Регулярная насадка для тепломассообменных колонн Советский патент 1981 года по МПК B01D53/20 

Изобретение относится к насадкам для тепломассообменных аппаратов, применяемых, в частности, в абсорбционных и ректификационных процессах для обеспечения высокой эффективности тепломассопереноса при минимальном гвдравлическом сопротивлении. Известна регулярная насадка в виде горизонтального блока, собранного из двух смежных гладкой и гофрированной лент, намотанных по спирали вокруг втулок. Ребра гофрированной ленты расположёны параллельно оси колонны lj . Расположение ребер в этой насадке приводит к провалу жидкости по ка налам насадки, что снижает эффективность тепломассообмена в насадке. Наиболее близким по технической сущности к предложенному изобретению является регулярная насадка для тепломассообменных колонн, выполненная в виде горизонтальных блоков, собран ных из участков двух смежных гофриро лент, например, намотанных по спирали вокруг втулки. Ребра гофров на смежных лентах наклонены к оси колонны в противоположные стороны. Для обеспечения беспровального протекания жидкости по насадке тангенс угла наклона ребер гофров к оси колонны должен быть равным (шш превышать) отношение шага гофров к ши.рине ленты 2 . Основной недостаток такой насадки заключается в сравнительно большом гидравлическом сопротивлении, приходящемся на единицу ее эффектив ности тепломассообмена. Другой недо статок насадки - в трудности ее мон тажа в колоннах больших диаметров и колоннах, работающих под давлением. Изготовление этой насадки обязатель но требует втулки, которая перекрывает часть свободного сечения колон ны. Чтойл вставить такую насадку на все сечение колонны в заданном месте, необходимо иметь на колонне фла цевое .соединение, что не всегда пре ставляется .возможным, особенно в ко лоннах большого диаметра, работающи под-давлением. Кроме того, блок насадки такого типа, намотанный в вид спирали болыпого диаметра, имеет весьма малую жесткость и, следовательно, требует при установке колон ны применения дополнительных элемен тов, обеспечивакмцих жесткость всей 72 конструкции. Обычно колонны больших размеров, работающие под давлением, имеют специальные люки, диаметром 400-600 мм, сквозь которые в колонну монтируются элементы контактных устройств . При использовании в таких случаях блока известной насадки, имеющего в поперечном сечении форму круга диаметром несколько меньшим, чем диаметр люка, не удается перекрыть одним слоем насадки более 60% поперечного сечения колонны. Намотка же гофрированных лент на втулке попрречного сечения другой формы (например, многоугольники, сегменты круга и др.) приводит к значительному искажению формы гофров и нарушению однородности поперечного сечения насадки в местах перегиба лент. Целью изобретения является уменьшение гидравлического сопротивления. Цель достигается в регулярной насадке, выполненной в виде горизонтального блока, собранного из гофрированных лент, ребра которых расположены наклонно к оси колонны и против.оположно направлены относительно смежных лент, при этом тангенс угла наклона ребер одной ленты равен отношению шага гофра к ширине ленты,угол между ребрами смежньк лент больше угла наклона ребер одной из лент на 30-55°. С целью удобства монтажа насадки в колонне блоки насадки могут быть выполнены с различным поперечным сечением, например, в форме круга, многоугольника или части круга, составленных из одного или нескольких участков двух смежных гофрирова шых лент. На фиг. 1, 2, 3 и 4 представлены варианты вьтолнения блоков насадки в виде круга, четырехугольников, частей круга и шестиугольников и их расположение в колонне круглого сечения, в плане; на фиг. 5 - две смежные гофрированные ленты блока насадки, вид сбоку; на фиг. 6 - то же, в плане; на фиг. 7 - то же в аксонометрии, вид сбоку. Каждый отдельный горизонтальный блок насадки может иметь в поперечном сечении форму круга 1, намотанного из двух смежных гофрированных лент 2, 3 вокруг втулки 4 (для колонн малого диаметра), четырехугольника 5 или 6, частей 7, 8, 9 круга, шестиугольника 10 и любые другие фор3мы (например, многоугольник, эллипса и др.). Блок насадки собирают или из одного участка двух.