Регулярная насадка с пленочно-капельным течением дисперсной фазы

 

СОЮЗ СС)БЕТСНИ1

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСГ)УЬЛИН (,,-)а 1 Б Ol D 53/20, 11/04

ГССУ„)3.АРСТ)"-)Е!-ИЫЙ !-(Î×ÈTET СССР

ПС ДЕ (3О(Д I) -3 05PETEI-IKIA И OTIRPbITVil I

- эта:а - лъ; -::. г."<-: —, джаз-ижвюж тнкаил ".нлмк-........ - .т .. де, ъ ю.-..п кзаююгинжзиззяща

ii KG)ibI ВЕРТ,(т(а!ЕI,НЬ)М)1 РЯДПМ)1 Н

1) . Е1(;; .:. 1

2 " 2" f3I("1 !

4fi) l i. 12,,0й . б)(); „. -б

,71) )1;11 = T!c 1(ii!1 ..,Г"..,)!f i(.(,1(а)! f . !.!(. li!—

:,.Ут П11)))(жуй П;:О;;Ь ь: (Еif:f()(; i

10) Ае i 0!!ri" Ое с!i f » rIT TIBO I БО (1,1 83185 )(л . н С>1 !) 53/20, 9;,(1, А))торс)(0 . (Ела. Е ОПЬСTBO ССС1- ! I 3279 9 ..:.:..:, f! 01 D 53/2019о i:

С5/!) РЕ1".У.И. 1; 11А)(ПЛСЛЛЕ;.А С П11;!10 -П!0"

1(ЛПЕ)1Ы!Ы21:I, 11 I%1 !l ПИСПг(РС110Й ФАЗЫ

), 5! ) lB r06p r-;ТЕН:(Е ОТНОСИТ(!Я К КОПСТрукьии р е:у;11)р) Ой пэсадк)е с пле))оч))о.капее)ье!ыЕ) тe eli låff дисперсной фазы, Ifожет быть испОльзОВаklо В аппара. 1 ах

Дпя п))одессон теплОмассООбменсl B cuc а" Ма 1(Г а. 3 ->Л IД K (. С Т Ь И ЖИД К О С T Ъ" Е!(ИД— кость,. поз)аоляе.г интehfc)I(full.gfpoBa f те))помассООбмее! за счет улуа)!1)ее!1)я условий пер еме!!!ива)!ия жидкости и

Допопнепелье)ой турбулизации газовой (разы, В васенке,. содержащей верти:Ы ;. I 4 43949 А 1

- и! г!" fi iir:р 1(1:lf! ()1 )1 )Еп(;;1-„i!!!! края);;:! а! РТ )I «(УТЫМ(а 1 0 1)ЕРХ}ПIМ )(17 1Rhf

От;f !! а:,-б f;:f:1 ы,.!;) .)енес гкRf.f)I аак.!лнен))Ы;,,g Ii j).(;BÄO"1 iiii!IB;!0i0 1(2ffii

П)а 0 1. ii i ОП:, 3110-;,НЬЬЗ (". ГOi! r-НЫ О ) 1! ЕС IT(if) 1>)о . т:i 1 1 - . i;P;,!BQicr)!If)McI iP<" (РУВ»

i) Вr I,lк",,ЛЬ!)Ы, : P(!Да" СМЕ:". ЕН)Х а, :)СТОВ>

4! . !Е -,а ап,-) 11.1)ь; Окон ц лепеСTKGB

; !ОС.)1(- li!!!ат;- )ЬНО а) ЕР ЕЦ y)01 СЯ CBQ!Р Х"

",! ..!3 . i ЧПС i КП 11ЦСТOD Ь!ЕЖ)а(У ГO! ..И «G)f

)гае)ьны))и рядами окон Вьп)олнены гофри0 Оеа(1))нь))().1 B горца О нта.))ьно).f на))р(1 В1)е-. нпи., Df pz)file гофры кае)(дого гофрнроВанilî"0 g. Iастка могут быть направлены и сторону отклонения лепестков, наход)1))!1)хся над этим участком, Еаж» дый гофрирова нь".. 1 участок может иметь i;o два гофра, выступа!оп.,пх поОЧЕРСДIIO H ОДНУ И Д(РУГУ)0 CTOPOHy OT плоскости листа на Величину, равную половине Высоты зубьев верхних краев окон. 2 з,п. Ф-лы, 2 ил.

1443949

Изобретение относится к конструкции регулярных насадок, используемых в качестве контактных устройств для проведения процессов тепломассообмена в системах газ(пар) — жидкость (про5 цессы абсорбции, ректификации, дистилляции, дезодорации, обработки воздуха различныыл растворами) и жидкость — жидкость (процессы экстракции 1р в стационарном и пульсирующем режимах), и может быть использовано в химической, пищевой, нефтегазоперерабатывающей и других отраслях промышленности. 15

Целью изобретения является интенсификация процесса тепломассообмена в насадке за счет улучшения условий перемешивания жидкости в потоках, стекающих по листовой части насад- 2р ки, и дополнительной турбулизации газовой фазы.

