Регулярная насадка для тепло-массообменных аппаратов
Владельцы патента RU 2480273:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ)" (RU)
Изобретение предназначено для тепло-массообмена. Регулярная насадка выполнена в виде секций, установленных в несколько ярусов по высоте аппарата, собранных из параллельно уложенных в ряды наклонных пластин, расположенных в шахматном порядке. Каждые две пластины соединены посредством стержня с образованием «V» образного элемента. Поверхность каждой пластины выполнена из держащих форму лавсановых мононитей в виде сетки. Острая кромка профиля ориентирована навстречу газовому потоку, а концы пластин навстречу потоку жидкости. Пластины в соседних по высоте рядах расположены со смещением друг относительно друга по горизонтали на величину, равную 0.1-1.0 ширины элемента насадки. Шаг элементов насадки в каждом ряду равен 1.0-2.0 ширины элемента насадки. Высота элемента насадки составляет 2.0-5.0 его ширины. Элементы насадки секции в аппарате прямоугольного сечения расположены под углом 90° относительно элементов насадки в соседних секциях. Элементы насадки в каждом ярусе аппарата круглого сечения образуют восьмилепестковую конструкцию и в соседних по высоте ярусах смещены относительно друг друга на величину, равную 10-40°. Технический результат: повышение тепло- и массообменной эффективности насадки. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.
Регулярная насадка для тепло-массообменных аппаратов относится к конструкциям регулярных насадок, которые применяются в процессах тепло-массообмена в градирнях при осуществлении испарительного охлаждения воды в замкнутых системах оборотного водоснабжения, абсорбции очистки и осушки природного газа, а также в качестве смесителей жидких и газовых потоков, в качестве контактных элементов в конденсаторах смешения и биофильтрах, и может найти применение в технологических процессах теплоэнергетики, химической, нефтяной, газовой, пищевой и парфюмерной отраслях промышленности.
Известна регулярная насадка в виде секции вертикальных гофрированных листов (SU №1674950, B01D 53/20).
Недостатком таких насадок является ее сравнительно высокое гидравлическое сопротивление при невысокой эффективности.
Наиболее близким по технической сущности и достижения эффекта является регулярная насадка для тепло- и массообменных аппаратов, выполненная в виде секций, собранных из параллельно уложенных в ряды наклонных пластин (HU №166433, кл. B01D 3/00, B01D 3/26, B01F 3/09).
Недостатком таких насадок при коридорном расположении элементов секции является то, что значительная часть реагирующих потоков проходит байпасом по сквозным прямым каналам между соседними элементами, образующими секцию регулярной насадки, что снижает эффективность процессов тепло- и массообмена. В случае шахматного расположения элементов секции эффективность процессов тепло- и массообмена несколько увеличивается, но при этом существенно возрастает гидравлическое сопротивление насадки. К недостаткам такой конструкции также относится недостаточно интенсивная турбулизация контактирующих потоков внутри секции насадки и, как следствие, несущественное повышение эффективности тепло- и массообменных процессов.
Также недостатком известной конструкции является то, что их наибольшая тепло- и массообменная эффективность процесса проявляется при проведении определенных технологических процессов, где гидравлическое сопротивление не является лимитирующим, что ограничивает область их применения.
Задача изобретения - интенсификация процессов тепло- и массообменна в регулярных насадках, при одновременном снижении гидравлического сопротивления.
Технический результат, который может быть получен при использовании данного изобретения, заключается в повышении тепло- и массообменной эффективности регулярных насадок для тепло- и массообменных аппаратов и градирен.
Указанный технический результат достигается тем, что в регулярной насадке для тепло-массообменных аппаратов поверхность элементов выполнена в виде секций, установленных в несколько ярусов по высоте аппарата, собранных из параллельно уложенных в ряды наклонных пластин, расположенных в шахматном порядке, каждые две пластины соединены посредством стержня с образованием V-образного элемента, а поверхность каждой пластины выполнена в виде сетки из держащую форму лавсановых упругих мононитей, причем острая кромка профиля ориентирована навстречу газовому потоку, а концы пластин навстречу потоку жидкости, пластины в соседних по высоте рядах, расположенные со смещением друг относительно друга по горизонтали на величину, равную 0.1-1.0 ширины элемента насадки, а шаг элементов насадки в каждом ряду равен 1.0-2.0 ширины элемента насадки, при этом высота элемента составляет 2.0-5.0 ширины элемента насадки. Элементы насадки секции в аппарате прямоугольного сечения расположены под углом 90° относительно элементов насадки в соседних секциях. А элементы насадки в каждом ярусе аппарата круглого сечения образуют восьмилепестковую конструкцию и в соседних по высоте рядах смещены друг относительно друга на величину, равную 10-40°.
На фиг.1 изображена секция собранных из нескольких рядов по высоте V-образных насадок в шахматном порядке; на фиг.2 - в изометрии показан элемент насадки; на фиг.3 - элементы насадки секции в аппарате прямоугольного сечения расположены под углом 90° относительно элементов насадки в соседних секциях; на фиг.4 показаны элементы насадки в соседних по высоте ярусах. Элементы выполнены со смещением относительно друг друга на величину, равную от 10 до 40° в аппаратах круглого сечения.
