Регулярная насадка для тепломассообменных аппаратов Советский патент 1982 года по МПК B01D53/20 

Изобретение относится к конструкциям регулярных насадок, применяемых в качестве контактных устройств в колонных тепломассообменных аппаратах, в которых пленка жидкости контактирует с восходящим потоком пара (газа). Известна регулярная насадка (насадка Зульцер), выполненная в виде пакетов, составленных из вертикально расположенных листов с наклонными к вертикальной оси гофрами, имеющими в поперечном сечении профиль равнобедренного треугольника. В насадке такого типа жидкостная пленка стекает по поверхности зубчатой (остроконечной) формы, контактируя с движущимся по системе треугольных каналов потоком пара 1. Недостаток этой насадки снижение активности гидродинамического режима при движении контактирующих фаз в угловых зонах (при верщинах) треугольных гофр. Так, при передвижении через верщины треугольных гофр пленка жидкости должна резко изменить направление движения относительно вертикальной оси, т. е. преодолеть капиллярный потенциал перетекания 26j cose - поверхностное натяжение жидкости;-краевой угол смачивания; -эквивалентный радиус изгиба плен ки при перетекании через вершины треугольных гофр. /Многие жидкости, особенно полярные со значительным поверхностным натяжением, не перетекают через верщины треугольных гофр, а стекают вдоль плоских граней гофр к стенкам колонного аппарата. Поэтому поверхность такой насадки неполностью смочена жидкостью, что снижает активную поверхность контакта фаз и, соответственно, интенсивность тепломассообмена. Такое явление особенно характерно для насадок из полимерных материалов, поверхность которых плохо смачивается жидкостью. Кроме того, при верщинах треугольных гофр заметно снижается гидродинамическая активность движения потока пара, так как к этой зоне примыкают ламинарные слои пара, в которых скорость тепломассообмена существенно ниже, чем в ряде парового потока. Это также снижает общую эффективность насадки. Кроме того, профилирование треугольных гофр недостаточно технологично, так как при верщинах гофр часто образуются трещины и обрывы конструкционного материала. Известна насадка, выполненная в виде пакетов, составленных из параллельных, вертикально расположенных листов с наклонными к вертикальной оси гофрами, профиль которых образован расположенными под углом друг к другу плоскостями и сопрягающей их поверхностью эллиптической формы. Указанный профиль гофр создает более интенсивный режим движения жидкостной пленки и потока пара, в зонах, примыкающих к вершинам гофр, по сравнению с гофрами треугольной формы 2. Однако после перетекания скругленной верщины дальнейшему равномерному передвижению пленки по выпуклой поверхности гофр препятствует капиллярный потенциал перетекания, что приводит к такому же нежелательному перемещению жидкости вдоль оси наклонных гофр, как и при перетекании пленки через вершины треугольных гофр. Помимо этого, выполнение гофр по такому профилю не способствует максимальной интенсификации тепломассопереноса в паровой фазе, так как после точек сопряжения выступов и впадин в направлении к вершинам гофр существенно снижается поперечное сечение каналов, что препятствует проникновению турбулентных пульсаций в ламинарные слои пара, примыкающие к стенкам в зонах верщин гофр. Недостатком такой конструкции насадки является также наличие местных гидравлических сопротивлений при прохождении струй пара в пристенной зоне, что увеличивает общее гидравлическое сопротивление этих насадок, особенно в колоннах небольшого диаметра. Цель изобретения - улучщение гидродинамических и массообменных характеристик насадки. Поставленная цель достигается тем, что в насадке, выполненной в виде пакетов, набранных из параллельных, вертикально расположенных листов с наклонными гофрами, профиль которых образован расположенными под углом одна к другой плоскостями и сопрягающими эти плоскости поверхностью эллиптической формы, большая ось эллиптической поверхности, сопрягающей плоскости гофр, расположена вдоль направления гофрировки листов, а величины угла у между плоскостями гофр в их поперечном сечении и угла наклона cf гофр к вертикали определяются по формуле: (90°-) arclg t f/2yjКрайние листа пакета выполнепы с гофрами, параллельными вертика,ыюй оси. Листы имеют прорези нлн отверстия, выполненные коническими, при этом в смежных по вертикали и горизонтали рядах отверстия или прорези имеют обратную конусность. На фиг. 1 схематично изображена конструкция предлагаемой насадки; на фиг. 2 -лист пакета; на фиг . 3 - разрез .4 .4 на фиг. 2; на фиг. 4 - часть листа; на фиг. 5 лист пакета с отверстиями. Угол наклона гофр к вертикали - . Угол между плоскостями в поперечном сечении гофр - , аЬ и сс1 -- плоские участки 1офр, вес эллиптический участок |офр. большая ось которого расположена вдоль направления гофрировки листов. Насадка содержит листы 1, листы 2 с гофрами, параллельными вертикальной оси. Отверстия или прорези выполнены с KOIJHческим по толщине конструкционно1о Maieриала поперечным сечением, причем в смежных по вертикали и горизонтали рядах прорези 3 и 4 или отверстия 5 и 6 имеют обратную конусность. При течении жидкости по такой поверхности за счет различия радиусов кривизны менисков в суженной или расширенной частях обеспечивается автоматическое всасывание жидкости в конические прорези или отверстия за счет капил;1ярного напора Ap В соответствии с уравнением независимо от природы орошающей жидкости и конструкционного материала происходит хорошее смачивание и двусторонняя проницаемость гофрированных листов по жидкости, что обспечивает высокое качество распределения жидкостной пленки по всей поверхности насадки даже при малых плотностях орошения. Металлические листы, обладающие хорошей .механической прочностью, целесообразно перфорировать прорезями, а полимерные листы с меньшей прочностью - - отверстиями различной формы. Пример работы предлагаемой насадки. С помощью оросительного устройства (на фиг. 1, 2 не показано) на гофрированные листы насадки поступает жидкость, которая в виде пленки равномерно перераспределяется по поверхности листов насадки. Стекающая пленка контактирует с восходящим по системе пересекающихся каналов потоком пара. В пристенной зоне струи пара движутся по вертикальным каналам, что исключает возникновение местных сопротивлений. Благодаря рационально выбранным структурно-геометрическим параметрам насадки и конструкционного материала достигается высокое качество распределения жидкостной пленки по поверхности насадки и хоро