Регулярная насадка для тепломассообменных аппаратов

 

РЕГУЛЯРНАЯ НАСАДКА ДЛЯ ТЕПЛОМАССООБМЕННЫХ АППАРАТОВ, содержащая цилиндрический корпус с вертикальными зигзагообразными элементами, отличающаяся тем, что, с целью интенсификации тепломасс обмена за счет исключения сквозного проскока паров и многократного изменения движения жидкости и пара, зигзагообразные элементы выполнены в виде труб, установленных вплотную одна к другой по концентрическим окружностяк и снабженных расположенными между ними цилиндрами из металлической сетки, причем угол наклона зигзага к горизонтали составляет 35-75°, & отношение длины колена зигзага к диаметру трубки равно 2-3,5.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

РДРВ01 953 20

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

OO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СНЩ ЕТЕЛЬСТВУ яГfl,! 4H) «b ° а

Ий Лам 1 e "

<а

° Ю

Ь (21) 3460837/23-26 (22) 01. 07. 82 (46) 23.04.84. Бюл. У 15 (72) Н.М.М(аркова, О.Н.Фурса, Н.N.Ñîêîëîâ, В.А.Михайлов, М.Г.Плешков, В.Г.Сульдин, Т.Я.Мухамадеева и Е.Л.Федулова (71) Государственный научно-исследовательский институт химии и тех нологии элементо-органических соединений и Производственное объединение

"Навоиазот" (53) 66.074,513(088,8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 837381, кл. В 01 0 53/20, 1981.,SU„„I 1087162 А (54) (57) РЕГУЛЯРНАЯ НАСАДКА ДЛЯ ТЕП-.

ЛОМАССООБМЕННЫХ АППАРАТОВ, содержащая цилиндрический корпус с вертикальными зигзагообразными элементами, отличающаяся тем, что, с целью интенсификации тепломассообмена за счет исключения сквозного проскока паров и многократного изменения движения жидкости и пара, зигзагообразные элементы выполнены в виде труб, установленных вплотную одна к другой но концентрическим окружностям и снабженных расположенными между ни ми цилиндрами из металлической сетки, 1 причем угол наклона зигзага к горизонтали составляет 35-75, а отношео ние длины колена зигзага к диаметру трубки равно 2-3,5.

1 1087

Изобретение относится к массообменной аппаратуре насадочного типа, предназначенной для ректификации„ особенно вакуумной, многокомпонентных смесей, а также для абсорбции, и

5 может быть использовано в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности.

Известна регулярная насадка для тепломассообменных аппаратов, содержащая цилиндрический корпус с вертикальными зигзагообразными элементами (13.

Недостатками известной насадки являются неэффективный массообмен и невысокая пропускная способность.

Это связано с тем, что в блочной насадке контакт фаэ происходит только внутри каналов„ что приводит к уменьшению удельной поверхности и свободного сечения.

Кроме того„монтаж известной насадки представляет определенные трудности, поскольку добиться полного совпадения отверстий в соседних 25 плитах трудно, а несовпадение этих отверстий, увеличивающееся от плиты к плите, приводит к росту сопротивления и, следовательно, к уменьшению производительности.

ЗО

Цель изобретения - интенсификация тепломассообмена за счет исключения сквозного проскока паров и многократного изменения движения жидкости и пара.

Поставленная цель достигается тем, что в регулярной насадке для тепломассообменных аппаратов, содержащей цилиндрический корпус с вер. тикальными зигзагообразными элементами, зигзагообразные элементы выполнены в виде труб, установленных вплотную одна к другой по концентрическим окружностям и снабженных расположенными между ними цилиндрами из металлической сетки, причем угол наклона зигзага к горизонтали составляет 35-75, а отношение длины колеО на зигзага к диаметру трубки равно

2-3.S.

