Насадка для тепломассообменных аппаратов

 

Изобретение относится к насадкам тепломассообменных аппаратов для систем газ (пар) - жидкость для проведения процессов абсорбции, десорбции, ректификации, увлажнения и осушки газа в химической, нефтехимической и смежных отраслях промышленности. Цель изобретения - интенсификация тепломассообмена, снижение металлоемкости и улучшение технологичности изготовления. Насадка содержит два установленных под прямым углом друг к другу полуцилиндра 1 с продольными щелями, разделяющими их поверхность на пластины дугового профиля с закругленными углами, и перегородку, соединяющую полуцилиндры между собой. Пластины дугового профиля выполнены из двух сопряженных между собой элементов с разными радиусами кривизны. Элемент 6 с меньшим радиусом кривизны сопряжен с перегородкой. Пластины дугового профиля и перегородка могут быть выполнены перфорированными. 1 з.п.ф-лы, 3 ил., 1 табл.

(51) 4 В 01 D 53/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И Д BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Сд 1йт + ,Щ 1 фф g СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ вЂ” — РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (2i ) 4331515/31-26 (22) 23.11.87 (46) 15.08.89. Бюл. N9 30 (71) Горьковский политехнический институт им, А.А.Жданова (72) Л,А.Бахтин, В.М.Ульянов, В.И.Чичеткин, Ю.Д,Степанов и В.И,Осокин (53) 66.074.513.05 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 709144, кл. В 01 D 53/20, !973.

Авторское свидетельство СССР

9 696654, кл. В 01 D 53/20, 1978.

Авторское свидетельство СССР

Р 1011207, кл. В 01 D 53/20, 1981. (54) НАСАДКА ДЛЯ ТЕПЛОМАССООБМЕННЫХ

АППАРАТОВ (57) Изобретение относится к насадкам тепломассообменных аппаратов для систем газ (пар)-жидкость для проведения процессов абсорбции,десорбÄÄSUÄÄ 1500351 А ) 2 ции,ректификации, увлажнения и осушки газа в химической, нефтехимической и смежныхотраслях промышленности. Цель изобретения — интенсификация тепло-. массообмена, снижение металлоемкости и улучшение технологичности изготовления. Насадка содержит два установленных под прямым углом друг к другу полуцилиндра 1 с продольными щелями, разделяющими их поверхность на пластины дугового профиля с закругленными углами, и перегородку, соединяющую полуцилиндры между собой. Пластины дугового профиля выполнены из двух сопряженных между собой элемен-, тов с разными радиусами кривизны, Элемент б с меньшим раниуссм кривизны ш сопряжен с перегородкой. Пластины дугового профиля и перегородка могут быть выполнены перфорированными. С:

1 з.п.ф-лы, 3 ил., 1 табл.

1 Р (90

180 и

+ P); (4) иг о

----,(90 — 16- ---) .

180 1 2 (5) из выражения (фиг. 1) cb

Угол 3 находят

sin P

R-r

1= "

180 r

R-r (6) R

И

1800 0

Откуда

180 О

1= — ——

6 к (7) 55 и — 90, 80о R Г о

+ ---, 90

180 r ) +

К-г

180 r 90 У1

3 1500351

Изобретение относится к насадкам тепломассообменных аппаратов для систем газ (пар)-жидкость, обеспечивающих проведение процессов абсорбции, десорбции, ректификации, увлажнения и осушки газа в химической, нефтехимической и смежных отраслях промышленности.

Цель изобретения — интенсификация процессов тепломассообмена за счет увеличения удельной поверхности и улучшения омываемости внутренних поверхностей, снижение металлоемкости и улучшение технологичности изготовления, На фиг. 1 показана насадка, общий вид; на фиг. 2 — то же, вид слева; на фиг. 3 — то же, вид сверху.

Насадка содержит два установлен- 20 ных под прямым углом друг к другу полуцилиндра 1 с продольными щелями

2, разделяющими их поверхность на пластины 3 дугового профиля. Между полуцилиндрами размещена квадратная 25 перегородка 4, соединяющая между собой пластины дугового профиля, которые выполнены из двух сопряженных между собой элементов 5 и 6 с разными радиусами кривизны. Элемент 6 с 30 меньшим радиусом кривизны сопряжен по касательной с перегородкой 4. На всех углах пластин дугового профиля выполнены срезы 7 в виде плавных закруглений, при этом радиусы кривиз- „, ны элементов пластин определяются по формулам:

R = 0,6 а + 0,23 Р; (1)

r = 0,1 a + 0,23 Р; (Z) где а — сторона перегородки, 40

R, r — больший и меньший радиусы кривизны элементов пластин дугового профиля; ширина щели.

Пластины дугового профиля с торцовых концов иолуцилиндров имеют свободные зоны 8, улучшающие смачиваемость внутренних поверхностей насадки.

Пластины 3 дугового профиля и пере городка 4 могут быть выполнены пер50 фориро ванными.

Заготовка насадки имеет крестообразную форму, основание и пластины которой представляют собой одинаковые квадраты o стороной а, 11pH ".л Зготовлении таких заготовок из листа ме,, дом штамповки отходы материала практически отсутс твуют, что обеспечивает материалосбережение.

Насадка работает следующим обра— зом.

Элементы насадки загружают в аппарат внавал и размещают на опорной решетке, Газ подают в аппарат снизу под решетку. Жидкость подают на слой насадки сверху. Перемещаясь сверху вниз, жидкость смывает поверхность элементов насадки, контактирует с газом, движущимся противотоком. При этом между газом и жидкостью протекают процессы тепломассообмена.

При изготовлении насадки пластина крестообразной заготовки со стороной квадрата а загибается по линии cbn (фиг,1), образуя пластину дугового профиля.

