Насадка для тепло- и массообменных процессов Советский патент 1993 года по МПК B01J19/30 

Изобретение относится к контактным устройствам для осуществления тепло- и массообменных процессов в химической технологии, нефтехимии, газовой, пищевой, медицинской промышленности, а также в теплоэнергетике.

Цель изобретения - повышение коэффициента массоотдачи за счет увеличения поперечного перемешивания при одновременном снижении гидравлического сопротивления;

Для решения поставленной задачи предлагается у насадки, выполненной в виде осесимметричного полого тела, имеющего отверстия, в полом теле, имеющем форму усеченного конуса, перемычки выполнять так, чтобы в своем поперечном сечении они имели форму локона Аньези, описываемую .уравнением вида:

у а3/(а2 + х2),

где х, у - текущие значения: величина диаОзметра круглой части локона Аньези а -я- ;

Da - зазор между вдавленными перегородками, величина которого описывается выражением

Оз 02-5,

где Da-диаметр вершины конуса, а величина S находится в пределах 10-20 мм.

Высота усеченного прямого конуса определяется из соотношения

H(Di-Da).A,

где Н - высота конуса;

DI - диаметр основания конуса: А - коэффициент, равный 0,5-Ю,8. Угол наклона конической поверхности

к горизонтальной плоскости составляет

40+70°.

in

С

00

о о

Высота вдавленных внутрь перемычек составляет величину h В Н, где В - коэффициент, равный 0,24+0,5, а их длина равна L Оз К, где К - коэффициент, равный 0,8-1,2.

Выполнение полого тела в форме усеченного прямого конуса, у которого симметрично вдавленные внутрь перемычки в своем поперечном сечении имеют форму локона Аньези, описываемую в формуле предполагаемого изобретения, позволяет увеличить поперечное перемешивание за счет турбулизации материальных потоков, а значит и коэффициента массоотдачи в среднем на 8-14% при одновременном снижении гидравлического сопротивления на по сравнению с прототипом при сопоставимых условиях.

Выполнение высоты усеченного конуса в заявленных пределах позволяет дополнительно увеличить коэффициент массоотдачи в среднем на 8%. При этом только в заявленном диапазоне значений коэффициента массоотдачи при одновременном снижении гидравлического сопротивления, Последнее объясняется достигаемым в этом диапазоне соотношений коэффициента А эффектом преимущественной еамоориентации элементов насадки при загрузке внав ал. В свою очередь, такая открытая ориентация насадки навстречу контактирующим потокам позволяет улучшить условия обтекания всей внутренней поверхности, что дополнительно увеличивает поверхность контакта и тем самым коэффициент массоотдачи.

Пределы значений величины А поясняются следующим образом. При А 0,5 - отрицательный эффект увеличения гидравлического сопротивления преобладает над небольшим увеличением .коэффициента массоотдачи. При А 0,8 - снижается эффект самоориентации насадки, что резко увеличивает гидравлическое сопротивление при одновременном ухудшении условий для смывания контактирующими потоками всей внутренней поверхности насадки.

Выполнение угла ее наклона конической поверхности насадки к горизонтальной плоскости в пределах (40-70° позволяет дополнительно увеличить коэффициент массоотдачи на 7-42% по сравнению с прототипом за счет увеличения удельной поверхности, Наибольший рост удельной поверхности имеет место при величине угла наклона 40Ь. Но при угле наклона «менее 40° резко возрастает лобовое гидравлическое сопротивление насадки. При угле наклона а более 70° снижается кратность обновления поверхности контакта двух взаимодействующих фаз, а значит эффективность массообмена.

Выполнение высоты вдавленных внутрь перемычек, равной h В Н, где В - коэффициент, равный 0,24-0,5, позволяет обеспечить интенсивное поперечное перемешивание потоков. При В 0,24 эффект увеличения коэффициента массоотдачи для жидкой фазы заметно падает. При .величине В 0,5

недопустимо возрастает гидраЁлическое сопротивление насадки.

Выполнение длины вдавленных внутрь перемычек, равной L Оз К, где К - коэффициент, равный 0,8--1,2, также позволяет

обеспечить интенсивное поперечное перемешивание потоков. При К 0,8 технологически невозможно выполнить заявляемую форму вдавленных внутрь перемычек (локон Аньези). При К 1,2 снижается механичеекай прочность насадки.

Перечисленные отличия позволяют сделать вывод о соответствии заявленного технического решения критерию новизны, Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях при изучении данной и смежных областей техники и, следовательно, обеспечивают заявляемому решению соответствие критерию существенные отличия.

На фиг. 1 показан общий вид заявляемой насадки; на фиг. 2 - вид сверху на насадку; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2; на фиг, 4 - в увеличенном масштабе перемычка, поперечное сечение; на фиг. 5 - насадка с отбортовкой у основания конуса,

Насадка представляет собой кольцевое полое тело в форме усеченного прямого конуса 1 с окнами 2, перемычки которых 3

вдавлены внутрь конуса 1, основания конуса 4 и его вершины 5 (см, фиг. 1). Перемычки 3 в своем поперечном сечении имеют форму локона Аньези (см. фиг. 4). Между собой перемычки 3 образуют зазор. Насадка моЖет выполняться с отбортовкой 6 в своей нижней части (см..фиг. 5), что увеличивает ее прочность. Насадку изготовляют методом штамповки из металлического листа.

