Насадка для тепломассообменных аппаратов

(511 В СПИСАНИЕ ИЭОБРЕТЕНИ С 8 ИДЕТЕЛЬСТВУ енк исти нковсин ение прои Хлорвинил тябрьссвидетельство 1 0 53/20, 1969видетельство ССС 1 0 53/20, 1979, видетельство ССС 1 Р 53/20, 1982 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЦТИ 21) 3648617/23-2622) 04. 10.8346) 15.04.85. Бюл. В 1472) Ф.В,Козак, В.Г.Овча.Л.Левицкий, И.И.СенечкИ,В.Жаровский71) Ивано-Франковский иефти и газа, Ивано-Фрароизводственное объедпаттрансгаз" и Калушскоетвенное объединение "им. 60-летия Великой Оксоциалистической револю(54) (57) НАСАДКА ДЛЯ ТЕПЛОИАССООБМЕННЫХ АППАРАТОВ с трехфазным псевдоожиженным слоем, каждый элементкоторой выполнен в виде многозаходного винта, о т л и ч а ю щ а я с ятем, что с целью улучшения однородности псевдоожижения путем выравнивания гидравлического сопротивленияэлемента насадки при различной ориентации его к потоку газа, винтвыполнен с отношением площадей проекций на плоскость, параллельнуюоси винта, и на плоскость, перпендикулярную оси винта, равным 0,85-1,00.150008 1 5 0 15 20 30 К недостаткам данной насадки следует отнести сложность конструкции, что делает невозможным изготовление ее в массовых количествах. Кроме то З 5 го, на внутренних поверхностях насадки возможны отложения загрязнений и продуктов реакций, а это, в свою очередь, приводит к снижению эффективности аппарата. 40Известна насадка, каждый элемент которой выполнен в виде многозаходного винта 131.Эта насадка предназначена для использования в аппаратах с неподвиж ным слоем насадочных элементов. Применение ее в аппаратах с трехфазным псевдоожиженным слоем невозможно, так как при условии малых значений отношения высоты элемента насадки 50 к диаметру она потоком газа отбрасывается к стенке аппарата и не псевдоожижается, а при больших значениях указанного отношения псевдоожижение неосуществимо вообще. 55Цель изобретения - улучшение однородности псевдоожижения путем выравнивания гидравлического сопротивле 1Изобретение относится к аппаратурному оформлению процессов тепло-"обмена, абсорбции, ректификации,кристаллизации, в которых используется принцип псевдоожижения, вчастности к насадкам тепломассообменных аппаратов с трехфазным псевдоожиженным слоем (газ-насадка-жидкость).Известна насадка, выполненнаяв виде пустотелого цилиндра с лопастями, расположенными под углом кобразующей цилиндра Ц .Укаэанная насадка, имея развитуюповерхность контакта Фаз, сложна визготовлении, Кроме того, на внутренних поверхностях насадки возможны отложения продуктов реакций, таккак внутренние поверхности насадкине могут очищаться другими элементами насадки, что приводит к ухудшению ее характеристики, а это, всвою очередь, влечет ухудшение тепломассообмена,Известна насадка, выполненнаяв виде тела вращения с наружнымилопастями, расположенными под углом)к образующей тела вращения, и содержащая во внутренней полости дополнительный элемент в форме гиперболического параболоида Я . ния элемента насадки при различной ориентации его к потоку газа.Цель достигается тем, что в насадке, каждый элемент которой выполнен в виде многозаходного винта, последний выполнен с отношением площадей проекций на плоскость, параллельную оси винта, и на плоскость, перпендикулярную оси винта, равным 0,85-1,00.Эффективность работы тепломассообменного аппарата с трехфазным псевдоожиженным слоем в сильной мере зависит от однородности псевдоожижения. В случае псевдоожнжения твердых тел газом неоднородность слоя всегда имеет место и проявляется в том, что через слой систематически прорываются нераздробленные пузыри газа, взвешенные твердые тела неравномерно распределяются по высоте слоя, высота слоя колеблется с большой амплитудой. Все это ухудшает контактирование газовой фазы с жидкой, и с взвешенными твердыми телами (насадкой) и при- водит к уменьшению эффективной поверхности контакта фаз. Последнее ухудшает протекание тепломассообмена.Известно, что е отклонением формы псевдоожижаемых тел от сферической неоднородности слоя увеличиваются. Объясняется это неодинаковым гидравлическим сопротивлением несферического тела при различной его ориентации к направлению движения газа.На Фиг. 1 изображен элемент предлагаемой насадки, общий вид, на фиг. 2 - вид в плане,на фиг, 3 - вид в пла-не с учетом поворота винта,на фиг. 4 - его фронтальная проекция, на Фиг. 5 график зависимости площадей от сил сопротивления.