Регулярная насадка

Регулярная насадка

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к регулярным насадкам для тёпломассообменных аппаратов с пленочно-капельным течением жидкости и позволяет расширить диапазон устойчивой работы насадки и повысить эффективность тепломассообмена путем улучшения условий контактирования взаимодействующих фаз на нижних поверхностях лепестков . Регулярная насадка состоит из плоскопараллельных вертикальных листов 1 с выполненными в них продольными зубчатыми отверстиями 2, которые расположены вертикальными рядами в шахматном порядке в смежных рядах. Верхние и нижние горизонтальные края каждого отверстия имеют выступающие зубья 3, расположенные симметрично попарно один напротив другого. Вертикальные края отверстий имеют посередине по одному выступу 4. Над отверстиями расположены лепестки 5 Каждый лепесток по продольной оси имеет просечки, промежутки между которыми изогнуты вниз и образуют V-образные зубчатые выступив, зубьям отверстий соответствуют зубчатые впадины лепестков, 1 з.п.ф-лы. 10 ил. сл

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю В 01 J 19/32

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4605285!26 (22) 15.11.88 (46) 07.05.91. Бюл. %17 (71) Киевский технологический институт пи-. щевой промышленности (72) А.С.Марценюк (53) 66.074.513 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1291191, кл. В 01 О 53(20, кл, В 01 J 19/32, 1985, (54) РЕГУЛЯРНАЯ НАСАДКА (57) Изобретение относится к регулярным насадкам для тепломассообменных аппаратов с пленочно-капельным течением жидкости и позволяет расширить диапазон устойчивой работы насадки и повысить эффективность тепломассообмена путем улучшения условий контактирования взаимодейству-.

„„ЯЦ „„1646593 А1 ющих фаз на нижних поверхностях лепестков. Регулярная насадка состоит из плоскопараллельных вертикальных листов 1 с выполненными в них продольными зубчатыми отверстиями 2, которые расположены вертикальными рядами в шахматном порядке в смежных рядах. Верхние и нижние горизонтальные края каждого отверстия имеют выступающие зубья 3, расположенные симметрично попарно один напротив другого.

Вертикальные края отверстий имеют посередине по одному выступу.4. Над отверстиями расположены лепестки 5. Каждый лепесток по продольной оси имеет просечки, промежутки между которыми изогнуты вниз и образуют V-образные зубчатые выступы 8, зубьям отверстий соответствуют зубчатые впадины лепестков. 1 з,п,ф-лы, 10 ил.

1646593

Изобретение относится к конструкции регулярных насадок.для тепломассообменных аппаратов с пленочно-капельным течением жидкости и может быть использовано для проведения различных процессов: абсорбции, ректификации, дистилляции, дезодорации, обработки воздуха различными растворами, тепловлажностной обработки воздуха и др.

Цель изобретения — расширение диапазона устойчивой работы насадки и повышение эффективности тепломассообмена путем улучшения условий контактирования взаимодействующих фаз на нижних поверхностях лепестков.

На ф г,1 изображена предложенная насадка; на фиг,2 — вид А на фиг. l (верхний ряд лепестков насадки); на фиг.3 -- вид Б на фиг.l; на фиг.4-отдельный лепесток в аксонометрической проекции; на фиг.5 — лепесток до выполнения в нем прогиба с образованием V-образных зубчатых выступов; на фиг.б — лепесток с перфорациями, контуры которых лежат на линии, соединяющих края зубчатых впадин; на фиг.7 — вариант листа насадки с нечетным числом пар зубьев в отверстиях; на фиг.8 — вариант листа насадки с отверстиями, расположенны ми вертикальными рядами; на фиг.9— смачивание нижней поверхности лепестков насадки при формировании; на фиг.10 — то же, при подвисании капель жидкости на. нижних краях V-образных зубчатых выступов лепестков.

Регулярная насадка. состоит из плоскопараллельных вертикальных листов 1 с выполненными в них продолговатыми зубчатыми отверстиями 2, которые расположены вертикальными рядами в шахматном порядке в смежнь1х рядах, На фиг.l правое нижнее отверстие показано без лепестка. Верхние и нижние горизонтальные края каждого отверстия имеют выступающие зубья 3, расположенные симметрично попарно друг напротив друга. Между зубьями и вертикальными краями отверстий имеются зазоры I.

Вертикальные края отверстий имеют посредине по одному выступу 4, углубленному внутрь отверстий на величину зазора! между краем отверстия и задним зубом.

