с витками упругой спирали, обеспечение спирали возвратно поступательного движения позволяет увеличить

удерживающую способность трубчатой насадки и эффективность, что снижает высоту пленочного аппарата и энергозатраты и приводит к уменьшению себестоимости выпускаемого продукта.

Формула изобретения 1. Насадка пленочного аппарата, содержащая цилиндрическую трубу, распределитель жидкости, упругую спираль, верхний конец которой закреплен и установлен в зазоре,образованном цилиндрической трубой и распределителем жидкости, отличающаяся тем, что, с целью увеличения эффективности и удерживающей способности за счет улучшения перемешивания жид- костной пленки, в нижней ее части она снабжена расположенным на конце упругой спирали жестко с ней установленным патрубком, нижний конец которого отбортован

5, мм Я 13 If

9 5

О

204О60

Фиг. 1

к поверхности цилиндрической трубы, причем отношение длины упругой спирали Ic к длине цилиндрической трубы I равно 0,8- 1.1,

Лс/м 45О0

60

of, град

5

3

Фие.з