На фиг, 1 представлена конструкция вспомогательного устройства;

I на фиг. 2 — отдельный элемент насадки — зигзагообразная трубка (где ю угол наклона зигзага к горизонтали, 1- длина колена зигзага, 3 - диаметр трубки); на фиг. 3 — отдельное колено зигзага, где стрелками указано

162 2 направление пара, на фиг. 4 — стахан с насадкой, вид сверху (овалыторцовые сечения трубок), на фиг. 5стакан с насадкой, общий вид (цилинд" ры нз сетки и вспомогательное устрой" ство не показаны), на фиг. 6-8— графики зависимой эффективности насадки от выбранных соотношений.

Насадка состоит из вспомогательного устройства, включающего решетку 1, имеющее близкое к насадке свободное сечение и центральный стержень 2. Вокруг центрального стержня

2 вплотную друг к другу по окружности укладывается первый вертикальный ряд трубок 3, на который одевается цилиндр 4 из металлической сетки. Затем укладывается следующий концентрический ряд трубок 3, который также охватывается цилиндром 4 и т.д. Полученный пакет насадки вставляется в стакан 5, а затем стаканы один над другим устанавливаются в колонну.

Насадка работает следующим образом.

Поднимающиеся иэ куба пары попадают в зигзагообразные каналы тру бок 3, где они многократно изменяют направление своего движения, в результате чего происходит турбулизация как парового, так и жидкост ного потока. При этом контакт поднимающегося пара со стекающей вниз жидкостью происходит не только на внутренней поверхности трубок 3, но и на наружной их поверхности, а также на сетке цилиндров 4, что приводит к увеличению эффективности разделения.

Благодаря такой конструкции массообмен происходит как на внутренней, так и на наружной поверхностях, а также на цилиндрах из металлической сетки, что приводит к увеличению поверхности контакта. Наличие цилиндров, кроме того, улучшает распределение жидкости н облегчает сборку насадки.

Предлагаемая насадка позволяет добиться хорошей турбулизации фаз и, следовательно, эффективного массообмена, благодаря большому количеству изгибов зигзагообразных каналов.

Отношение длины колена зигзага 2 к диаметру трубки D и величина угла наклона Ы- должны быть такими, чтобы полностью отсутствовали сквозной проскок паров. Положительный эффект

10871

3 обеспечивается в интервале изменения величины угла cL от 35 до 75 .

Увеличение величины угла выше 75

° уменьшает число зигзагов каналов, т.е. ухудшает массообмен, а уменьшение вели- 5 чины угла ниже 35 нецелесообразно из конструктивных соображений, поскольку технологически трудно изготовить трубку с крутыми изгибами.

Для достижения отсутствия сквоз" 10 ного проскока паров минимальное отношение длины колена зигзага к диаметру трубки лри величине угла

aL= 35 составляет 2, а при величине с = 75 — 3,5. Уменьшение соотно- 15 о шения приводит к проскоку паров, а увеличение — удлиняет колено зигзага, что приводит к ухудшению массообмена.

Исследования проводили на ректификационной колонне высотой 650 мм 20 с использованием смеси четыреххлористый углерод — бензол, которая обычно используется для изучения различных характеристик массообменных устройств — насадок и тарелок. 25

Во всех опытах скорость пара составляла 0,2 м/с. Данные по зависимости эффективности насадки h от велиТ чины отношения E/д в интервале

1,25-5,0 для четырех углов: 35, 45, 60о и 75 представлены в табл. 1 и на фиг, 6, откуда видно, что величина 6 /c1 оказывает значительное влияние на эффективность насадки и, причем для каждого изу- з5 ченного угла существует вполне определенное отношение 1/д, при котором отсутствует сквозной проскок паров, в результате чего достигается максимальная эффективность насадки. 4Э

Оптимальное значение отношения

t/a легко может быть рассчитано из простых геометрических построений и выражается как 1/Ыпс созс(.. Таким образом, каждому углу соответствует 45 вполне определенное оптимальное значение отношения длины колена 0 к диаметру трубка d . Так, для 45 2,0, для 35 — 2, 15, для 60 — 2,3, для 75 — 3,5. Эта зависимость графи-;0 о чески изображена на фиг. 7.