Шаг зубьев t3 укладывается целое число раз в шаге отверстий, Поэтому, несмотря на то, что отверстия в горизонтальных рядах сдвинуты, зубья всех рядов отверстий располбжены друг под другим. Над отверстиями расположены лепестки 5, отогнутые под прямым углом к плоскости листов по линии верхних горизонтальных краев отверстий.

Каждый лепесток на продольной оси симметрии 6 имеет просечки 7 (фиг.5), пра20

35 межутки между которыми прогнуты вниз и образуют V-образные зубчатые выступы 8 (фиг.4). Просечки (перфорации) лепестков имеют правильную геометрическую фоаму относительно продольной и поперечной ос8А. Внешние контуры заготовки козырьков до прогибания промежутков между просечками (фиг.5) повторяют внутренние контуры зубчатых отверстий. Зубьям 3 отверстий соответствуют зубчатые впадины 9 лепестков. Согласно фиг.4 и 5 в лепестке вдоль продольной оси б выполнены просечки 7 ромбической формы, расположенные между зубчатыми впадинами 9 и ориентированные так, что противоположные вершины ромбов лежат на продольной аси симме<рии 6, После прогибания вниз промежутков между ромбическими высечками вдоль продольной оси лепестков образуются V-образные зубчатые выступы 8, расположенные напротив впадин боковых краев лепестков и одновременно вертикальными рядами друг под другом, .

Просечки между зубчатыми впадинами лепестков можно выполнять так, чтобы их контуры. лежали на линиях, соединяющих края зубчатых впадин лепестков (фиг,б). Целесообразно высоту V-образных зубчатых выступов лепестков hl выполнять равной высоте зубьев отверстий h, т.е, h>=h, Наименьшее число пар зубьев в отверстиях равно двум и может быть увеличена до разумных пределов. С его увеличением возрастает длина отверстий и незначительно увеличивается эффективность насадки, однако вследствиеуменьшения числа перемычек между отверстиями уменьшается жесткость листов насадки..Располагать отверстия в шахматном порядке предпочтительно при четном числе пар зубьев в отверстиях (фиг,l), При нечетном числе пар зубьев отверстия в нижележащих рядах сдвигают на величину, кратную шагу зубьев(фиг.7).

На фиг.8 показан вариант насадки, в котором зубчатые отверстия с лепестками расположены вертикальными рядами, а в междурядьях имеются отверстия 10, имеющие форму равнобедренных треугольников с горизонтальными основаниями, края кото50 рых лежат на линиях, соединяющих контуры крайних зубьев отверстий.

Насадка в аппарате устанавливается так, чтобы V-образные зубчатые выступы лепестков были направлены вниз, и работает

55 в условиях противотака.

Насадка работает следующим образом.

Жидкость подается на верхний торец насадки и стекает вниз, контактируя с движущимся вверх парогазавым потоком, Стекающая вниз равномерно распределенная

1646593 на верхней части листов насадки жидкость на уровне лепестков первого ряда перерас.пределяется: часть жидкости попадает на зубья 3 отверстий, а другая часть попадает на верхние горизонтальные поверхности лепестков 5.

Жидкость, распределившаяся на поверхности.листов, образует на зубьях отверстий стекающие вниз капли или.струйки.

Поскольку зубья всех рядов отверстий расположены друг под другом, по вертикальным рядам зубьев организуется равномерное прерывистое пленочно-капельное течение жидкости, при котором отрывающиеся ат выступающих вниз зубьев капли пролетают промежутки между зубьями, . падают на нижележащие зубья, выступающие вверх, расплющиваются в пленку на вертикальной части листов между зубьями, а затем стекают на нижележащие выступающие вниз зубья, где опять формируются капли, и процесс повторяется, Жидкость, попавшая на верхние горизонтальные поверхности лепестков, стекает в их V-образные зубчатые выступы, перетекает через их кромки на нижние поверхности V-образных выступов и собирается в капли. Поскольку V-образные зубчатые выступы лепестков расположены вертикальными рядами друг пад другам, атарвавшиеся капли падают на верхние поверхности нижних V-образных зубчатых выст пав, опять перетекают на их нижние поверхности и вновь образуют капли, На насадке в целом создается равномерное пленочна-капельнае течение жидкости, осуществляемое и на вертикальных поверхностях листов и на лепестках, заполняющих промежутки между вертикальными листами. При ударах а зубья и а V-образные зубчатые выступы RGnGGTYGB капли дробятся на брызги, образуя завесы на каждом ряде лепестков. В эта время парагаэавый поток, двигаясь вверх между листами насад. ки и обтекая лепестки, тесно контактирует с каплями, брызгами и пленкой жидкости. У вершин Ч-образных эуб;етых выступов лепестков и в местах высечек лепестков образуются вихревые зоны, способствующие более тесному вэаимадействию турбулентных струй газа с поверхностью жидкости.

