Регулярная насадка

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) А1 (50 4 В 01 0 53/20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ае t=l,35 d„(d„- ), где t — еаг; .dH —; и — толщина стенки трубы. 1 з.п. ф-лы, 7 ил., 4 табл.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4070701/31-26 (22) 26.05.86 (46) 15,11.87. Бюл. !!Р 42 (71) Горьковский политехнический институт им. А.А. Жданова (72) Л.А. Бахтин, Л.Я. Живайкин, В.А. Алексеев, Н.А. Федянин и М.Л. Ионова (53) 660.074.5!3(088.8) (56) Рамм В.М., Абсорбция газов., М.: Химия, 1976, 655с,, ил.

Авторское свидетельство СССР

Ф 482181, кл. В 01 D 53/20, 1973.

Талиев В,Н. Аэродинамика и вентиляция. М.: Стройиздат, 1954, 288с., ил.

Живайкин Л.Я., Алексеев В.А

Мальцев В.Е. Гидравлическое сопротивление регулярной трубчатой насадки—

Межвузовский сборник научных трудов

"Конструирование и расчет аппаратурного оформления процессов разделения в химической технике". М., 1985, с. 99-103. (54) РЕГУЛЯРНАЯ НАСАДКА .1,57) Изобретение относится к химической, нефтехимической, газодобывающей, пищевой и др. отраслям промышленности и может быть использовано для проведения процессов абсорбций, ректификации и очистки газов. Цель изобретения — повьппение эффективности работы насадки и снижение гидравлического сопротивления. Эффективность работы насадки повышается sa, счет обеспечения равенства скоростей газа в ее каналах. Гидравлическое сопротивление снижается за счет увеличения живого сечения насадки и исключения местных сопротивлений де-: ления и сжатия потока на входе в насадку и слияния отдельных потоков на выходе из нее. Сущность изобретения состоит в том, что в регулярной насадке для тепломассообменных аппаратов вертикального расположенные трубы установлены относительно друг друга с зазором так, чтобы эквивалентный диаметр труб был равен эквивалентному диаметру межтрубных кана- лов. Кроме того, каждая труба по всей фф длине выполнена с двусторонними локальными пережимамй, каждшй последую-. щий пережим выполнен повернутым отноо сительно предыдущего на угол 90 причем большая ось овала в сечении двустороннего локального пережима: трубы больше ее наружного диаметра и меньше расстояния между наружными поверхностями, соседних с ней труб.

Шаг между трубами определен по форму1 135

Изобретение относится к химической и другим отраслям промышленности и может быть использовано для проведения массообменных процессов в системмк газ (пар) — жидкость.

Целью изобретения является повышение эффективности работы насадки эа счет обеспечения равенства скоростей газа в ее каналах, снижение гидравлического сопротивления.

На фиг. 1 изображена регулярная насадка, продольный разрез; на фиг. 2 — разрез A A на фиг. 1 на фиг.3 — труба с двусторонними локальными пережимами в аксонометрической проекции; на фиг. ч — сечение Б-Б на фиг. 3; на фиг. 5 — сечение В-В на фиг.3 на фиг. 6 — сечение Г-Г на фиг.3; на фиг. 7 — схема расчета шага.

Регулярная насадка (фиг. 1-3) размещенная в корпусе 1, содержит вертикально расположенные трубы 2, установленные относительно друг друга с зазором, причем шаг размещения труб определен по формуле

t= l, 35 d, (й „- ) где d — наружный диаметр труб, 3 — толщина стенки труб.

Для дальнейшего повышения эффективности работы каждая труба по всей длине выполнена с двусторонними локальными пережимами, каждый последующий пережим выполнен повернутым о относительно предыдущего на угол 90 причем большая ось овала в сечении двустороннего локального пережима трубы больше ее наружного диаметра и меньше расстояния между наружными поверхностями соседних с нею труб.

Кроме того, каждая труба 2 по всей длине выполнена с двусторонними локальными пережимами (фиг. 3), каждый последующий пережим выполнен повернутым относительно предыдущего на угол 90, причем большая ось ова-О ла в сечении двустороннего локально-го пережима трубы больше ее наружного диаметра и меньше расстояния между наружными поверхностями соседних с нею труб.

Регулярная насадка работает следующим образом.

