Тепломассообменная колонна

СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИ 1681924 А 1 РЕСПУБЛИ(55 В 01 Л 19 АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ О ЛЬСТВУ ет СССР 984.СССР 1984.Я КОЛОННА конструкциям ных колонн и и осуществлербцион но-деГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИ(57) Изобретение относится ктепломассообменных насадочможет быть использовано прнии ректификационных и адсо Изобретение 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, распределитель 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) осусорбционных 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 т 2 Ь, а в смежных пакетах - из соотношения т=(2,5 - 2,9)Ь. 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 опорнуюрешетку 10,Перераспределительные 4 и контактные 5 пакеты выполнены из косорифленыхлистов, причем соседние (смежные) листыимеют противоположный угол наклона гофр(р к верти кал и.Тепломассообменная колонна работаетследующим образом,Питающая или флегмовая жидкость че-рез штуцера 6 поступает в кольцевой коллектор 2 и в желоба распределителя 3 и понаружным стенкам желобов перетекает наповерхность верхнего перерэспределительного пакета 4 - узел кольцевого коллекторас распределителем, размещаемых по высоте колонны,(не показано), В пакете 4 орошающая жидкость перераспределяетсяотдельными элементарными струйками повпадинам наклонных гофр листов. В пакете1681924 10 15 20 25 30 35 40 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 степен ь 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 пере- распределительного 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 слоенасадки обеспечивается наиболее активнаяповерхность контакта фаз,По мере передвижения жидкости черезслой 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 соотношениет 2 Ь (1)которое позволяет достигнуть минимальных значений радиуса кривизны гш при вершинах гофр. За счет сильной искривлен- ности выпуклой поверхности обеспечивается также локальное увеличение поверхностного натяжения о,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 поверхно- сти 4 Рвш=+(2 Увш /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-+ 90 О, соэО-О а сила Е, оказывающая сопротивление притоку жидкости к вершинам гофр, в соответствии с формулойГ=К(1 - соз О) (3) имеет максимальное значение (приведенной формуле для вычисления Р 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 потенциалЛ Реп=-(2(Овп/гвп ) (4) Экспериментальные исследования с применением различных жидкостей (вода, ацетон, водноспиртовые растворы и др,)1681924 Я подтвердили, что предлагаемое выполнение перераспределительных пакетов обеспечивает растекание струек жидкости по всему поперечному сечению и равномерное орошение контактного слоя в масштабе локального 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 О к горизонтали в пределах 45 - 60 ). т=(2,5 - 2,9)Ь,гдето и й - соответственно шаг и высота гофр, Для изготовления (смежных) контактных пакетов целесообразно использоватькапиллярно-пористые тела. На хорошо смачивающейся поверхности сила Е, препятст 5 вующая перетеканию жидкости черезвершины гофр, минимальна.Удельная активная поверхность предлагаемой конструкции тепломассобменногоаппарата при удельной поверхности насад 10 ки 450 м /м составляет 405 м /м .Формула изобретения1. Тепломассообменная колонна, содержащая корпус с расположенными по высоте пере расп ределительными и15 контактными пакетами насадки из косорифленных листов, о т л и ч а ю щ а я с я тем,что, с целью увеличения интенсивности тепломассообмена за счет вторичного распределения жидкости и создания20 максимальной активной поверхности контакта фаз, шаг 1 и высота Ь гофр косорифленных листов перераспределительныхпакетов удовлетворяют выражению 12 К ашаг и высота гофр косорифленных листов25 контактных пакетов - выражению 1=2,5 -2,9)Ь,2, Колоннапоп,1 отличающаясятем, что контактные пакеты выполнены изкапилля рно-пористого материала,ЗО