Насадка для теплои массообменных процессов

 

Применение: для теплои массообменных процессов. Сущность изобретения: насадка выполнена в виде осесимметричного полого тела, имеющего отверстия, перемычки которых вдавлены внутрь с зазором между ними. Полое тело имеет форму усеченного конуса, перемычки в своем поперечном сечении имеют форму локона Аньези, описываемую уравнением. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 В 01 J 19/30

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (IOCnATEHT CCCP) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Оз= 02- S, н = (DI - О2) А, у а/(а +х), К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4931559/26 (22) 26.04.91 (46) 23.04.93, Бюл. М 15 (71) Государственный научно-исследовательский и проектный институт азотной промышленности и продуктов органического синтеза (72) А.M.Êàràí,.À.À.Ïàëüìoâ и А.С.Пушнов (56) Андреев Б,Н. и др, Тяжелые изотопы в ядерной технике. — М,: Энергоатомиздат, 1987, с. 107 — 124.

Патент СССР М 579856, кл,.В 01 J 19/30, 1977.

Авторское свидетельство СССР

М 1088762, кл. В 01 J 19/30. 1984, Изобретение относится к контактным устройствам для осуществления тепло- и массообменных процессов в химической технологии, нефтехимии, газовой, пищевой, медицинской промышленности, а также в теплоэнергетике.

Цель изобретения — повышение коэффициента массоотдачи за счет увеличения поперечного перемешивания при одновременном снижении гидравлического сопротивления.

Для решения поставленной задачи предлагается у насадки, выполненной в виде осесимметричного полого тела, имеющего отверстия, в полом теле, имеющем форму усеченного конуса, перемычки выполнять так, чтобы в своем поперечном сечении они имели форму локона Аньези, описываемую . уравнением вида:

„„Я3„„1810101 А1 (54) НАСАДКА ДЛЯ ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ (57) Применение: для тепло- и массообменных процессов. Сущность изобретения: насадка выполнена в виде осесимметричного полого тела, имеющего отверстия, перемычки которых вдавлены внутрь с зазором между ними. Полое тело имеет форму усеченного конуса, перемычки в своем поперечном сечении имеют форму локона Аньези, описы- . ваемую уравнением, 4 з.п. ф-лы, 5 ил, где х, у — текущие значения: величина диаОз, метра круглой части локона Аньези а = —;

Оз — зазор между вдавленными перегородками, величина которого описывается выражением где Dz — диаметр вершины конуса, а величина S находится в пределах 10-20 мм.

Высота усеченного прямого конуса oIIределяется иэ соотношения где Н вЂ” высота конуса;

D1 — диаметр основания конуса:

А — коэффициент, равный 0,5 0,8.

Угол наклона конической поверхности к горизонтальной плоскости составляет

40-1-700.

1810101

Высота вдавленных внутрь перемычек имодействующих фаз, а значит эффективсоставляет величину h = В Н, где  — коэф- ность массообмена, фициент, равный 0,24 0,5, а их длина равна Выполнение высоты вдавленных внутрь

L = 0з К, где К вЂ” коэффициент, равный перемычек, равной h = В Н, где  — коэффициент, равный 0,24-0,5, позволяет обеспеВыполнение полого тела в форме усе- читьинтенсивноепоперечноеперемешивание ценного прямого конуса, у которого симмет- потоков. При B < 0,24 эффект увеличения нутрь перемычки в коэффициента массоотдачи для жидкой фасвоемпоперечномсеченииимеютформуло- зы заметно падает, При,величине В > 0,5 кона Аньези, описываемую в о

А, емую в формуле пред- "0 недопустимовозрастаетгидравлическоесополагаемого изобретения, позволяет противление насадки. увеличить поперечное перем ое перемешивание эа Выполнение длины вдавленных внутрь счет турбулизации материальных потоков, а перемычек, равной L = 0э К, где К вЂ” коэфзначит и коэффициента массоотдачи в сред- фициент, равный 0,8--1,2, также позволяет нем на 8=14 при одновременном сниже- 15 обеспечить интенсивное поперечное перении гидравлического соп о сопротивления на мешивание потоков. При К < 0,8 технологи15 22 по сравнению с прототипом при чески невозможно выполнить заявляемую сопоставимых условиях, форму вдавленных внутрь перемычек (локон