Отсюда следует, что

cb+bn = а. (3)

Длины дуг секторов cb и Ъп равны:

При малых углах P, что имеет место в данном случае, sin P "- P

Следовательно, Так как ширина щели о значительно меньше длины дуги полуцилиндра и угол <((1), с достаточно высокой точностью можно считать, что g равна длине дуги, опирающейся на угол 1Г

Тогда

Подставляя выражения (4), (5),(6) и (7) в равентсво (3), получают

1500 351

b или, --.— R + г г- --- — а = 0

2 2 г (8) При малых значениях угла (когда

cos P близок к единице) можно записать приближенное равенство (9) R-r — 0,5а = О.

Решая совместно уравнения (8) и (9), получают формулы для расчета радиусов секторов (1) и (2).

При изготовлении заготовки предлагаемой неперфорированной насадки отходы материала практически отсутствуют. В то же время при изготовлении заготовки неперфорированной без косых срезов насадки-прототипа отхое ды материала составляют 9,8%.

Интенсивность тепломассообменных процессов зависит не только от чисто геометрической поверхности, но и от смоченной поверхности, от степени омываемости внутренних поверхностей насадки. Смоченная поверхность, степень омываемости внутренних поверхностей, при прочих равных условиях зависит от конструкции элемен-. тов насадки.

Срезы выполнены на углах пластин дугового профиля по одну сторону от

1перегородки, поэтому проницаемость жидкости внутрь насадки через вырезы имеет место при определенном ее расположении (вырезами вверх).

Основным способом улучшения .смачиваемости в данной конструкции является наличие четырех эон 8, расположенных с торцовых. сторон полуцилиндров.

Этот способ эффективен и не сопровождается уменьшением удельной поверхности и увеличением отходов материала при изготовлении насадки.

Сравнивают неперфорированные предлагаемую насадку при а=50 мм и

= 5 мм и насадку-прототип. Предлагаемая насадка имеет следующие размеры:

r= 6,15 мм; R = 31,15 мм. Выраженное в процентах отношение поверхностей открытых зон 8 к поверхности полуцилиндров, характеризующее степень проницаемости предлагаемой неперфорированной насадки для жидкости, Р = 24,3%. Для насадки-прототипа P отношение площади вырезов с помощью

40 ным с перегородкой и закруглениями

:на всех углах пластин дугового профиля, выполнениЕ размеров насадки по предлагаемым формулам увеличивает

4> удельную поверхность, улучшает омываемость (смачиваемос ть) внутренних поверхностей, что обеспечивает повышение интенсивности процессов тепломассообмена, уменьшает отходы мате, риала при изготовлении насадки, что обеспечивает материалосбережение и улучшает технологичность изготовления. 3

35 косых срезов и щели между пластинами дугового профиля к площади полуцилинпров.

В таблице приведено сопоставление характеристик насадки по предлагаемому решению с насадкой-прототипом при R = 31,15 мм, 1 = 5 мм с косыми срезами под максимально рекомендуемым углом, равным 70

Данные таблицы показывают, что при изготовлении предлагаемой неперфорированной насадки отходы, связанные с выполнением срезов на углах пластин дугового профиля в виде плавных закруглений, незначительны по сравнению с отходами при изготовлении насадки-прототипа. Удельная поверхность предлагаемой насадки на

9% больше, чем у известной.

Проницаемость для жидкости предлагаемой насадки, а следовательно, смачиваемость (омываемость) внутренних поверхностей также превосходят соответствующие характеристики известной насадки.

В предлагаемом решении открытые зоны 8 и срезы на углах пластин gyroвого профиля имеются с обеих сторон перегородки, поэтому проницаемость жидкости внутрь насадки, улучшение смачиваемости (омываемости) ее внутренних поверхностей достигается при любой ориентации элементов насадки в аппарате.

Таким образом, выполнение пластин дугового профиля из двух сопряженных между собой элементов с раэными радиусами кривизны, выполнение элемента с меньшим радиусом кривизны сопряженФормула изобретения

1. Насадка для тепломассообменных аппаратов, содержащая два установленных под прямым углом друг к другу

1500351

Тип насадки

Отходы материала, %

19,8 4 78 а

Прототип ми вверх

Ф

1"„— удельная поверхность. полуцилиндра с продольными щелями, разделяющими их поверхность на пластины дугового профиля со срезами в одном из полуцилиндров, и перегородку, соединяющую их между собой,. отличающаяся тем, что, с целью интенсификации процессов тепломассообмена за счет увеличения удельной поверхности и улучшения омываемости внутренних поверхностей, снижения металлоемкости и улучшения технологичности изготовления, пластины дугового профиля выполнены из двух сопряженных между собой элементов с разными радиусами кривизны, эле мент с меньшим радиусом кривизны

Предлагаемая 1,0 5 23 а сопряжен с перегородкой, срезы вы.полнены в виде закруглений всех углов пластин дугового профиля, при

5 этом радиусы кривизны элементов пластин определяются по формулам

R = О,ба + 0,239, r = 0,1а + 0,233, где а - сторона перегородки, R, r — больший и меньший радиусы кривизны элементов пластин дугового профиля;

3 — ширина щели.

2. Насадка по п. i, о т л и ч а ю5 я с я тем что пластины дугово

ro профиля и перегородка выполнены перфорированными.

1 арактеристика проницаемости жидкости внутрь насадки

P Е Положение насадки при максимальной проницаемости

24,3 При любой ориентации насадки

11,б При ориентации выреза,500351

Фигз

Составитель А.Сондор

Техред М.Дидык

Корректор М. 1!!ароши

Редактор А.Лежнина

Заказ 4798/10 Тираж 600 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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