Регулярная насадка для тепло-массообменных аппаратов выполнена в виде секции, собранных из параллельно уложенных в ряды V-образных элементов высотой 1, установленных в несколько ярусов по высоте аппарата элементов 2, 3, 4, каждые две пластины соединены посредством стержня (5) с образованием V-образного элемента и расстояние между рядами элементов 2, 3, 4 по вертикали z составляет 0.7 -1.5 высоты элемента насадки, элементы расположены в шахматном порядке со смещением по горизонтали t на величину, равную 0.1-1.0 ширины элемента насадки, а шаг элементов m в каждом ряду равен 1.0-2.0 ширины элемента насадки, причем высота 1 элемента составляет 2.0-5.0 ширины элемента насадки h. А элементы насадки в каждом ярусе аппарата круглого сечения образуют восьми лепестковую конструкцию и в соседних по высоте рядах смещены β относительно друг друга на величину, равную 10-40°.
Регулярная насадка работает следующим образом. Жидкая фаза подается равномерно на верхнюю часть секции, собранных, например, из параллельно уложенных в ряды V-образных элементов, уложенных в горизонтальные ряды 2, 3, 4, и стекает по их поверхностям в виде тонкой пленки и капельных струек жидкости, контактируя с восходящими потоками газа, по свободным косым каналам образованным смещением в параллельных рядах элементов насадки. Таким образом, массообмен между жидкостью и газом происходит в наиболее эффективном капельно-пленочном режиме течения жидкости. Косо направленные каналы, образованные со смещением элементов насадки в соседних параллельных рядах, обеспечивают увеличение пути прохождения контактирующих потоков в объеме аппарата, а также условия для более полного омывания потоками всей поверхности насадки.
Эффективность процесса тепло- и массообменна при этом в исследованном диапазоне нагрузок по газу 0÷3.0 м/с и по жидкости 0÷10.0 м3/(м2·ч) увеличивается до 10%.
Опытным путем установлено, что регулярная насадка в виде секций из многоуровневых групп элементов насадки обладает свойством равномерно перераспределять потоки жидкости по всему поперечному сечению секции насадки, даже при недостаточно равномерной первоначальной раздаче жидкости на входе в секции насадки из-за дефектов водораздающей форсунки аппарата.
Выполнение насадки в виде V-образного профиля позволяет уменьшить гидравлическое сопротивление со стороны воздуха.
Компоновка секции насадки с шагом между соседними элементами насадки в каждом ряду в пределах от 1.0 до 3.5 ширины элемента насадки h обусловлена следующим. Нижний предел - 1.0 h объясняется тем, что дальнейшее сужение «живого сечения» свободных каналов приводит к заметному росту гидравлического сопротивления насадки, что нежелательно. Верхний предел - 3.5 h объясняется тем, что при дальнейшем увеличении шага между соседними насадками в рядах секции существенно снижается удельная поверхность насадки, что также нецелесообразно.
Смещение элементов насадок в параллельных рядах секции насадки в пределах от 0.1 до 1.0 ширины элемента насадки h обусловлено требованиям оптимизации условий для обеспечения максимального эффективности процесса тепло-массообмена при минимальном гидравлическом сопротивлении за счет организации множества взаимодействующих во всем объеме секции регулярной насадки косо направленных каналов для турбулизации потока газовой фазы и увеличения поперечного перемешивания контактирующих потоков.
Выполнение насадки в виде V-образного профиля позволяет дополнительно интенсифицировать тепло- и массообмен на 7-10% в процессах испарительного охлаждения оборотной воды в вентиляторных градирнях.
Предлагаемая регулярная насадка позволяет повысить эффективность на 10-15% в процессах охлаждения жидкостей, абсорбции и т.п. за счет увеличения поперечного перемешивания и турбулизации потоков, проста в изготовлении - отдельные ее V-образные элементы изготавливают методом горячей прессовки.
1. Регулярная насадка для тепло-массообменных аппаратов, выполненная в виде секций, установленных в несколько ярусов по высоте аппарата, собранных из параллельно уложенных в ряды наклонных пластин, расположенных в шахматном порядке, отличающаяся тем, что каждые две пластины соединены посредством стержня с образованием «V» образного элемента, а поверхность каждой пластины выполнена из держащих форму лавсановых мононитей в виде сетки, причем острая кромка профиля ориентирована навстречу газовому потоку, а концы пластин навстречу потоку жидкости, пластины в соседних по высоте рядах расположены со смещением друг относительно друга по горизонтали на величину, равную 0,1-1,0 ширины элемента насадки, а шаг элементов насадки в каждом ряду равен 1,0-2,0 ширины элемента насадки, при этом высота элемента насадки составляет 2,0-5,0 ширины элемента насадки.
2. Регулярная насадка по п.1, отличающаяся тем, что элементы насадки секции в аппарате прямоугольного сечения расположены под углом 90° относительно элементов насадки в соседних секциях.
3. Регулярная насадка по п.1, отличающаяся тем, что элементы насадки в каждом ярусе аппарата круглого сечения образуют восьмилепестковую конструкцию.
4. Регулярная насадка по п.1, отличающаяся тем, что элементы насадки в аппаратах круглого сечения в соседних по высоте ярусах смещены относительно друг друга на величину, равную 10°-40°.