Насадка представляет собой многозаходный винт 1 с числом винтовых лопастей 2 не меньше трех, Высота элемента насадки выбирается из условия обеспечения соотношения площади проекции Фронтальной к площади проекции в плане от 0,85 до 1. Насадка работает следующим образом.Под действием потока газа )1(ижкость начинает вращаться, что способствует турбулизации слоев,Изложим методику цреже)1 ения требуемой высоты элемента ца(:ажки ня примере четырехзахожцо 1(. винта1150008 4Сила лобового сопротивления насадки К равна) 27 2 Я = ЯИ 4 (1) где Й - диаметр насадки.фронтальную площадь проекции насадки (в плоскости хоу) можно представить в виде суммы двух заштрихованных площадей8 р= 8 + 8Используя параметрическое уравнение винтовой линМи при условии, что искомая элемента насадки Ь, имеем в5, Й 3 со-"4о1я,: в,+,Ц 8 25 где Ь = и,Ь,- 2 Тогда линии отсчитываем от оси к в направлении против часовой стрелки.11При =или подъеме по винту (ось х), на Ь/4, где Ь - шаг винта, происходит полное перекрытие сечения лопастями, в плоскости шоу и площадь проекции насадки в плане составит где- коэффициент лобового сопротивления элемента насадки,зависящей от формы насадки,числа Рейнольда и другихпараметров;Я - площадь проекции тела наплоскость, перпендикулярную направлению движениягаза,Я - плотность газа,Ц - скорость газа,В случае равенства сил сопротивления .элемента насадки в двух основных20его положениях, изображенных нафиг. 3, имеемК= Кпили с учетом (3) при одинаковых я,у Отношение сил сопротивления вэтом случае равноЬ "ЗОЬ =да В,. - со - -" -а) ьь ьь й . Если, например, требуется рассчитать насадку с соотношением 8 /Б, то, приравняв выражения (1) и (2), получаем уравнение с одним неизвестным Ь 1. Откуда 35Аналогично решается задача с большим или меньшим четырех числом винтовых лопастей. 45При двухзаходном винте, как показывают расчеты, получаются малые соотношения Ь:Й, что делает невозможным изготовление насадки из полимерного материала методом непрерыв ной экструзии с последующей, резкой винтового стержня,Указанное соотношение площадей проекции от 0,85 до 1 обеспечивает одинаковую силу сопротивления эле мента насадки движущейся среде при 1,различной ориентации его к направленво лвнжения газа. Зр 5, 5, 16 6 д На фиг. 5 представлена полученная на стенде опытная зависимость отноше.ния сил сопротивления К/Кот отношения площадей проекций Я /Б дляи одиночного элемента насадки, из которой следует, что равенство КР =К имеет место при Б,Р8, = 0,91. Визуальные наблюдения характера псевдоожижения насадки с соотношением от 0,8 до 1,05 показали, что в этом диапазоне однородность псевдоожижения, оцениваемая амплитудой колебания динамической высоты слоя и распределением насадки по высоте слоя, имеет примерно одинаковое значение. Вне заштрихованного диапазона однородность псевдоожижения заметно ухудшается. Так, нри 8/Б = 0,6 элементы насадки ориейтируются к потоку газа фронтальной проекцией, отбрасываются к стенке аппарата, где остаются неподвижными. Образовавшийся "колодец" устойчив и это делает невозможным псевдоожижение. С увели Э 11 чением Я /Бд сверх 1,1 при псевдоожижении наблюдается интенсивное поршнеобразование; часть слоя насадки движется в виде поршня, амплитуда колебаний уровня слоя достигает 1002-ного значения динамической высоты слоя.Таким образом, при соблюдении соотношения 8 /Я от 0,85 до 1,00 (эти значения принимаем для гарантированного достижения результата) слой элементов винтовой насадки нормально псевдоожижается с достаточной однородностью.Поток газа, воздействуя на лопасти элемента насадки, вынуждает еговращаться вокруг собственной оси. Вращение элементов насадки обуславливает увеличение степени турбулентности потоков, чем оказывает интенсифицирующее воздействие на процессы теплообмена, массообмена и химических реакций, Интенсивность вихревых . 50008потоков, возникающих вокруг каждогоиз элементов насадкй при их вращении,увеличивается с увеличением частотывращения элемента насадки, т.е. с 5 увеличением скорости набегающегона лопасти потока сжижающего агента.Так как данная насадка не имеет внутренних поверхностей, то при интенсивном ее движении в слое отложения, 10 образующиеся на поверхности винтовыхлопастей, очищаются другими элементами насадки и выносятся жидкостнымпотоком, т,е данная насадка эффективно работает на запыленных средах 15 и в условиях образования твердыхпродуктов реакций. Испытания винтовой насадки в колонне поликонденсации карбамидной рр смолы показали, что предлагаемаянасадка эффективна в работе, а отложения на поверхности насадки практически отсутствуют.щщцщ Заказ 201 др ру уц 4 04 О а,е 1,О г 659 Оу