Регулярная насадка

 

Изобретение относите к химической , нефтехимической, газодобывакяцей, пищевой и др. отраслям промьшшенности. Цель .изобретения - повышение зффекти- .вности работы насадки и снижение гидравлического сопротивления. Сущность изобретения состоит в том, что регулярная насадка для массообменных аппаратов , содержащаяпучок труб 2, касающихся друг друга боковыми поверхностями , снабжена продольно оребренными трубками 3 меньшего диаметра, соосно установленными внутри труб 2 большего диаметра. Кроме того, про- Q дольные ребра 4 выполняют либо в виде плоских, либо в виде криволинейных пластин. На наружной поверхности труб 2 выполнены канавки, расположенные од на напротив другой. Эффективность работы насадки повышается за счет обе- 5 (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СООИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН ()9) (И) 1 17 А1 (51)4 В 01 D 53/20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4179576/31-26 (22) 12.01.87 (46) 23. 10.88. Бюл. И 39 (71)- Горьковский политехнический институт им. А.А. Жда нова (72) Л.А. Бахтин, Н.А. Федя нин, В.М. Ульянов, P .Â. Козлов, Н.В. Желтухин и В.Н. Балашов (53) 66. 074. 513 (088.8) (56) Рами В.М. Абсорбция газов.

М.: Химия, 19 76, с . 6 55 .

Авторское свидетельство СССР

Р 482181, кл. В 01 D 53/20, 1973, Живайкин Л.Я., Алексеев В.А., Мальцев В.E.. Гидравлическое сопротивление регулярной трубчатой насадки.

Межвузовский сборник научных трудов.

"Конструирование и расчет аппаратурного оформления процессов разделения в химической технике. - М.: 1985, c. .99-103. (54) PЕГУЛЯРНАЯ НАСАДКА (57) Изобретение относится к химичес .кой, нефтехимической, газодобывающей, пищевой и др. отраслям промышленности.

Цепь изобретения — повышение зффективности работы насадки и снижение гидравлического сопротивления. Сущность изобретения состоит в том, что регулярная насадка для массообменных аппаратов, содержащая пучок труб 2, касающихся друг друга боковыми ловерхностями, снабжена продольно оребренными трубками 3 меньшего диаметра, соосно установленными внутри труб 2 большего диаметра ° Кроме того, пр одольные ребра 4 выполняют либо в виде плоских, либо в виде криволинейных пластин. На наружной поверхности труб

2 выполнены канавки, расположенные од С, на напротив другой. Эффективность работы насадки повышается за счет обе1431817 поверхностью труб 2, наружной поверхностью трубок 3 и поверхностями ребер

4. Газ отбрасывает частицы жидкости на внутренние и наружные поверхности труб 2 и трубок 3, а также на ребра 4 за счет того, что его скорость во много раз больше, чем скорость жидкости (предлагаемая насадка устойчиво работает при скорости газа до 5010 60 м/с); При этом на внутренних и наружных поверхностях труб 2 и трубок

3, а также ребер 4 образуется пленка жидкости, взаимодействующая с газовой фазой.

15 Для более эффективного выравнивания скоростей газа в межтрубных каналах, образованных наружными поверхностями труб 2, на этих поверхностях выполнены канавки 5, расположенные одК на напротив другой. С помощью канавок межтрубное прбстранство, образо ванное наружными поверхностями труб

2, из системы изолированных один от . другого каналов превращается в единый канал, что приводит к выравнива1 нию скоростей газа и перераспределению жидкости в случае неравномерного распределения фаз перед фронтом насадки.

30 Канавки также способствуют турбулизации жидкой пленки, интенсивному обновлению поверхности контакта фаз, что еще более повышает эффективность работы аппарата.

Описана работа предлагаемой насадки в режиме нисходящего прямотока.

Предлагаемая конструкция насадки успешно работает в режиме восходящего прямотока и противотока..спечения равенства скоростей газа в ее каналах и повышения ее удельной поверхности, Гидравлическое сопротивление снижается за счет исключения местных сопротивлений деления и сжатия потока на входе в насадку и слияния

),!

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

Пелью изобретения является увеличение эффективности работы насадки за счет равномерного распределения фаз по каналам насадки и увеличения удельной поверхности насадки.

На фиг. 1 изображена регулярная

:насадка с продольно оребренными трубками, вид сверху, на фиг. 2 — элемент насадки с продольными ребрами, выполненными в виде плоских пластин, вид сверху; на фиг. 3 - то же, с продольными ребрами, выполненными в виде криволинейных пластин; на фиг. 4 вид А на фиг. 1 (для труб, на наружной поверхности которых выполнены. канавки).