62 длины колена и уменьшению в связи с, этим числа зигзагов.

Проведенные исследования по влиянию величины отношения на эффективность насадки подтвердили хорошую согласованность экспериментальных и расчетных данных.

Каждому углу соответствует одно, вполне определенное оптимальное значение отношения 3 /З, определяемое из выражения .1/зind-совg . Иначе может сложиться мнение, что величина отношения 0/4 изменяется в пределах от 2 до 3,5 для любого угла Ы, тогда . как это относится ко всему интервалу величин углов от 35 до 75.

Данные по зависимости эффективности насадки и z от величины угла g при оптимальном отношении 0/с7 представлены в табп. 2 и на фиг. 8, откуда видно, что эффективность предлагаемой насадки существенно зависит от угла al и в интервале 35 -75О она выше по сравнению с известной, для которого число теоретических ступеней разделения не превышает 6-7 на

1 м. Установлено, что при уменьшении угла ниже 35 эффективность резко о падает в связи с появлением захлебы вания жидкости в углах зигзага трубки, Уменьшение эффективности при угле более 75 объясняется сущесто венным спрямлением загзага и появлением сквозного проскока паров.

Предлагаема.л насадка, в отличие от насадки спиральный зигзаг " изготовляется из тонкостенных трубок, что приводит к увеличению свободного ,сечения насадки пржчерно на 152, т.е. к уменьшению сопротивления и увеличению производительности аппарата.

Верхние и нижние торцы трубок должны быть строго горизонтальны.

Трубки могут быть изготовлены из лoáoro материала — металла, керамики, стекла и т.д. — в зависимости от физико-химических свойств разделяемой жидкости.

При меньших или больших значениях

8/д по сравнению с оптимальным происходит резкое снижение эффективности, так как уменьшение отношения

3/8 приводит к сквозному проскоку паров, а увеличение — к возрастанию

Преимуществами предлагаемой регулярной насадки являются наличие контакта фаз как на внутренней, так и на наружной поверхностях трубок, а также на цилиндрах из металлической сетки, что увеличивает поверхность контакта и, в конечном

1087162 итоге, эффективность разделения и воэмжность использования тонкостенных трубок, что увеличивает свободное сечение и, следовательно, производительность процесса.

Т а б л и ц а 1

27,5

37,8

1,25

34

27,5

43,4

8,0

25,8

2,15

21

27,5

40,1

6,2

3,50

27,5

27,5

3,5

7,1

35 5

41,8

5,00

1,25

27,5

13,8

54,0

24 2, 00

10,5

48,03

27,5

30

2,50

27,5

29,5

5,2

l,9

38,45

32,9

12

5 00

1,25

29,5 47,6

9,1

27,6

2,30

29,5

40, 18

6,2

42

3 50

29,6

27,5

36,4

33,02

4,0

2,0

5,00

1,25

3,9

36,22

27,5

30

2,50

7,5

27,5 42,5

3,50

3,2

35,08

27,5

5,00

Т а б л и ц а 2

Величина угла о,о

Количество

Концентрация CCZ

Mg JI ° % пт на

1 м зигзагов на 1 и

В кубе В головке

2,3

35

32,5

1,35

35

27,5

43,4

8,00

2,00

29

27,5

54 0

13,80

2,30

20

27,5

47,6

9,10

3,50

13

27,5

42,5

7,50

Оптимальное отношение

Длина колена зигзага,2, мм

Использование регулярной насадки дает следующий эффект: сокращение продолаительности процесса, уменьшение потерь продукта, улучшение ка5 честна выпускаемых продуктов.

1087162

1087162

10871б2

Заказ 2524/4

Тираж 682

Со(талитель

Редактор Г. Болкона Техред T,Öóá : ò:.„

ВВИИПИ Государственного,:::,:;г..оr,. по делам изобретений и;: кр .

1 I 3035 Москва. Ж--35 Ра; и:сг .я

Филиал ППП "Патент", r. Ужгоро,:. ..::., П-,:о::;;.и::

) ! !