На фиг, 1 изображена насадка, вид спереди; на Фиг . 2 — разрез А-A на фиг. 1. 25

Регулярная насадка состоит из вертикальных листов 1, с просеченными в них окнами с зубчатыми верхними и нижними краями. Окна расположены правильными горизонтальными и верти- 30 кальными рядами. Но верхним краям окон отогнуты зубчатые лепестки

2,наклоненные под углом вниз поочередно сверху вниз в противоположные стороны относительно листа. Между каждыми двумя смежными листами образуются вертикальные ряды лепестков, перекрывающих друг друга, но не соприкасающихся со смежными листами.

Зубья и впадины окон и лепестков также расположены вертикальными рядами и последовательно чередуются сверху вниз, Участки листов насадки в промежутках между горизонтальными рядами зуб-45 вжатых окон выполнены гофрированными в горизонтальном направлении.

Протяженность гофрированных участков 3, а также конфигурация и размеры гофров могут быть различными.

Между вертикальными рядами окон выполнены размещенные периодически отверстия 4 в виде равнобедренных треугольников с выпуклой вверх срединой основания.

Насадка может работать в системах газ-жидкость и жидкость-жидкость.

В системах гаж-жидкость насадка может работать в условиях противотока, эмульгирования, нисходящего и восходящего прямотока. При восходящем прямотоке насадка должна быть перевернута.

В системах жидкость-жидкость (например, смесительные зоны экстракторов) насадка работает в режиме противотока.

Более тяжелая дисперсная фаза подается сверху и в пленочно-капельном режиме стекает навстречу движущейся снизу дисперсионной Фазе, Если дисперсная фаза легче сплошной, она подается снизу и движется вверх, а насадка в этом случае должна быть перевернута. На зубьях окон и лепестков дисперсная фаза образует капли, которые растекаются в пленку при падении на лепестки и гофры. Затем пленка опять формируется в капли и процесс многократно повторяется.

Насадка в системе газ(пар) жидкость при невысоких скоростях газа в условиях противотока фаз работает следующим образом.

Жидкость равномерно распределяется на верхнем торце насадки и стекает, контактируя с газом (паром), поступающим вверх по каналам насадки.

Равномерная пленка жидкости, встретив на своем пути зубчатые края окон или лепестков, распределяется н на потоки двух разновидностей, стекающих каплями или струйками. В потоке одного вида жидкость стекает по листовой части насадки, а в потоках другого вида по вертикальным рядам лепестков, расположенных между смежными листами насадки. В потоках обоих видов жидкость часть пути проходит в виде пленки, распределенной по поверхности листов или лепестков, а оставшуюся часть пути в пустотах окон и в промежутках между лепестками — в виде капель. Таким образом, в насадке объединены два способа контактирования между газом и жидкостью — пленочный и капельный.

Повышенная эффективность массообмена в насадке обеспечивается за счет гофрирования в горизонтальном направлении участков листов, расположенных между горизонтальными рядами окон.

Гофрированные участки находятся на пути потоков жидкости, стекающих по листовой части. насадки, и непосредственно турбулизуют жидкость в з 1443949 этих потоках, Воздействие гофрированных участков на потоки, стекающие по лепесткам, передается через газовую фазу, которая дополнительно турбулизуется у вершин гофров, способствуя развитию межфазной турбулентности во всем объеме насадки.

Капли жидкости, падающие на гофрированные участки, расплющиваются при ударах о гофры, слои жидкости при этом хорошо перемешиваются, и происходит быстрое обновление поверхности контакта. Обтекая выступы и впадины гофров, пленка жидкости испытывает торможение и дополнительное перемешивание, вследствие чего увеличиваются время контактирования фаз и интенсивность обработки жидкости.

Во время ударов капель о гофры и при обтекании ребер гофров газовый поток также турбулизуется.

При небольшой высоте гофров гидравлическое сопротивление насадки возрастает незначительно, а турбулизации подвергаются слои газа, движущиеся вблизи поверхности жидкости.

Это приводит к увеличению турбулентности у границы раздела фаз и интен:сификации процесса при минимальном возрастании гидравлического сопротивления.

Гофрированные участки могут содержать различное количество гофров разной формы.

26

h = g

Для снижения гидравлического сопротивления насадки целесообразно верхние изгибы гофров каждого гофрированного участка выполнять направленными в сторону отклонения лепестков, находящихся над этим участком (фиг. 2). При таком направлении верхних гофров газовый поток. направляется на лепестки параллельно их плоскостям и более интенсивно взаимодействует с каплями, кроме того уменьшаются бесполезные затраты энергии .газового потока на трение о недостаточно смоченные нижние плоскости лепестков. При одинаковом направлении лепестков и верхних граней гофров сближаются условия расплющивания, а следовательно, и перемешивания микрообъемов жидкости в каплях, падающих на эти поверхности. Это приводит к выравниванию условий и эффективности тепломассообмена в капельных потока обеих разновидностей.