Выполнение высоты усеченного конуса Аньези). При К > 1,2 снижается механичев заявленных пределах позволяет дополни- 20 ская прочность насадки, тельно увеличить коэффициент м ффициент массоотдачи Перечисленные отличия позволяют сде8 . П и этом только в заяв- лать вывод о соответствии заявленного техленном диапазоне значений коэффициента нического решения критерию новизны, массоотдачи при одновременн ременном снижении Признаки, отличающие заявляемое технигидравлического сопротивления, Последнее 25 ческое решение от прототипа, не выявлены объясняется достигаемым в этом диапазоне в других технических решениях при иэучесоотношений коэффициента э фф та Аэффектом пре- нии данной и смежных областей техники и, имущественной самоориентац иентации элементов следовательно, обеспечивают заявляемому насадки при загрузке внав з е внавал, В свою оче- решению соответствие критерию "сущестредь, такая открытая ориентация насадки 30 венные отличия". навстречу контактирующим пот и ющим потокам позво- На фиг. 1 показан общий вид заявляеляет улучшить условия обтекания всей мой насадки; на фиг. 2 — вид сверху на навнутренней поверхности, что дополнитель- садку, на фи . р р ф ,но увеличивает поверхность контакта и тем фиг, 4 — в увеличенном масштабе перемычсамым коэффициент массоотдачи. ка, поперечное сечение; на фиг. 5 — насадка

П н чений величины А поясня- с отбортовкой у основания конуса. ределы значений ются следующим о разом. ри б о . При А < 05 — Насадка представляет собой кольцевое

\ отрицательный эффект увелич фф у еличения гидрав- полое тело в форме усеченного прямого колического сопротивления пре ия преобладает над нуса 1 с окнами 2, перемычки которых 3 небольшим увеличением .ко ием .коэффициента 40 вдавлены внутрь конуса 1, основания конумассоотдачи. При А > 0,8. — снижается эф- са 4 и его вершины 5 (см, фиг. 1). Перемычки фект самоориентации насадки, т ии насадки, что резко 3 в своем поперечном сечении имеют форму увеличивает етгидравлическоесопротивление локона Аньези (см. фиг, 4). ежду со ой при одновременном ухудшении условий для перемычки 3 образуют зазор. д . Наса ка моомывания контактирующими ющими потоками всей 45 жет выполняться с отбортовкой 6,в своей внутренней поверхности насадки. нижней части (см; фиг. 5), что увеличивает ее а наклона кониче- прочность. Насадку изготовляют методом

Выполнение угла ской поверхности насадки к г р и горизонталь- штамповки из металлического листа. ной плоскости в пределах(— и в л (40-70 позволяет . Основные типоразмеры предлагаемои дополнительно увеличить коэффици коэффициент 50 насадки, изготовленной из металлическомассоотдачи на по ср в

7 12 q авнению с про- го листа толщиной 0,7-1 мм, приведены в табл. 1. тотипом за счетувеличения удельной поверхности, Наибольший рост удельн ост удел ьной . Насадка работает следующим образом. поверхности имеет место при величине угл еличине угла Элементы насадки загружают в абсорбнаклона 40 . Но при угле наклона м

0 Н аклона а менее 55 ционный аппарат внавал. Жидкость на насад40 резко возрастает ло овое гидр вли б гидравличе- ку поступает сверху. газовая фаза попадает ское сопротивление насадки. ри угл . При угле на- в аппарат снизу через штуцер. Насадка при клона а более снижается к

70 тся кратность загрузке в аппарат преимущественно ложится плашмя за счет конической формы обновления поверхности контакта двух вза1810101 у = а /(а + х ) 25

Таблица1

50 насадки 1, конструкции насадки, перемычки

3 которой имеют форму локона Аньеэи, а также заявленного соотношения размеров.