Регулярная насадка, размещенная в корпусе 1, состоит из пучка труб 2, касающихся друг друга боковыми по". верхностями, и оребренных трубок 3 меньшего диаметра, соосно установленных внутри труб 2, при этом высота ре бер 4 определяется по формуле. Ребра

4 (фиг. 1) выполнены в виде продольного оребрения трубок 3 ° Кроме того, ребра 4 могут выполняться в виде плос ких (фиг. 2) или в виде криволинейных (фиг ° 3) пластин.

На наружной поверхности труб 2 выполнены канавки 5, расположенные напротив друг друга (фиг, 4).

Регулярная насадка работает слеДующим образом.

Жидкость с помощью распределителей и газ подают сверху. При их взаимодействии получают газожнцкостную смесь, которая, двигаясь сверху вниз, с одинаковой скоростью, поступает в трубки 3, межтрубные каналы, образованные наружными поверхностями труб 2, и в каналы, образованные внутренней отдельных потоков на выходе из нее.

Предлагаемое изобретение может быть использовано для проведения процессов абсорбции, ректификации и очистки газов, 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Местные сопротивления деления газового потока на входе в насадку и слияние отдельных потоков на выходе из нее имеют значительную величину при различных скоростях газа в каналах насадки.

1431817

4S, DQ -п0

d 1 ц

D„+nD„ (5) Dê = (пЧ10 где $, П

t и

1 Рг 4 (2) 20 (7) п = 2а+1, В предлагаемой насадке скорости газа в ее каналах одинаковы. В этих условиях гидравлические сопротивления деления и слияния потоков близки к нулю и определяющим является сопротивление трения в каналах насадки.

Гидравлическое сопротивление насадки должно быть равно. гидравлическому сопротивлению каждого. канала.

Поэтому

4Ртр4 = 41Ртр, - gp (1) Подставляя s равенство (1) уравнение Ларси-Вейсбаха, получают

Внутренний диаметр корпуса при плотной упаковке труб большего диаметра (t = D„) равен

1)t + D„ = и 1 н= (2а+1)1Э (6) сечение и смоченный периметр каналов; внутренний диаметр . корпуса аппарата; наружный диаметр труб большего диаметра шаг разбивки труб; число труб в диагонали шестиугольника где Л, - Л вЂ” коэффициенты сопроти<»вления трения каналов насадки;.

1 †.длина труб или высота насадки;

d " d — эквивалентные диаметры эз каналов межтрубного пространства труб большого диаметра, трубок малого диаметра (d

= d) и каналов в кольцевом пространстве между трубами и трубками; — плотность газа; 35 r ьэ - 4 3 — относительные скорости

1 газа в каналах насадки.

Известно, что для квадратичной области турбулентного режима коэффициент сопротивления трения является постоян-40 ным

Л = Л = Л . (3)

1 тогда на основании Выражения (2) усло 45 вию равенства скоростей газа в каналах насадки (ц, = 44l = 44) = и1) соответ1 ствует равенство эквивалентных диаметров каналов

50 йэ,= dye = дэ= и (4)

Нетрудно доказать, что равенство (4) является условием равенства скоростей газа в каналах насадки и при турбулентном режиме, опысываемом уравнением Блазиуса.

Эквивалентный диаметр каналов межтрубного пространства труб большего диаметра где а — число шестиугольников, При принятом способе размещения труб их число и определяется из уравнения (8) и =За +За+1

Откуда

1 1 4п-1 а =--+- (9)

2 2 3

Подставляя (6), (7), (8) и (9) в выражение (5) и учитывая, что d, = d = d, после несложных преобразований получают а, а П» -1-13 <1И и " 3(4п — 1 +13

Выполнение соотношения d/Dq в соответствии с формулой (10) обеспечивает равенство скоростей газа и плотности орошения жидкости в каналах межтрубного пространства труб боль,шего диаметра и в трубках меньшего размера.

Рассмотрим далее условие равенст.ва скоростей подачи фаз в трубки межшего размера и каналы кольцевого зазора между трубами и трубками.

Эквивалентный диаметр каналов в кольцевом зазоре между трубами и трубками

-(D2 -d „)-4НР d р

48э 7.

-(D+d „)-2d +Нр 2

1431817 где S» П вЂ” сечение и смоченный периметр каналов;

d, d н - внутренний и наружный диа метр ы тр убки ме нь шег о размера;

Š— число ребер;

D " внутренний диаметр труб боль шег о р а э мер а;

НР, дР - высота и толщина ребер.