От высоты гофров h зависит интенсивноть турбулизации жидкости при разбивании капель, а также гидравлическое сопротивление наседки.

Для снижения гидравлического сопротивления насадки высоту h гофров следует уменьшить. В то же время для создания условий достаточного расплющивания капель о выступающие поверхности гофров и последующего торможения образовавшейся пленки жидкости необходимо, чтобы высота гофров была не меньше наибольшего размера падающих капель

Размер отрывающихся капель и высота капиллярного поднятия жидкости. по вертикальной смачиваемой поверхности материала насадки обусловлены воздействием сил поверхностного на20 тяжения и силы тяжести и имеют общую физическую природу. Поэтому требуемую высоту гофров можно сопоставить с высотой h зубьев верхних краев от25 верстий, которая принимается равной высоте капиллярного поднятия жидкости на вертикальную плоскость и может быть определена по уравнению

Где 6, р и g — коэффициент поверхностного натяжения, плотность жидкости и ускорение силы тяжес". ти соответственно, или экспериментально.

Диаметр капель, образующихся на вертикальных зубьях окон насадки, всегда меньше высоты капиллярного поднятия жидкости, т.е. h зубьев верхних краев отверстий. Однако оторвав 5 шиеся от зубьев капли во время падения осциллируют (испытывают колебательные движения), периодически укорачиваясь и удлиняясь в различных направлениях.

Наибольший линейный размер осциллирующих капель может приближаться к размеру h, но не превьппает его, так как в противном случае капля должна распадаться на более мелкие, что не наблюдается в насадке, работающей в режиме противотока. Отсюда следует, что полная высота h гофров должна быть примерно равна высоте

h зубьев верхних краев отверстий.

5 14439

Наименьшее число гофров гофрированного участка равно двум. При этом один гофр выступает вправо, а другой влево от плоскости листа на величину, равную 0,5h, Увеличение числа

5 гофров приводит к необоснованному возрастанию гидравлического сопротивления насадки, что отрицательно сказывается на ее эффективности. 10

Величина h зависит от соотношения сил поверхностного натяжения на границе газ-жидкость и силы тяжести, правильный ее выбор оказывает существенное влияние на работу насадки.

При повышенных скоростях газового (парового) потока насадка работает в режиме эмульгирования, а при высоких скоростях, газа (10-15 м/с) — в режиме прямотока. 20

Движущийся с большой скоростью газ (пар) срывает с зубьев окон и лепестков жидкость и диспергирует ее на мелкие капли. При этом увеличивается поверхность контакта фаз и 25 эффективность насадки возрастает.

Перфорирование листов насадки и лепестков мелкими (диаметром 1,53,0 мм) отверстиями снижает гидравли- 30 ческое сопротивление и одновременно способствует лучшему диспергированию жидкости при работе насадки в режиме прямотока с большими скоростями газа (пара).

При равных условиях работы коэффициент массопередачи предлагаемой насадки на 10-153 выше, чем известной.

Насадка проста в изготовлении и может быть получена штамповкой или 40 прокаткой плоских листов.

49 6

Формула изобретения 1. Регулярная насадка с пленочнокапельным течением дисперсной фазы, содержащая вертикальные листы с расположенными правильными горизонтальными и вертикальными рядами нро" сечными,окнами с зубчатыми верхними и нижними краями и отогнутыми по верхним краям окон зубчатыми лепестками, наклоненными под углом вниз поочередно в противоположные стороны относительно листа и перекрывающими друг друга в вертикальных рядах смежных листов, а зубья и впадины окон и лепестков расположены вертикальными рядами с последовательным чередованием сверху вниз, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения эффективности насадки за счет улучшения условий перемешивания жидкости в потоках, стекающих по листовой части насадки, и дополнитель ной турбулизации газовой Фазы, участки листов насадки между горизонтальньпж рядами окон выполнены гофрированными в горизонтальном направлении.

2, Насадка по и. 1, отличающ а я с я тем, что верхние гофры каждого гоФрированного участка листа направлены в стороны отклонения лепестков, находящихся над этим участком.

3. Насадка по пп, 1-2, о т л и— ч а ю щ а я с я тем, что каждый гофрированный участок имеет по два гофра, выступающих поочередно в одну и другую сторону от плоскости листа на величину, равную половине высоты зубьев верхних краев окон.

1443949

Фю2

Составитель С.Баранова

Редактор Л.Веселовская Техред Л.Олиинык Ко ектор В.Романенко

Тираж 642 Подписное

ВПИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 6421/7

П оиэводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужг р д, у . p ж о о л. П оектная, 4 р