Тепломассообменный аппарат

 

Изобретение относится к аппаратурному оформлению процессов тепломассообмена и является усовершенствованием известного устройства. Целью изобретения является повышение эффективности работы аппарата за счет наличия второй зоны контакта фаз. Трубы снабжены контактными элементами в виде тел обтекаемой формы, прикрепленных пружинами на струнах и размещенных с зазором относительно внутренней поверхности труб и на расстоянии друг от друга, при этом элементы установлены с возможностью осевого вращения, а на их наружной поверхности под острым углом к оси выполнены канавки. 6 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

PEСПУБЛИК (51)5 В 01 D 3/28

ГОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTKPblTI4RM

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ () ()

О, фъ.

4 о (61) 1459686 (2 1) 4750350/2 6 (22 04.08,89 (46) 15.08.91, гюл. ¹ 30 (71j Горьковский полигехнический институт (72) В,M.Кось рев. Л.А.бахтин и И.А.Юрченко (53) 6f: 5.23.05(088.8) (56) Ае, орское свидетельство СССР № 1459686, кл. B 01 О 3/28, 1987, (541 ТЕПЛОМА СООВ1ЧЕН НЫЛ АППАРАТ (57) Изобретение относится к аппаратурному оформлению процессов гепломассообИзобретение относится к аппаратному оформлению тепломассообмена в системе газ — жидкость и может быть использовано для проведения теплонапряженных процессов абсорбции и осушки газа в химической, нефтехимической и смежных отраслях промыLIJëåнности. В частности, эффективное использование устройства возможно в производстве серной кислоты на стадии абсорбции триоксида серы. Изобретение является усовершенствованием известного устройства по авт.св. № 1459686.

Целью изобретения является повышение эффективности работы эа счет наличия второй эоны контакта фаз.

На фиг.1 показан продольный разрез аппарата; на фиг.2 — контактная труба с дополнительными контактными элементами; на фиг.З вЂ” вариант исполнения элементов обтекаемой формы, в виде пирамиды; на фиг.4 — то же, в виде двойной пирамиды, на фиг.б — то же, в виде шара; на фиг.б — то же, в виде шара с канавками.

ЯЫ 1669476 А2 мена и является усовершенствованием, известного устройства. Цельк изобрегения является повышение эффективнс ти работы аппарата за счет наличия второй зоны контакта фаз. Трубы снабжены контактными элементами в виде тел обтекаемой формы, прикрепленных пружинами на струнах и размещенных с зазором относительно внутренней поверхности труб и на расстоянии друг от друга, при этом элементы уста»овлены с возможностью осевого вращения, а на их наружной поверхности под ос Tpt,it/ углоь1 к оси выполнены канавки. б ил.

Тепломассообменный аппарат включает вертикальный корпус 1, содержащий контактные трубы 2, закрепленные в 1рубных решетках 3 и 4, средства подачи жид;ости к ним, например форсунку 5, которая ус1ановлена в распределительной камере б над распределителями жидкости 7. Распределители 7 плотно вставлены в верхние части труб 2, а к ним прикреплены через пружины 8 струны 9, на которых установлены дополнительные контактные элементы

10, выполненные в виде тел обтекаемой формы с зазорами 11 относительно внутренней поверхности труб 2, например, в виде капли, шара, усеченной пирамиды.

Друг от друга элементы 10 расположены на расстоянии, не превышающем длину участка гидродинамической стабилизации. Это расстояние выдерживается с floMGLIlblo установочных втулок 12. В нижней части трубы

2 струна 9 прикреплена к пластине 13. На наружной поверхности тела 10 обтекаемой формы выполнены под острым углом к оси канавки 14 (фиг.б). Аппарат установлен на

1669476

45

55 сборнике-сепараторе 15, в котором размещена обечайка 16 с косой нижней кромкой.

Тепломассообменный аппарат снабжен патрубками 17 и 18 для входа и выхода газа, 19 и 20 — для входа и выхода жидкости, 21 и

22 — для входа и выхода теплоносителя.

Для входа жидкости он имеет две вер икальные тангенциальные щели 23. Пластины 13 нужны в основном при транспортировке аппарата.

Выполнение на поверхности контактных элементов канавок под углом к оси позволяет придать телам обтекаемой формы вращательное движение вокруг их оси, что повышает устойчивость этих тел в скоростном обтекающем газожидкостном потоке и придает ему наряду с поступательным и небольшое вращательное движение, что приводит к более интенсивному обновлению поверхности контакта фаз, вызванному более энергичным возвратом капель жидкости в стекающую по трубе пленку за счет возникающей центробежной силы.

Тепломассообменный аппарат работает следующим образом.

Жидкость по патрубку 19 подводится к форсунке 5, которая распыливает ее по сечению камеры 6 с образованием небольшого уровня над поверхностью трубной решетки 3. Основная часть жидкости из щелей 23, тангенциальными парными струями войдя в полость распределителя 7, пленкой стекает по внутренней поверхности труб 2.

Гаэ по патрубку 17 вводится в верхнюю часть камеры 6. Здесь он взаимодействует с факелом распыла форсунки 5 и далее поступает в трубы 2 аппарата, Благодаря большой скорости газа в них (до 30-35 м/с) обтекание двухфазным потоком элементов

10 сопровождается интенсивными турбулентными пульсациями, брызгоуносом с поверхности пленки и возвратом основной части жидкости в пленку на трубе 2. Газовый и жидкостный потоки интенсивно перемешиваются с образованием развитой поверхности контакта фаз, которая в процессе движения потока постоянно обновляется.

