Тепломассообменная колонна

 

Изобретение относится к конструкциям тепломассообменных насадочных колонн и мджет быть использовано при осуществлении ректификационных и адсорбционно-десорбционных процессов Цель изобретения - повышение интенсивности тепломассообмена за счет вторичного распределения жидкости и создания максимальной активной поверхности контакта фаз. Колонна со стоит из корпуса с расположенными по высоте пакетами насадки из косорифленных листов, шаг и высоту гофр которых в одних пакетах определяют из соотношения , а в смежных пакетах - из соотношения t(2,5-2,9)h. Одни пакеты выполнены из конструкционного материала, не обладающего свойствами капиллярно-пористых тел, а смежные - из капиллярно-пористого материала . 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s В 01 Л 19/30

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4624449/26 (22) 26.12.88 (46) 07.10,91. Бюл. М 37 (72) А. В. Стыценко, Ю. А, Петров, B. Н, Кривов и В. В. Пушкерев (53) 66.0174(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1101250, кл. В 01 D 3/32, 1984.

Авторское свидетельство СССР

N 1082470,,кл. В 01 D 53/20, 1984. (54) ТЦПЛОМАССООБМЕННАЯ КОЛОННА (57) Изобретение относится к конструкциям тепломассообменных насадочных колонн и может быть использовано при осуществлении ректификационных и адсорбционно-деИзобретение относится к конструкциям тепломассообменных насадочных колонн и может быть использовано при осуществлении ректификационных и адсорбционно-десорбционных процессов.

Цель изобретения — увеличение интенсивности тепломассообмена за счет вторичного распределения жидкости и создания максимальной активной поверхности контакта фаз.

На чертеже представлен колонный аппарт, общий вид; и профиль поперечного сечения гофр косорифленных листов перераспределительных и контактных пакетов.

Тепломассообменная колонна включает корпус 1, коллекторный желоб 2, распреJ делитель 3 желобчатого типа, размещенный на поверхности верхнего перераспределительного пакета

4. Нижерасположенные перераспределительные 4 и контактные 5 пакеты развернуты относительно вышерасположенного пакета на 900.

Вход жидкости (флегмовой и питающей) осу5U 1681924 А1 сорбционных процессов. Цель изобретения — повышение интенсивности тепломассообмена за счет вторичного распределения жидкости и создания максимальной активной поверхности контакта фаз. Колонна состоит из корпуса с расположенными по высоте пакетами насадки из косорифленных листов, шаг и высоту гофр которых в одних пакетах определяют из соотношения

t<2h, а в смежных пакетах — из соотношения т=(2,5 — 2,9)h. Одни пакеты выполнены из конструкционного материала, не обладающего свойствами капиллярно-пористых тел, а смежные — из капиллярно-пористого материала. 1 з.п, ф-лы, 1 ил. ществляется через штуцера 6, а выход жидкости — через штуцер 7, Вход и выход газа (пара) производится через штуцера 8 и 9.

Пакеты насадки укладываются на опорную решетку 10, Перераспределительные 4 и контактные 5 пакеты выполнены из косорифленых листов, причем соседние (смежные) листы имеют противоположный угол наклона гофр р к вертикали.

Тепломассообменная колонна работает следующим образом, Питающая или флегмовая жидкость че- рез штуцера 6 поступает в кольцевой коллектор 2 и в желоба распределителя 3 и по наружным стенкам желобов перетекает на поверхность верхнего перераспределительного пакета 4 — узел кольцевого коллектора с распределителем, размещаемых по высоте колонны, (не показано). В пакете 4 орошающая жидкость перераспределяется отдельными элементарными струйками по впадинам наклонных гофр листов. В пакете

1681924

15

25

35

55

4 происходит перераспределение струек жидкости в радиальном направлении.

В нижерасположенном перераспределительном пакете 4 перераспределение струек жидкости осуществляется по направлению, перпендикулярному радиальному направлению. Как правило, после двух перераспределительных пакетов 4 достигается нужная степень равномерности(80 — 90%) подачи орошающей жидкости на слой пакетов 5. При необходимости повышенной степени равномерности количество перераспределительных пакетов может быть увеличено до трех (средняя часть корпуса 1 колонны) и более. Из нижнего перераспределительного пакета 4 струйки жидкости, равномерно перераспределенные по всему поперечному сечению колонны, перетекают практически на каждыи локальный элемент верхнего контактного пакета 5. Благодаря рациональному выбору конструктивно-геометрических параметров пакетов 5 их поверхность полностью покрыта пленкой орошающей жидкости, причем линии тока практически не отклоняются от вертикали. За счет этого в контактном слое насадки обеспечивается наиболее активная поверхность контакта фаз, По мере передвижения жидкости через слой контактных пакетов высотой 1,5-2 м равномерность орошения поверхности ухудшается иэ-за неизбежных неточностей изготовления и монтажа. Для устранения этого между контактными пакетами 5 вновь размещаются перераспределительные пакеты 4 в средней части корпуса 1 колонны.