смеж ных гофрированных лент, например, намотанньЬс вокруг круглой втулки (блок 1 на фиг. 1), или из многих та ких участков, соединенных друг с другом (позиции 5-10 на фиг. 2-4), что позволяет выполнять блоки с поперечн(Д4 сечением любой формы. Блоки укладывают в колонну горизонтально. Толщина лент, из которых собирают блоки может находиться в пределах 0,1 .1,0 мм, а ширина h лент 25400 мм. Угол od при вершине гофра может быть равным 90 , высота Ь гофра 5-50 мм, шаг m гофров 5-50 мм. Гофры на двух смежных лентах 2,3 наклонены к оси колонны в противоположные стороны. Благодаря такому расположению гофров на двух смежных лентах 2 3 обеспечивается невозможность попадания гофров первой ленты 2 в гофры второй ленты 3, благодаря чему фиксируется расстояние между лентами. Тангенс угла |3 наклона ребер гофров к оси колонны на первой ленте 2 равен отношению шага m гофров к ширине m ленты. Угол J между ребрами гофров первой и второй смежных лент пре выщает угол f на 30-55 , преимущественно на 40-50 . Насадка работает следукяцим образом . Жидкость, стекающая в виде пленки или отдельных струй по поверхности гофрированных лент 2, 3, входящих в блоки насадки 5-10 контактирует с газом (паром), двигакщимся в прямоили противотоке к жидкости. Уменыпение гидравлического сопротивления насадки, приходящегося на единицу эффективности ее тепломассообмена, достигается тем, что тангенс угла наклона ребер гофров к оси колонны на первой ленте 2 равен отношению шага ш гофров к ширине h ленты, а угол )f между ребрами гофров первой и второй 3 смежных лент превыиает угол р на 30-55°, преимущественно на JQ 40-50. Вследствие полного перекрытия каналов заявленной насадки в горизонтальном сечении обеспечивается 45 37 предотвращение капельного уноса жццкости потоком газа при его движении от нижележащего к выпележащему блоку насадки. Исследование эффективности регулярных насадок производили на полупромьшшенной ректификационной установке. Диаметр колонны составлял 0,3 м. Разделялась смесь метанол-вода при атмосферном давлении. Концент-. рация метанола в исходной смеси изменялась в опытах от 30 до 90 вес.%. В колонне устанавливали слой блоков испытываемой регулярной насадки высотой- L 1 м. В опытах определяли концентрацию метанола в паре на входе Y., и выходе „., из колонны соотО л, Ни1Л« ветственно, а также гидравлическое сопротивление ftP насадки. Эффективность колонны рассчитывали по формуле Н L/n, где Н - общая высота единицы переноса, Yf dY/(Y,,,- Y) число единиц переноса, YAOB н Y - равновесная и рабочая концентрации метанола в паре. Испытывали блоки насадки высотой (с шириной ленты) h . 50 мм и h 200 мм, высота b гофра 10 мм, толщина ленты 0,46 мм, шаг m гофров 20 мм, угол е6 при вершине гофра 90 . Каждый блок насадки бып выполнен из двух смежных гофрированных лент, намотанных вокруг втулки по спирали фиг. 1. Тангенс угла наклона ребер гофров на первой ленте во всех блоках бып равен отношению шага гофров к ширине ленты. Угол f между ребрами первой и второй лент менялся от опыта к опыту и превьшал угол наклсжа ребер на первой ленте на (J-, град.: 20; 22; 29; 31; 35; 40; 45;47,5; 50; 55; 60: 65; 70 (для блоков с h 50 мм) и на(у -р) , град.; 20, 30, 40, 50, 60, 70 (для блоков с h 200 ). Из анализа полученных опытных данных установили, что в интервале () 30-55 имеет место скачкообразное уменьшение гидравлического сопротивления насадки, приходящегося на на единицу эффективностидР/п.

РЕГУЛЯРНАЯ НАСАДКА ДЛЯ ТЕПЛ(МАССООБ1 Е;ННЫХ КОЛОНН, включающая горизонтально блок, собранн из гофрированных лент, ребра которых расположены наклонно к оси колонны и противоположно направлены относительно смежных лент, при этом тангенс угла наклона ребер одной ленты равен отношению шага гофр к вшрине ленты, :отличаюш аяся тем, , с целью уменьшения гидравлического сопротивления, угол между ребрами смежных лент больше угла наклона ребер одной из лент на 30-55 . U3.f