Основную роль в этом процессе играют дополнительные контактные зоны, образованные трубой 2 и элементами 10, Повышение скорости двухфазного потока в зазоре

11 приводит к разрушению пограничного ламинарного слоя в пленке, образованию крупных волн и брызг. Газ в зазорах 11 проходит в наиболее тесное соприкосновение с жидкостью. После прохождения зазора 11 скорость потока снижается, но внесенная в него нестационарность затухает не сразу и в пределах участка гидродинамической стабилизации еще в значительной степени оп5

35 редвляет высокую интенсивность проводимых процессов. Размещенные по всей высоте трубы дополнительные контактные элементы 10 поддерживают интенсивность процессов на постоянно высоком уровне.

Покидая трубы 2, газ и жидкость попадают в сборник-сепаратор 15. Газ выходит иэ обечайки 16 с косой нижней кромкой, огибает обечайку 16 по периметру и выводится из сборника-сепаратора 15 через патрубок 18. Благодаря инерционным силам, возникающим при огибании обечайки 16, капли жидкости осаждаются в нижней части сборника-сепаратора 15. Жидкая фаза выводится из аппарата через патрубок 20, Для отвода (подвода) тепла в межтрубное пространство аппарата подается теплоноситель, для чего исполь уются патрубки 21 и 22.

Изучение влияния контактных элементов в виде тел обтекаемой формы на интенсивность проходящих в контактной трубе процессов выполняли на стенде для исследования теплоотдачи и гидродинамики при нисходящем прямотоке газа и пленки жидкости, Основной элемент стенда — медная труба диаметром 26к2,5 мм высотой 1,86 м.

В верхней ее части размещена распределительная камера диаметром 125 мм. В ней в экспериментальную трубу был вставлен распределитель, который выступал надторцом трубы на 40 мм. Ширина вертикальных питающих щелей 23 составляла 2 мм. В серии опытов А, снятой для сравнения, дополнительные контактные элементы в трубе не устанавливались. В серии опытов Б к нижней кромке перегородки распределителя, как это показано на фиг.2, была закреплена струна, на которой с шагом $ = 100 мм по всей высоте трубы были размещены тела обтекаемой формы из латуни по виду фиг.3 с диаметром основания конуса 10 и углом при его вершине 45О. В этих опытах пластина 13 не устанавливалась.

Стенд оборудован датчиками и приборами для определения среднего коэффициента теплоотдачи а. Для определения температуры внутренней поверхности трубы в восьми сечениях по ее высоте эачеканены термопары ХК, В серии Б тела 10 в трубе размещали так, что они (а значит и зоны максимальной скорости газы и жидкости) не попадали в одно сечение с термопарами.

В распределительную камеру сверху подавали дистиллированную воду и воздух.

Расход фаэ измеряли ротаметрами и диафрагмой, Приведенную скорость газа меня1669476

&оп ли от 0 до 28 м/с, плотность орошения — от

Г = 5,62 10 м /с до 11,0 10 м /с.

Для примера рассмотоим результаты опытов при Г = 5,62 10 м /ч (расход воды

-4

0,134 м /ч). В обоих сериях А и Б в коордиз натах a = f(W) получены качественно схожие зависимости. На первом участке при низких скоростях газа и слабом взаимодействии фаз зависимость практически горизонтальна а д= 5502 Ч/ ; а ь= 5645 И/

Так что интенсивность теплоотдачи в обских случаях находится на одном уровне.

На втором участке при си lbHoM взаимодействии фаз, которое для серии Б наступило раньше (W

=10,5 м/с и Р/крь=8,6M/c), полученчые данные обобщены зависимостями а"д = 52 NP г. г,--1492 W

То е -.ть, в логарифмических координатах обе имеют практически один наклон и параллельны. но аь размещается выше, Это и зет место при сравнительно малом сужег ии в дополнительных контактных элементах, где скорость всего в 1,29 раз больше, чем в серии А или в серии Б на участке ме кду телами . О (причем, на участке трубы менее 1/20 ее длины). Для серии Б при W = 20 м/с,,= 9667 Вт/м К.

Такая интенсивность в серии А отмечена при скорости газа W=25,5 м/с.

Тем самым экспериментально подтверждено, что локальное повышение скорости газа и жидкости, сопровождаемое резким снижением толщины пограничного

5 пристенного слоя, лимитирук>щего интенсивность теплоотдачи, приводит л ощутимому ее приросту. Это справедливо в случ з, когда контактные элементы размещены на расстоянии, не превышающем длины участ10 ка гидродинамической стабилизации.

Положительный эффект от использования изобретения состоит в повышечии эффективности работы теплочассообменного аппарата — в интенсификации проходящих в

15 нем процессов, что достигается при высокой его технологичности, простоте и легкос;и обслуживания.

Формула изобретения

Тепломассообменный аппарат по

20 авт,св, ¹ 1459686, отличающийся тем, что. с целью повышения эффективности работы аппарата за счет наличия второй зоны контакта фаз, трубы снабжены контактными элементами, выполненными в виде тел об25 текаемой формы, прикрепленных пружинами на струнах и размещенных с зазором относительно внутренней поверхности контактных труб и на расстоянии друг от друга, при этом элементы установлены с возмож30 ностью осевого вращения, а на их наружной поверхности под острым углом к их оси выполнены канавки.

1669476

1669476

Уиг. 4 г г

l0 й

Уиг.5

Фиг. Ф

Составитель А, Сондор

Редактор M. Самерханова Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор, Н. Король

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

Заказ 2692 Тирам 416 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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