Важным преимуществам насадки является то, та V-образные зубчатые выступы располагаются па осевым линия лепестков, т.е. па центрам зазоров м æäó парами смежных листов насадки. Поэтому образующиеся на V-образных зубчатых выступах капли и струи жидкости падают па центрам зазоров между листами, чта приводит к тому, чта капли контактируют с "ядром" парагазаваго

50 эффективности тепламассаабмена аказывают условия формирования и падвисания на нижних краях -образных зубчатых выступов лепестков (фиг.9 — 10), Верхние края формирующейся. капли жидкости двигаются вверх на поверхность листа насадки на высоту и, равную высоте капиллярнага поднятия жидкости на поверхность вертикальной пластины, смачиваемасть которой такая же, как и смачиваемасть поверхности насадки, Движение жидкости вверх при фармирава5

\1, 40

45 потока, имеющим более высокую скорость движения, чем периферийные участки, и более высокую концентрацию компонента, участвующего в массообмене.

Кроме того, при "центральном" взаимодействии потоков капли жидкости в значительно меньшей степени отклоняются парогазовым потоком в сторону и точно . падают на нижележащие V-образные зубчатые выступы лепестков, приобретая во время падения необходимое количество кинетической энергии, достаточное для их эффективного расплющивания о верхние поверхности V-образных зубчатых выступов. Это способствует повышению эффективности насадки и позволяет увеличить предельные нагрузки по газу и жидкости, расширив этим диапазон работы насадки.

При ударах о поверхности зубьев и лепестков капли расплющиваются и образуют брызги, которые попадают на вертикальные поверхности листов насадки и поверхности лепестков, смачивая дополнительно всю поверхность насадки, В результате образования брызг непрерывно происходит частичный обмен жидкостью между потоками, стекающими по вертикальной части листов и потоками, стекающими па лепесткам, чта способствует более равномерной обработке жилкасти и интенсифицирует процесс тепламассаабмена. За счет образования множества мелких брызг происходит увеличение поверхности контакта фаэ и более быстрое обновление поверхности жидкости е Mow,енTit образования, полета и расплющивания капель. В образующихся и летящих каплях жидкая фаза перемешивается более интенсивна, чем в стекающей пленке, так как в каплях, не ограниченных твердой поверхностью, происходит более интенсивная циркуляция жидкости, приводящая к лучшему перемешиванию ее слоев, B моменты ударов капель и брызг а твердые поверхности в жидкой и газовой фазах возникают дополнительные пульсации вещества и наблюдается интенсивное перемешивание и разрушение пограничных слоев, препятствующих межфазнаму переносу.

Существенное влияние на повышение

1646593 нии и падвисания капель приводит к смачиванию нижних поверхностей лепестков. Однако хорошее смачивание происходит талька тогда, когда высота V-образных зубчатых выступов лепестков h< не превышает высоты капиллярного поднятия рабочей жидкости по поверхности листов насадки.

Парогазовый поток фронтально набегает на нижние смоченные поверхности лепестков и эффективно взаимодействует с жидкостной поверхностью. Под воздействием гидродинамического напора парогазового потока пленка жидкости дополнительно увлекается вверх и еще лучше смачивает нижние поверхности лепестков. Энергия парагазавага гятака расходуется l10 целевому назначению, т,е. взаимодействует с жидкостью, Павы шаегся эффективность тепломассообмена и улучшается степень использования гидродинамического напора парогазавога потока.