Величинами 4НРИ и 2d вследствие их малости пренебрегают. Тогда, имея в виде равенство d = d, получают

25 в-а

Н

«Л4

Р (13) Подставляя выражение (13) s ураанекие (12) и решая его относительно gp

Е, получают (D + dg) (D — 2d cp ) a(D — а„) 35

Если р асч ет кое число р ебер Z отклоняется от целого числа Х не более, чем на +15%, то принимают Z = N

1 " ан и Н --=- - (фиг е 1 )

Р 2

Если рассчитанное по формуле (14) число ребер значительно отличается от целого числа, принимают целое (предпочтительно четное) число ребер и оп- 45 ределяют их высоту по формуле, вытекающей из уравнения (12), ««(D«+«d ) (2d c ), (15)

2Zd

В этом случае возможны два варианта.

Первый из них соответствует случаю, когда принятое целое число ребер больше рассчитанного по уравнению (14) . При этом высота ребер меньше ширины кольцевого канала:

n — a».

Н 4- — - —.

55 в — и 15 а 4л . (12) эз

2Z

1 + ан + p

Ti

Расчет числа ребер Z и их высоты

Н, обеспечивающих равенство зквива- Zp лентных диаметров каналов d = d <

d необходимо проводить в следую1 щей последовательности. Вначале принимают радиальные ребра высотой, равной ширине кольцевого канала

Второй иэ них соответствует случаю, когда принятое целое число ребер меньше рассчнтанного по уравнению (14). При этом высота ребер больше ширины кольцевого канала: ан

Н

Снабжение насадки оребренными трубками меньшего диаметра соосно установленных внутри труб большего диаметра с высотой ребер, определяемых по формуле, позволяет повысить эффективность работы насадки за счет обеспечения равномерного распределения фаэ в ее каналах и увеличения удельной поверхности насадки, уменьшить гидравлическое сопротивление за счет исключения местных сопротивлений деления и сжатия потока на входе в насадку, и слияния отдельных потоков на выходе из нее.

Выполнение ребер в виде плоских или в виде криволинейных пластин, сохраняя преимущества насадки по и. 1, увеличивает высоту ребер, а следовательно, и удельную поверхность насадки.

Выполнение на наружной поверхности труб большего диаметра канавок, расположенных одна напротив другой, обеспечивает дальнейшее повышение эффективности работы насадки за счет перераспределения фаз по поперечному сечению аппарата, турбулизации пленки жидкости и увеличения поверхности контакта фаз.

Практически весь объем колонны с нисходящим прямоточным движением фаз с предлагаемой насадкой работает, при больших скоростях газа (1030 м/с и вьппе), что значительно снижает объем аппарата (его габаритные размеры) при заданной производительности, уменьшает его металлоемкость и стоимость изготовления.

Пример . Проводят очистку обжигового газа от двуокиси серы (SO ) в производстве окиси алюминия в аппарате с предлагаемой насадкой при производительности по газу

16500 м /ч и расходу ж щкости 50 м /ч.

Скорость газа в каналах насадки

14 м/с, диаметр корпуса аппарата

0,65 м, а высота 2,5 м.

При этих условиях вес аппарата составляет 2,3 т, а гидравлическое сопротивление 950 Па.

1431817

При заданных расходах жидкости и газа в производстве окиси алюминия работает промышленная колонна с насадкой из колец Рашига и имеет габа—

5 риты: диаметр корпуса аппарата 2,8 м, высота 14,7 м, скорость газа 1 м/с.

При этих условиях вес аппарата составляет 39 тонн (в 17 раз больше веса предлагаемого аппарата), а гидравли- 10 ческое сопротивление составляет

4410 Па (в 4,6 раэ больше гидравлического сопротивления предлагаемого аппарата).

Формула изобретения

1. Регулярная насадка для массообменных аппаратов, выполненная иэ пучка труб, касающихся одна другой бо 20 ковыми поверхностями, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью увеличения эффективности ее работы за счет равномерного распределения фаз по каналам насадки и увеличения ее 25 удельной поверхности, она снабжена продольно оребренными трубками меньшего диаметра, соосно установленными

I внутри труб большего диаметра, при этом высота ребер определяется по формуле и (D+d u)(11-2с1ср )

Р 2гс1н где Н, z — высота и число ребер;

D — внутренний диаметр труб большего диаметра; 1ср " "н — соответственно внутренний, средний и наружный диаметры трубок меньшего диаметра.

2. Насадка по и. 1, о т л и ч аю щ а я с я тем, что продольные ребра выполнены в виде плоских пластИн, 3 ° Насадкапоп ° 1, отличаю щ а я с я тем, что продольные ребра выполнены в виде криволинейных пластин.

4. Насадка по пп. 1-3, о т л и— ч а ю щ а я с я тем, что на наружной поверхности труб большего диаметра выполнены канавки, расположенные одна напротив другой, 1431817 биУА

Фиа 9

Составитель А, Сондов ,Техред М.Дидык kopp ект ор В. Романенко

Редактор А. Шандор

Тираж 642 Подпис ное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 5369/7

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