Благодаря наличию этих пакетов устраняются местные неравномерности и перераспределенная в пакетах 4 жидкость с хорошим качеством равномерности орошает нижерасположенный слой контактных пакетов 5. Поток пара через штуцер 8 поступает в корпус 1 колонны и, проходя через наклонные каналы пакетов 4 и 5, перемешиваегся и вступает в активный контакт и обмен теплом и массой со стекающей по поверхности пакетов 4 и 5 жидкостью. Максимальная активная поверхность контакта и активное перемешивание и перераспределение взаимодействующих пара и жидкости обеспечивают интенсивный режим тепломассопереноса. Отвод жидкости и пара из корпуса колонны 1 осуществляется через штуцера 7 и 9.

Обеспечение растекания жидкости в перераспределительных пакетах вдоль наклонных гофр требует разработки ряда особенностей геометрических параметров этих пакетов. Так, для выбора определяющих геометрических параметров гофр предлагается соотношение т<2п (1) которое позволяет достигнуть минимальных значений радиуса кривизны г щ при вершинах гофр. За счет сильной искривленности выпуклой поверхности обеспечивается также локальное увеличение поверхностного натяжения o,ш рабочей жидкости на вершинах гофр.

Таким образом, за счет упомянутых геометрических особенностей и в соответствии с известной формулой для расчета капиллярного потенциала на выпуклой поверхности

Д Рвш=+(2 0 вш /гвш) (2) обе;печивается максимальная велйчина капиллярного потенциала вызывающего отток жидкости с вершин гофр, Предлагается выполнять перераспределительные пакеты из конструкционного материала, не обладающего свойствами капиллярно-пористых тел (сплошные листы или сетки и листы с очень мелкими или весьма крупными отверстиями). Это решение на первый взгляд противоречит общепринятым правилам — улучшать смачиваемость поверхности за счет применения материалов, обладающих свойствами капиллярнопористых тел. Однако в данном случае применение плохо смачивающихся материалов более целесообразно, так как при этом достигаются высокие значения краевого угла смачивания 0;0- 90О, cos0 0 а сила

F, оказывающая сопротивление притоку жидкости к вершинам гофр, в соответствии с формулой

F=K(1 — cos О) (3) имеет максимальное значение (приведенной формуле для вычисления F коэффициент К определяется экспериментально).

Таким образом, как следует из формул (2) и (3), благодаря предлагаемым отличительным признакам в максимальной степени обеспечивается отток жидкости с вершин гофр к впадинам и транспорт струек жидкости вдоль направления наклонных гофр, что способствует равномерной подаче орошающей жидкости практически на каждый локальный элемент контактного слоя насадки, Передвижению струек жидкости по впадинам наклонных гофр способствует также возникающий на вогнутой поверхности капиллярный потенциал

Л Реп=-(2(0âïlгвп ) (4) Экспериментальные исследования с применением различных жидкостей (вода, ацетон, водноспиртовые растворы и др,) 1681924 подтвердили, что предлагаемое выполнение перераспределительных пакетов обеспечивает растекание струек жидкости по всему поперечному сечению и равномерное орошение контактного слоя в масштабе ло-, кального элемента насадки, Показано также, что высота перераспределительных пакетов незначительна (50 — 100 мм). Поэтому эффект достигнутого интенсивного тепломасообмена значительно перекрывает небольшое снижение высоты контактного слоя насадки за счет размещения перераспределительных пакетов. Кроме того, в перераспределительных пакетах также реализуется процесс тепломассообмена между жидкостью и газом (паром), Поверхность контактного слоя должна полностью покрываться орошающей жидкостной пленкой. Для создания максимальной активной поверхности контакта фаз предлагается геометрические параметры косорифленных листов в контактных (смежных с перераспределительными) пакетах определять из соотношения (при угле наклона гофр р к горизонтали в пределах 45—

60 ). т=(2,5 — 2,9)h, где t u h — соответственно шаг и высота гофр.

Для изготовления (смежных) контактных пакетов целесообразно использовать капиллярно-пористые тела. На хорошо смачивающейся поверхности сила F, препятст5 вующая перетеканию жидкости через вершины гофр, минимальна.

Удельная активная поверхность предлагаемой конструкции тепломассобменного аппарата при удельной поверхности насад10 ки 450 м /м составляет 405 м /м .

Формула изобретения

1. Тепломассообменная колонна, содержащая корпус с расположенными по высоте пере расп ределительными и

15 контактными пакетами насадки из косорифленных листов, отличающаяся тем, что, с целью увеличения интенсивности тепломассообмена за счет вторичного распределения жидкости и создания

20 максимальной активной поверхности контакта фаз, шаг l и высота h гофр косорифленных листов перераспределительных пакетов удовлетворяют выражению t<2h, а шаг и высота гофр косорифленных листов

25 контактных пакетов — выражению t=(2,5—

2,9)h, 2, Колонна по и, 1 отл ич а ю ща я с я тем, что контактные пакеты выполнены из капилля рно-пористого материала.

ЗО