Колонна для проведения тепло-мас-сообменных процессов

(9 ОМИТЕТОТКРЫТИЯМ ГОСУДАРСТВЕ ННЫЙПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГКНТ СССР дщ ф . пъ м ОБРЕТ ПИСАНИ К АВТОРСКО ВИДЕТ ТВУ теме, целью кости шение о по- аметр 0 сти сти, мс ус ФвСО Известны колонн ломассообменных пр тационно стекающей восходящим потоком для проведения тепессов между гравиленкой жидкости и а, содержащие рас(21) 2691444/26(54)(57) КОЛОННА ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ТЕПЛОМАССООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ. между стекающей пленкой жидкости ивосходящим потоком газа, включающаярасположенные по высоте колонны системывертикальных труб. диаметр которых измеИзобретение относится к колоннам для проведения тепломассообменных процессов между гравитационно стекающей пленкой жидкости и восходящим потоком газа, применяемых, в частности, в процессах неизотермической абсорбции, ректификации, испарения и конденсации для обеспечения высокой эффективности процессов тепломассообмена при минимальном гидравлическом сопротивлении .и высокой пропускной способности,ЗАМЕН РАНЕЕ ИЗДАННОГО 5 В 01 О 3/28//Г 28 Г 25/08 няется при переходе от системы к сисотличающаяся тем,что,сповышения предельных нагрузок жиди газа, в каждой системе труб отнодлины трубы к ее диаметру выполненстоянным и равным 1-9, при этом дитрубы определяют по формулеО = (1,2 - 3,0)АЯ)к (Я Ож,где О - диаметр трубы;д - толщина пленки жидкости;А = 1,1017, а = -1/3 при й ж = 50-1А - 4,831, а = -8/15 при й ж1600йж = 4 рЛфж - число Рейнольдсажидкостир - плотность орошения жидкмз/м с;у, - кинематическая вязкость ж ение свободного падения положенные по высоте колонны системы вертикальных труб круглого сечения.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является колонна для проведения тепломассообменных процессов, например процессов выпаривания, между гравитационно-стекающей пленкой жидкости и восходящим потоком газа, содержащая расположенные по высоте колонны системы вертикальных труб, диаметр которых изменяется при переходе от системы к системе.Существенным недостатком данной конструкции является неодинаковые предельные нагрузки по жидкости и газу в каждой системе вертикальных труб,5 10 15 20 25 30 40 45 50 впоследствии изменения, иногда очень значительного, при переходе от системы к системе отношения длины трубы к ее диаметру, Этот недостаток приводит к тому, что предельные нагрузки жидкости и газа всей колонны в целом определяются той системой вертикальных труб колонны, в которой эти предельные нагрузки являются наименьшими по сравнению с другими системами вертикальных труб в этой колонне. Таким образом, известная колонна в целом имеет низкие предельные нагрузки жидкости и газа. Поскольку пропускная способность по жидкости и газу определяется предельными нагрузками, этот недостаток приводит к изменению пропускной способности колонны при переходе от системы к системе вертикальных труб, и система, имеющая минимальную пропускную способность, является лимитирующей, т.е. определяющей пропускную способность колонны,Целью изобретения является повышение предельных нагрузок жидкости и газа:Цель достигается тем, что в каждой системе вертикальных труб отношение длины трубы к ее диаметру выполнено постоянным и равным 1 - 9, при этом диаметр трубы определяют по формуле- ,2-3,0)АВ)и д/4,где О - диаметр трубы;д - толщина пленки жидкости;А = 1,1017; а = -1/3 при Юж = 50-1600; А = 4,831; а = -8/15 при Вж1600;й 1 ж = 4 рlюж - число Рейнольдса для жидкости;р- плотность вращения жидкости, м /мс;Рж - кинематическая вязкость жидкости, м /с;9 - ускорение свободного падения, м/с. На фиг.1 изображен вид сбоку участка колонны для проведения тепломассообменных процессов, в которой система вертикальных труб круглого сечения выполнена, например. иэ пучка труб, касающихся друг друга своими боковыми поверхностями; на фиг.2 - вид сбоку участка колонны для проведения тепломассообменнцх процессов, в которой системы вертикальных труб закреплены своими концами в трубные доски, соединенные с колонной; на фиг.З - вид сбоку на один иэ вариантов участка колонны для проведения тепломассообменных процессов, в которой системы вертикальных труб выполнены в виде перфорированных .тарелок, с торцами отверстий которых соединены короткие участки труб круглого сечения,Колонна, изображенная на фиг,1 - 3, для проведения тепломассообменных процессов между гравитационно стекающей пленкой жидкости и восходящим потоком газа состоит иэ корпуса 1, в котором закреплены системы 2 вертикальных труб круглого сечения, На фиг.1 каждая система 2 выполнена из пучка труб 3, касающихся друг друга боковыми поверхностями, На фиг.2 каждая система 2 выполнена в виде труб 3, закрепленных в трубных досках 4, На корпусе 1 расположен штуцер 5 для ввода и штуцер 6 для вывода теплоносителя или хладагента. На фиг.