Пакетная вихревая насадка для тепло- и массообменных аппаратов

 

Изобретение относится к конструкциям пакетных насадок для тепло- и массообменных аппаратов, используемых для проведения процессов абсорбции, десорбции, мокрого пылеулавливания в химической, нефтехимической, энергетической, металлургических и других смежных отраслях промышленности. Пакетная вихревая насадка для тепло- и массообменных аппаратов состоит из множества одинаковых ячеек прямоугольной формы, соединенных между собой в единый пакет, при этом стенки каждой ячейки смещены относительно друг друга по вертикали, перекрывая фронтальную щель на входе в ячейку за счет удлиненных, загнутых внутрь окончаний, образующих завихритель, при этом на выходе газового потока из ячейки окончания обоих стенок также выполнены удлиненными и загнутыми внутрь ячейки, перекрывая фронтальную щель и образуя второй завихритель. Поверхность каждой ячейки может быть полностью или частично покрыта регулярной шероховатостью и/или перфорацией любой формы. Изобретение позволяет повысить эффективность работы тепломассообменного аппарата при низких энергозатратах. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к конструкциям пакетных насадок для тепло- и массообменных аппаратов, используемых для проведения процессов абсорбции, десорбции, мокрого пылеулавливания в химической, нефтехимической, энергетической, металлургических и других смежных отраслях промышленности.

Известны пакетные насадки для тепло- и массообменных аппаратов: пакетная насадка [Патент Великобритании 1520868, B1R] представляет собой множество ячеек, образующих вертикальные каналы, со стенками, выполненными из сетки.

Недостатком этой насадки является то, что она создает недостаточную турбулизацию фаз и межфазную поверхность при значительной анизотропности потоков по диаметру аппарата.

Пакетная насадка [Патент РФ 814419, B 01 D 53/20] представляет набор вертикальных каналов с перераспределяющими устройствами внутри этих каналов, которые значительно исправляют последний недостаток предыдущей пакетной насадки, незначительно увеличивая турбулизацию фаз и межфазную поверхность.

Пакетная насадка [Патент ПР 101424] представляет собой множество одинаковых ячеек прямоугольной формы с загнутыми окончаниями боковых стенок с одной стороны ячейки, образуя фронтальную щель, и соединенных между собой в единый пакет с размерами, равными диаметру аппарата.

Общим недостатком этих пакетных насадок является также то, что они допускают вероятность проскока больших газовых пузырей, и при интенсивных режимах работы наблюдается большой брызгокапельный унос.

Известна пакетная насадка [Патент SU 1204240, В 01 J 19/32], которая по технической сущности наиболее близка к заявляемой. Данная насадка представляет собой множество одинаковых ячеек прямоугольной формы с загнутыми окончаниями боковых стенок ячейки. При этом стенки каждой ячейки смещены относительно друг друга по вертикали, перекрывая фронтальную щель на входе ячейки за счет удлиненных загнутых внутрь окончаний, образующих завихритель. На выходе из ячейки верхний конец одной стенки выполнен отогнутым внутрь.

Недостатком прототипа является недостаточная эффективность работы тепломассообменного аппарата из-за слабой турбулизации контактирующих фаз, а именно слаборазвитого вихревого движения внутри ячейки особенно при малых расходах, в результате чего не обеспечивается высокая эффективность процессов тепломассопереноса и процесса пылеулавливания. Также при повышенных расходах фаз происходит резкий рост брызгокапельного уноса из-за отсутствия сепарационного эффекта в верхней части ячейки. Наоборот, верхняя загнутая часть поджимает газовый поток, тем самым увеличивая его скорость и нарушая форму его течения. Это также приводит к тому, что верхняя загнутая часть становиться генератором капель. Вышеприведенные причины способствуют значительной диссипации энергии газового потока и поэтому - резкому росту гидравлического сопротивления насадки.

Задачей изобретения является повышение эффективности работы тепломассообменного аппарата за счет снижения гидравлического сопротивления насадки.