Жидкость с помощью распределителей и газ подают сверху. При их взаt имодействии получают газожидкостную смесь, которая, двигаясь сверху вниз, 1639 2

55

45 с одинаковой скоростью поступает в трубы 2 и межтрубные каналы. Гаэ отбрасывает частицы жидкости на внутреннюю и наружную поверхности труб 2 за счет того, что его скорость во много раз больше, чем скорость жидкости (предлагаемая насадка устойчиво работает при скорости газа до 5060 м/с). При этом на внутренней и наружной поверхностях труб 2 образуется пленка жидкости, взаимодействующая с газовой фазой. Кроме того, жидкость, стекая пленкой по цилиндрическому участку трубы

2 с двусторонними локальными пережимами, срывается потоком газа с их кромок и диспергируется на капли, что приводит к увеличению поверхности контакта фаэ и обновлению межфазной поверхности, а значит, и к дальнейшему повышению эффективности работы аппарата. Угол поворота соседних по высоте трубы пережимов выполнен о равным 90, что обеспечивает наиболее полное перераспределение пленки жидкости по поверхности трубы при переходе очередного пережима, наиболее интенсивную турбулизацию и обновление поверхности контакта фаэ.

Насадка данной конструкции успешно работает в режиме восходящего прямотока,.и противотока, Местные сопротивления деления газового потока на входе в насадку и

1 слияния отдельных потоков на выходе из нее имеют значительную величину при различных скоростях газа в каналах насадки.

В предлагаемой насадке скорости газа в ее каналах одинаковы. В этих условиях гидравлические сопротивления деления и слияния потоков близ- ки к нулю и определяющим является . сопротивление трения в каналах насадки.

Гидравлическое сопротивление насадки должно быть равно- гидравличес-. кому сопротивлению каждого канала.

Поэтому

aP =nP, (2)

Подставляя в условие (2) уравне" ние Дарси-Вейсбаха, получаем Х 7 — (3)

d 2 с177 2 где h,, ъ7 = коэффициенты сопротивления трения каналов насадки;

3 I 3SI6

1 — длина труб или высота пав садки;

d,d, — эквивалентные диаметры межтрубного и трубного каналов;

P, — плотность газа;

w,,w — относительные скорости газа в каналах насадки (индекс "1" относится к межтрубным 10 каналам, индекс "2" — к трубным), Известно, что для квадратичной области турбулентного режима коэффициент сопротивления трения является постоянным >l, = h -=Х Тогда иэ уравнения (3) получаем

w, йэ

w< 1 э2

Из выражения (4) следует, что

W(С1э 20 — 1 или w,=w при =l.

%Р С1 Э2

Таким образом, условием равенства скоростей газа в каналах насадки является равенство их эквивалентных диаметров эт 1эг. (5) (4) 25

Нетрудно доказать, что равенство (5) является условием равенства скоростей газа в каналах насадки и при турбулентном режиме, описываемым уравнением Блазиуса.

Принимаем размещение труб по вершинам равносторонних треугольников.

Для удобства расчета рассмотрим размещение трех трубок в вершинах равностороннего треугольника (фиг. 4).

Площадь треугольника равняется

-Г3

S = — th= — t t sin 60= — t. о,оо, 4

Площадь межтрубного пространства выбранного треугольника определяется как разность площади треугольника и наружных поверхностей труб, входящих в треугольник

4з г ттбсг>ег ьО Оог 2 э 4 2 4

Площадь ь0,00 содержит половитту сечения трубы и сечение фигуры

ABCDEF. Следовательно, к целой трубе относится сечение межтрубного пространства, равное удвоенному сечению фигуры ABCDEF

-Г3 ° -,1 .

S =2S — t

> г д Ьст> Е г 4

Эквивалентные диаметры трубы и межтрубного пространства определяются

19, d„=-d, 4S, эмт П

Согласно

-ГЗ г к 1 „ н) т 4 1 °

1 уравнению (5) получаем

2.ГЗ с — с1 „

Решая ттоследнсе уравнение относительно t, получаем формулу (1).

Размещение труб 2 (фиг. 1-2) с шагом, определенным по формуле (1), позволяет повысить эффективность работы насадки эа счет обеспечения равенства скоростей газа в ее каналах, снизить гидравлическое сопротивление эа счет увеличения живого сечения насадки и исключить местные сопротивления деления и сжатия потока на входе в насадку и слияния отдельных потоков на выходе иэ нее °

Такая конструкция насадки позволяет использовать для массообмена трубные и межтрубные каналы, Каждан труба 2 по всей длине выполпен» с двусторонними локальными пере>кимами (фиг. 3), каждый последующий пережим выполнен повернутым отноб сительно предыдущего на угол 90 причем большая ось овала в. сечении двустороттнего локального пережима трубы болтше ее наружного диаметра и меньше расстоннин между наружными поверхностями соседних с нею труб.

Такая конструкция насадки при незначительном повышении ее гидравлического сопротивления позволяет повысить эффективностт работы ттасадкт4 за счет турбулиэации фаз, увеличения поверхности контакта фаз и обновления межфазной поверхности. Угол поворота соседних по высоте трубы пережимов о выполнен равным 90, что обеспечива.ет наиболее полное перераспределение пленки жидкости по поверхности трубы при переходе очередного пережима, наиболее интенсивную турбулизацию и обновление поверхности контакта

/ фаэ.