Высота капиллярнага поднятия пленки жидкости по поверхности насадки мажет быть определена экспериментально или па известному уравнению где о ир — коэффициент поверхностного натяжения и плотность-жидкости;

g — ускорение силы тяжести, Поскольку высота зубьев 8 отверстиях лепестков насадки, как и высота Ч-образных зубчатых выступов лепестков, принимается равной высоте капиллярного поднятия жидкости, то для наиболее эффективной работы насадки высота V àáðàýíûõ выступов лепестков должна равняться высоте зубьев отверстий. Если высоту V-образных зубчатых выступов лепестков принять более расчетного значения размера К то ни>княя поверхность лепестков не полностью смачивается жидкостью, чта приводит к бесполезным потерям энергии парагазавога потока, уменьшению работающей поверхности насадки и снижению ее эффективности, При заниженном значении h часть жидкости из лепестков перераспределяется на листы насадки, эjа ухудшает равномерность орошения и снижает эффективность процесса, Правильность положения, что высота

V-образных зубчатых выступов лепестков должна равняться высоте зубьев отверстий, подтверждена экспериментально. В опытах брали насадку с зубчатыми отверстиями, у которой предварительна определяли оптимальную высоту зубьев. Сохранял оптимальную высоту зубьев отверстий, подбирали высагу V-образных зубчатых выступов лепестков, ориентируясь на наименьшее значение высоты единицы переноса массы (ВЕП) для системы этанол-вода. Наилучшие результаты получены, когда высота зубьев

5 отверстий и высота Ч-образных зубчатых выступов лепестков были одинаковыми.

Через просечки в местах прогибов лепестков проходит значительная часть парогазоваго потока, вследствие чего существенно

10 снижается гидравлическое сопротивление насадки.

Для того, чтобы между рядами отверстий с лепестками не возникали потоки байпасирующей жидкости, отверстия распола15 гают в шахматном порядке или сдвигают в

""„oñåäíèõ рядах на величину шаг- зубьев па горизонтали, При этом все зубья и V-образные зубчатые выступы лепестков остаются расположенными друг пад другом, обеспе20 чивая устойчивое и-рладически прерывающееся пленочно-капельнае течение жидкости вниз без нежелательного явления ее самопроизвольного перераспределения.

Предотвратить байпасирование жидка25 сти в междурядьях отверстий можно и при расположении отверстий вертикальными рядами, Для этого в междурядьях зубчатых отверстий выпалнпат отверстия треугольной формы в виде равнобедренных треу30 гальникав (фиг.8) с горизонтальными основаниями, причем контуры оснований этих треугольников лежат на линиях, соединяющих контуры крайних зубьев соседних по высоте отверстий. Таким образом, при опи35 санном выполнении насадки жидкость, попадающая вследствие разбрызгивания в междурядья отверстий и стекающая в виде байпаслрующих пленок или струек, встретив на своем пути треугольные отверстия, 40 отклоняется от вертикальнага течения в междурядьях и возвращается B патаки с организованным течением, стекающие B виде отдельных капель или струй. Предполагается, чта эффективность тепламассаабмена

45 насадки на 20 — 25оу; выше, чем известной, Насадка довольно проста в изготовлении и может быть получена штамповкой плоских листов с последующим атгибанием лепестков в горизонтальное положение.

50 Все лепестки насадки отогнуты в одну и ту же сторону плоскости листа и при сборке насадки стыкуются са смежными листами, одновременна выполняя роль дистанционных элементов. Это облегчает сборку листов

55 в пакеты, а также позволяет монтировать насадку в аппарате отдельными листами, устанавливая их вплотную друг к другу.

Оармула изобретения

Регулярная насадка, содержащая пгаск0параллельные вертикальные листы с 1646593 расположенными горизонтальными рядами и в шахматном порядке продолговатыми зубчатыми отверстиями с лепестками, отогнутыми под прямым углом по линии верхних краевотверстий,отлича ющаяся 5 тем, что, с целью расширения диапазона устойчивой работы насадки и повышения эффективности тепломассообмена путем улучшения условий контактирования фаэ на нижних поверхностях лепестков, лепестки 10 по осевой линии имеют просечки правильной геометрической формы, промежутки между которыми прогнуты вниз и образуют

Ч-образные зубчатые выступы напротив зубьев отверстий, при этом все Ч-образные зубчатые выступы лепестков насадки расположены друг поддругом, 2, Насадка поп.1, отл ича ю щая с я тем, что высота V-образных зубчатых выступов лепестков равна высоте зубьев отВерстий.

1646593

Фиг 7

J1El7есток

Пленка жидкости

Утолщение жидкости о юо олыь и период образабания капли

Пленка жидкоптт

Паддисающая калля

ПЯЗ ОВс зодыи поlт1ОХ

Составитель З.Александрова

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор О.Кундрик

Редактор M.Êåëåìåø

Производственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 1361 Тираж 331 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, R-35, Раушская наб., 4/5