Указанная задача достигается тем, что в пакетной вихревой насадке для тепло- и массообменных аппаратов, состоящей из множества одинаковых ячеек прямоугольной формы, соединенных между собой в единый пакет, стенки каждой ячейки смещены относительно друг друга по вертикали, перекрывая фронтальную щель на входе в ячейку за счет удлиненных, загнутых внутрь окончаний, образующих завихритель, при том, что на выходе из ячейки окончания обеих стенок также выполнены удлиненными и загнутыми внутрь, перекрывая фронтальную щель и образуя второй завихритель. При этом поверхность каждой ячейки полностью или частично покрыта регулярной шероховатостью и/или перфорацией любой формы.

На фиг. 1 представлен общий вид пакетной вихревой насадки. На фиг.2а представлен вид сбоку ячейки прототипа, на фиг.2б представлен вид сбоку заявляемой ячейки с двумя завихрителями. На фиг.3 представлен график зависимости гидравлического сопротивления прототипа от расхода фаз, а на фиг.4 - график зависимости гидравлического сопротивления заявляемой насадки от расхода фаз.

Предлагаемая пакетная вихревая насадка работает следующим образом. В рабочем режиме, когда фазы движутся противотоком, образуются интенсивные вихревые движения за счет взаимодействия газа и жидкости внутри вихревой ячейки, что приводит к высокой турбулизации фаз и созданию развитой межфазной поверхности, большей, чем создают известные пакетные насадки. Это происходит, во-первых, из-за завихрителей, а во-вторых, из-за регулярной шероховатости или перфорации на стенках ячеек. Данное вихревое движение характеризуется огромными скоростями сдвига, которые позволяют резко интенсифицировать тепломассообменные процессы, а также резко понизить эффективную вязкость улавливающей суспензии в процессе пылеулавливания, что влечет за собой значительное повышение кпд процесса. Характер взаимодействия газа с жидкостью носит вид, при котором не происходит резкого роста гидравлического сопротивления в рабочем диапозоне плотностей орошения и скорости газа. Форма ячейки такова, что практически не дает возможности прямого попадания жидкости в нее, а также внутри ее образуется вихрь, движение которого поддерживается в основном за счет энергии газового потока, расход которой невелик. Образующиеся капли внутри ячейки тут же отбрасываются к стенкам, смоченным стекающей жидкостью, поэтому внутри ячейки преобладает пленочное течение жидкости, которое обладает наименьшим гидравлическим сопротивлением из всех возможных течений. Подобная форма ячейки наделяет насадку сепарационным эффектом, что приводит, даже при высоких параметрах вихревого движения внутри ячейки, к резкому снижению брызгокапельного уноса. Конфигурация и форма завихрителей, а также образующихся при этом боковых окон такова, что даже при смоченных поверхностях не происходит поджатие газового потока ни на входе в ячейку, ни внутри нее, ни на выходе, а только изменение направления его движения. Форма ячейки приводит к разделению потоков на входе и выходе из нее на равные части, каждая из которых поступает в соседние ячейки следующего пакета, тем самым достигается изотропность потоков по диаметру аппарата. Отсутствие прямолинейных каналов вдоль вертикальной оси снижает вероятность проскока больших газовых пузырей.

Таким образом, из представленных графиков следует, что при одинаковых расходах фаз заявляемая пакетная вихревая насадка обладает меньшими энергетическими затратами, выражаемыми через гидравлическое сопротивление. Также из графиков видно, что характеристика гидравлического сопротивления у заявляемой пакетной вихревой насадки более удобна для работы насадочной колонны и резко не растет при повышенных расходах фаз.

Формула изобретения

1. Пакетная вихревая насадка для тепло- и массообменных аппаратов, состоящая из множества одинаковых ячеек прямоугольной формы, соединенных между собой в единый пакет, при этом стенки каждой ячейки смещены относительно друг друга по вертикали, перекрывая фронтальную щель на входе в ячейку за счет загнутых внутрь окончаний, образующих завихритель, отличающаяся тем, что на выходе газового потока из ячейки окончания обеих стенок также выполнены загнутыми внутрь ячейки, перекрывая фронтальную щель и образуя второй завихритель.

2. Пакетная вихревая насадка по п. 1, отличающаяся тем, что поверхность каждой ячейки полностью или частично покрыта регулярной шероховатостью и/или перфорацией любой формы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4