З короткие участки труб, представляющие собой системы вертикальных труб, соединены с торцами отверстий перфорированных тарелок 7, В каждой системе 2 труб отношение длины трубы 3 к ее диаметру выполняют постоянным и равным 1 - 9, причем диаметр трубы определяют по формуле О-Г = (1,2-3,0)АЮж Я/Ъж,Колонна для проведения тепломассообменнцх процессов работает следующим образом.Жидкость с помощью распределителя на чертежах не показан) равномерно распределяется по внутренним стенкам вертикальных труб 3 верхней системы 2 и стекает в виде пленки, достигая нижней части вертикальных труб 3. После прохода по трубам 3 верхней системы 2 жидкость последовательно проходит нижележащие системы труб, в которых двигается также как в верхней системе труб, Газ поступает в нижнюю часть колонны и движется снизу вверх противотоком к жидкости. Вследствие того, что в каждой системе вертикальных труб отношение длинц канала к его диаметру выполняют постоянным и равным 1 - 9, предельные нагрузки жидкости и газа в каждой системе вертикальных труб являются наибольшими,что приводит в целом к повышению предельных нагрузок жидкости и газа в колонне.П р и м е р 1, Определение предельных нагрузок по жидкости и газу, соответствующих моменту захлебывания, проводят на единичной вертикальной трубе круглого сечения. В испытаниях используют единичные трубы из стали 12 Х 18 Н 10 Т, диаметр и отношение длины трубы к диаметру которых указаны в таблице,Отношение длины трубы к ее диаметру изменяют от 1 до 100 (см, таблицу). Испытания проводят при атмосферном давлении и температуре 20 С на средах: водный раствор глицерина (концентрацию глицеринаизменяют от 0 до 85 весовцх) - воздух; вада - воздух, хлористцй метил - воздух.Таким образом, в опытах кинематическая вязкость жидкости изменяется ото = =0,192 10 м /с, соответствующая хлористому метилу, до иж = 92,5 10 м /с, соответствующая 85 ф-ному весовому раствору глицерина в воде. Нагрузки по жидкости поддерживают в пределах, соответствующих числам Рейнольдса Я = 50-3000, где йж = 4 ражгде р - удельный. расход жидкости на единицу длины смоченного периметра, м /м с, гк - кинематическая вяззкость жидкости, м /с, Расход жидкости определяют ротаметрами РСи РС, расход воздуха -ротаметрами РС, РСи по перепаду давлений на диафрагме. Падение давления газового потока при его прохождении сквозь каждый канал фиксируют с помощью 0-образного водяного динамо- метра. Предельную скорость газа в трубе определяют следующим образом. При заданном расходе жидкости заданном числе Йж) медленно повышают расход воздуха до появления на 0-образном дифманометре нерегулярных во времени колебаний, свидетельствующих о начале сильных взаимодействийгаза с пленкой жидкости. При этом наблюдают выброс жидкостных колец и большое количество брызг из каждой трубы, Толщину пленки жидкости в трубе рассчитывают по формуле Нуссельта при Яж1600, и по формуле Брауэра, при Вж1600 В результате экспериментов получают, что скорость захлебывания является максимальной для труб, у которых отношение длины к ее диаметру лежит в пределах 1-9. А отношение максимальной скорости захлебывания труб с отношением длины к ее диаметру, лежащих в пределах 1-9. к скоростизахлебцвания труб с отношением длинытруб к ее диаметру, равному 100, лежит впределах 1,20-2.00 при выполнении отно 5 щения:1- =. (1.2 - 3.0)АВ9 /1,Минимальное отношение скоростей захлебывания соответствует диаметру трубы10 0,030 и при работе на всех используемыхжидкостях (т,е. во всем интервале изменения вязкости жидкости), Максимальное отношение скоростей захлебываниясоответствует диаметру трубы 0,012 м также15 во всем интервале вязкости жидкости.П р и м.е р 2. Испытывают модель: колонны диаметром 200 мм, содержащую систему вертикальных труб круглого сечения,соприкасающихся друг с другом своими бо 20 ковыми поверхностями. В колонне размещается 72 трубы, внутренним диаметром0,020 м. В каждом опыте испытывают однусистему вертикальных труб, у которой отношение длины каждой трубы к ее диаметру25 одинаково, Испытывают систему вертикальных труб с отношением длины трубы к еедиаметру равными 1,3,5,9,15,30,60,90,100,Испытания проводят по методике. описанной в примере 1. Результаты эксперимен 30 тов, полученные на системах вертикальныхтруб, создают с результатами испытанийединичных элементов, изложенными в примере 1.Таким образом из примеров видно. что35 при выполнении колонн в соответствии спредлагаемым изобретением по сравнениюс колонной-прототипом имеет место увеличение предельной нагрузки газа в 1,2-2 разапри выполнении отношения длины трубы к40 ее диаметру постоянным и равным 1-9,комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 10 Производственно льск Заказ 4066 Тираж ВНИИПИ Государственного ком 113035, Москта по изобре Ж, Раушс Подписноениям и открытиям при ГКНТ ССя наб., 4/5