Проведены ис.-ледования гидродинамики и массообмена в аппарате с предлагаемой насадкой (Ф 1, табл. 1), с насадкой прп III>îòíoé упаковке труб (т1 2, табл. 1). Исследования проводи" ли в режиме нисходящего прямотока в цилиндрическом корпусе из оргстекла вттутретттшкт диаметром 135 мм. Ha-

caäêè иэгототзлеттт,т из стеклянных труТаблица l

Эквивалентные диаметрь:

Удельная поверхЖивое сечение наНасадка, ¹

Il мм ность ,: 2/МЪ садки, Е межтрубных нь|х каналов каналов

l7,2 263

l3,4/ll 49 11,9 11,0 84,2

l9/16 40 4,20 16,0 76

307

5 1351 бок длиной 0,5 м. Характеристика насадок приведена в табл.

Исследования предлагаемой насадки (№ 1) показали, что скорости газа в ее каналах практически одинаковы 5 (см. табл. 2) .

Результаты исследований гидродинамики сухой предлагаемой насадки (№ 1) и насадки при плотной упаковке 1О труб (¹ 2) приведены в табл. 3.

ДЬнные табл. 3 пЬкаэывают, что гидравлическое сопротивление предлагаемой насадки примерно в 1,5 раза меньше гидравлического сопротивле- 15 ния известной.

Для определения массообменных характеристик насадок проведены эксперименты по десорбции диоксида углерода иэ воды в воздух. По результатам опытов определяли эффективность десорбции (КПД аппарата) по формуле т — — 1оо <х!, Sx где — эффективность десорбции (1л1д 25 аппарата), Ж;

CB„„„

Cstsx концентрация диоксида углерода в во,це на входе в насадку и выходе из нее, г/л. 30

Результаты некоторых опытов, показывающих зависимость эффективности десорбции от скорости газа в колонне для предлагаемой насадки 1,№ 1) и насадки при плотной упаковке труб (№ 3) приведены в табл. 4.

Данные табл. 4 показывают, что в исслецованном диапазоне скоростей эффективность десорбции предлагаемой насадки в среднем в 1,34 раза выше, чем известной.

Таким образом, установка труб относительна друг друга с зазором таким, чтобы шаг из размещения был определен по формуле (1), обеспечивает равенство скоростей газа в трубах и межтрубных каналах, увеличивает эффективность работы насадки и снижает ее гидравлическое сопротивление.

Кроме того, двусторонние локальные пережимы позволяют интенсифицировать процесс массопередачи эа счет турбулиэации пленки жидкости и увели- чения поверхности контакта фаэ. формулаизобретения

Регулярная насадка для тепломассообменных аппаратов, содержащая вертикально раслоложенные трубы, отличающаяся тем, что, с целью увеличения эффективности ее работы за счет обеспечения равенства скоростей газа в каналах насадки и снижения гидравлического сопротивления, трубы установлены относительно друг друга с зазором, шаг размещения труб .t определен по формуле

t=1, 35 gdÄ(d.Ä вЂ” 6), где d „— наружный диаметр труб; о — толщина стенки трубы. . 2. Насадка по и, 1, о т л и ч а ющ а я с я . тем, что каждая труба по всей длине выполнена с двусторонними локальными пережимами, каждый последующий пережим выполнен повернутым о отноаительно предыдущего на угол 90., при этом большая о=ь овала в сечении ,цвустороннего локального пережима трубы больше ее нчружного диаметра и меньше расстояния между наружными поверхностями соседних с нею труб.

135,I639

Таблица 2

Расход газа в колоние, и /ч

Таблица3

121,7 211,2 360,5 462,2 581,0 924,4, II,27 18,04

4,10 7,00 8,97

2,36

145,0 347,0

62,0

80,0

22,9

7,4

225,0 540

125,0

95,5

35,1.по прототипу 11,5

Таблица4

Скорость rasa в колоние, и/с 3,80 6,46 11,27 15,96 23,56

Х, для предлагаемой насадки

41

72

58

28 по прототипу 14

w,, мjc м/с

Расход rasa

В колонне, м /ч

Скорость газа в колонне, и/с

hP, Па, для насадки: предлагаемой

422,4 592,0 924,4 1!62,0 1415,6

12,83 !7,98 28,08 35,29 42,99

12,77 17,89,27,94 35,12 42,79

135l639

Составитель А. Сондор

Редактор Н. Швыдкая Техред И.Верес Корректор JI. Пилипенко

Заказ 55)7/6 Тираж 657 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4