Такая особенность насадки позволяет увеличивать поперечное перемешивание, в результате чего возрастает эффективность процессов массо- и теплообмена. Гидравлическое сопротивление при этом снижается, а пропускная способность возрастает.

Пример. Подвергалась испытаниям насадка со следующими размерами: О1 = 80 мм, 02=60мм; Н=15мм; й=7мм; Оз=40 мм; д = 1 мм; $ = 20 мм; L = 45 мм; а =20 мм; а = 56О. Насадку загружали в колонну диаметром 400 мм и высотой 1000 мм. При загрузке в аппарат внавал насадка преимущественно(76 ) ложится плашмя. В системе воздух — вода гидравлическое сопротивление снижается в среднем на 24 по сравнению с прототипом при нагрузках по газу, соответствующих линейным скоростям потока 1 4 м/с. Расход жидкости при этом составляет

6 12 литров/ч.

Сравнение характеристик заявляемой насадки CNAfl других размеров с прототипом при одинаковых нагрузках приведено в табл. 2.

Как видно иэ табл. 2, эффективность массообмена при использовании предлагаемой насадки возрастает на 9-14 Р.при одновременном снижении гидравлического

Сопротивления.

Влияние высоты насадки, пропорциональной величине коэффициента А, на эф- фективность процесса массообмена иллюстрируется данными, приведенными в табл, 3.

Как видно, при величине коэффициента

А < 0,5 гидравлическое сопротивление возрастает на 20, коэффициент массоотдачи а практически не,увеличивается, При величине А > 0,8 гидравлическое сопротивление резко возрастает, а коэффициент массоотдачи падает. Таким образом, заявленные пределы величины коэффициента А являются оптимальными.

Влияние высоты перемычек насадки, пропорциональной величине коэффициента

В на эффективность процесса массообмена иллюстрируется данными, приведенными в табл. 4.

Как видно, при величине коэффициента

5 B < 0,24 коэффициент массоотдачи падает.

При величине коэффициента В > 0,5 отмечается некоторое падение коэффициента массоотдачи при одновременном росте гидравлического сопротивления.

10 Формула изобретения

1. Насадка для тепло- и массообменных процессов, выполненная в виде осесимметричного полого тела, имеющего отверстия, перемычки которых вдавлены внутрь с зазо15 ром между ними, отличающаяся тем, что, с целью повышения коэффициента массоотдачи контактирующих веществ эа счет увеличения поперечного перемешивания при одновременном снижении гидравличе20 ского сопротивления, полое тело имеет форму усеченного конуса, перемычки в своем поперечном сечении имеют форму локона

Аньези, описываемую уравнением вида где х, у — текущие .значения; а — величина диаметра круглой части локона Аньези, равная а = Оз/2; Оэ — зазор между вдавленными

30 перегородками, равный D3 = Dz - S, где Dz— диаметр вершины конуса, а величина S находится в пределах от 10 до 20 мм.

2. Насадка по и. 1, отличающаяся тем, что высота усеченного конуса опреде35 ляется из соотношения: Н =(D1- Dz)A, где Н вЂ” высота конуса; D1 и Dz — диаметры основания и вершины конуса соответственно; А — коэффициент, равный 0,5 — 0,8.

3, Насадка по пп, 1 и 2, о т л и ч а ю щ а40 я с я тем, что угол наклона конической поверхности к горизонтальной плоскости составляет а = 40-70О, 4, Насадка по пп. 1 — 3, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что высота вдавленных внутрь пере45 мычек составляет величину h = В Н, где  — коэффициент, равный 0,24 — 0,5, а их длина равна величине L = Оз К, где К вЂ” коэффициент, ра вн ы и 0,8 — 1,2.

1810101

Таблица2

ТаблицаЗ

Таблица4 в о о иа2.

Фи 8.

1810101

Составитель А.Каган

Техред М,Моргентал

Корректор М. Керецман

Редактор

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

Заказ 1407 Тираж Подписное ВЧИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

11303о, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5