Основные типоразмеры предлагаемой

насадки, изготовленной из металлического листа толщиной 0,7-1 мм, приведены в табл.1.

Насадка работает следующим образом. Элементы насадки загружают в абсорбционный аппарат внавал. Жидкость на насадку поступает сверху, газовая фаза попадает в аппарат снизу через штуцер. Насадка при загрузке в аппарат преимущественно ложится плашмя за счет конической формы

насадки 1, конструкции насадки, перемычки 3 которой имеют форму локона Аньези, а также заявленного соотношения размеров. Такая особенность насадки позволяет увеличивать поперечное перемешивание, в ре- зультате чего возрастает эффективность процессов массо- и теплообмена. Гидравлическое сопротивление при этом снижается, а пропускная способность возрастает.

Л р и м е р. Подвергалась испытаниям насадка со следующими размерами: DI 80 мм, Da 60 мм; Н 15 мм; h 7 мм; Оз 40 мм; мм; S 20 мм; L 45 мм; а 20 мм; «. 56°. Насадку загружали в колонну диаметром 400 мм и высотой 1000 мм. При загрузке в аппарат внавал насадка преимуществен но (76%) ложится плашмя. В системе воздух - вода гидравлическое сопротивление снижается в среднем на 24% по сравнению с прототипом при нагрузках по газу, соответ- ствующих линейным скоростям потока 1+4 м/с. Расход жидкости при этом составляет литров/ч.

Сравнение характеристик заявляемой насадки ГИАП других размеров с прототи- пом при одинаковых нагрузках приведено в табл.2.

Как видно из табл. 2, эффективность массообмена при использовании предлагаемой насадки возрастает на 9-14%-при од- новременном снижении гидравлического Сопротивления.

Влияние высоты насадки, пропорциональной в еличине коэффициента А, на эффективность процесса массообмена иллюстрируется данными, приведенными в табл. 3.

Как видно, при величине коэффициента А 0,5 гидравлическое сопротивление возрастает на 20%, коэффициент массоотдачи а практически не увеличивается. При величине А 0,8 гидравлическое сопротивление резко возрастает, а коэффициент массоотдачи падает. Таким образом, заявленные пределы величины коэффициента А являют- ся оптимальными.

Влияние высоты перемычек насадки, пропорциональной величине коэффициента

5

10 15 0

5 -

0

5

0 5

0

В на эффективность процесса массообмена иллюстрируется данными, приведенными в табл. 4.

Как видно, при величине коэффициента В 0,24 коэффициент массоотдачи падает. При величине коэффициента В 0,5 отмечается некоторое падение коэффициента массоотдачи при одновременном росте гидравлического сопротивления.

Формула изобретения

1. Насадка для тепло- и массообменных процессов, выполненная в виде осесиммет- ричного полого тела, имеющего отверстия, перемычки которых вдавлены внутрь с зазором между ними, отличающаяся тем, что, с целью повышения коэффициента массоотдачи контактирующих веществ за счет увеличения поперечного перемешивания при одновременном снижении гидравлического сопротивления, полое тело имеет форму усеченного конуса, перемычки в своем поперечном сечении имеют форму локона Аньези, описываемую уравнением вида

у а3/(а2 + х2),

где х, у - текущие .значения; а - величина диаметра круглой части локона Аньези, равная а Оз/2; Оз - зазор между вдавленными перегородками, равный Оз D2 - S, где D2 - диаметр вершины конуса, а величина S находится в пределах от 10 до 20 мм.

2. Насадка по п. 1, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что высота усеченного конуса определяется из соотношения: Н (Di - D2)A, где Н

- высота конуса; DI и 02 - диаметры основания и вершины конуса соответственно; А

- коэффициент, равный 0,5-0,8.

3. Насадка по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ а- я с я тем, что угол наклона конической поверхности к горизонтальной плоскости составляет а 40-70°.

4. Насадка по пп. 1-3, отличающая- с я тем, что высота вдавленных внутрь перемычек составляет величину h В Н, где В

- коэффициент, равный 0.24-0,5, а их длина равна величине L Оз К, где К - коэффициент, равный 0,8-1,2.

Т а б л и ц а 1

Таблица2

Применение: для тепло- и массообмен- ных процессов. Сущность изобретения: насадка выполнена в виде осесимметричного полого тела, имеющего отверстия, перемычки которых вдавлены внутрь с зазором между ними. Полое тело имеет форму усеченного конуса, перемычки в своем поперечном сечении имеют форму локона Аньези, описываемую уравнением. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

4kn.i

ТаблицаЗ

Таблица4

« мммммм

If If

Ю1СП81

Фи. 4

#W