Насадка для тепломассообменных аппаратов

(5)5 В О 1 (4 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ слеловзтельски) туральцьл лч Кз)цци кова, лги в(56) Ко(;и В. В., .лри( вВЦИЕ Л.151 Р) (;,1 ЦИ 51 СМ1: Ч( и и цо( тро(ц ис,Г) 7),ЕЬ)гц Ф)Г Л( 71(; 5))6 С 11(оор 1( иисИо( ится к коц(. тру кция л 1 церегу(ярцык (идсыпцы ) цдсзлок, которыми сиди)дкся ко,нццыс аппараты лля цпв;ция иро(н сс(В тепло- и массообчецд, пргтека нц(ил цри цсцосрелствеццом коцтдкте цот(коиЕегь избре(еция ицтецсификзция тец.1 олдсссн)блеццьк цроВессов зд счет уве- ,ИЧЕЦИЯ Цов(РЛЦОСТИ КОЦтДКГа фзЗ, УЛУЧШЕЦИЯ СМ(ЧИВДЦИЯ И ОЧЫВДИЯ ЦОТОКЗМИ ЦОВЕРЛЦС ГИ Ц;СЛКИ.ЕГ фи1 релст;В,)ецц)сзлкд, обц(ий Вил; цд фи(. 2 то же, вил сверу; цд ф и г.,3 - рдВе ртка эле ме ц та.1 дсдлкд выполнена в виле цилинлрического ког),ц(Вцутреццим элементом 2 и Вилспир;ли Аркилелд, наружный конец котрои прикре 1)лец к кольцу. Г 1 о всей цовг р) цгс ги и;сзлки и чектся отверстия 3Мо кцо отметить лве крзйцости при вы р( лиамегрд отверстий и их количества. ЯО, 1627229 А 1(57) Изобретеци( о) цо( ится к к)ц( грл кци 1 чЦЕРЕГУ,)ЯРЦЫХ (ЦДСЫЦЦЫЛЦДС;Л)К, К 1рычи осцащдк)тся когцццые;)цп;р;ты .1,яцровелеция процессов тенгО- и чдссобч( и;Еель изобретения ицт( цсифик(1 циялолЗссообмецныл проссов з; сче) лис,)ичеция поверкцости коцтктд ф;(, улучисциясмачивацця и )чывдция ц(токдчи цовг рл.ности ндсалки. 11 дсдлк;1 сс(оит иВили 1.ри(сскГО кОльц с Вьсогои, р(вци лил 1(.ру, И рдСНЛОж(ццОГО Вц рИ ЭЛгЧЕцт В ВИЛ(с цирз, и Лрли ме;1(1. и л(к)ц(ими рд Вцл(рцр;сцозожеццыеГверс Гия, ц)и эгл):и;ч( (рОГВЕРСТИй ОЦРЕЛ(Л 51 ЕТ(51 ЦО ) Р( ВЦ(ЦИ К, И1 тдб,1 ри увеличении ли;метр; Отвсрсгий и количества 1 д цов( рлцости элемент;1 цдсд.( возрастает чи(.,зо сг)вц,леви и ОГверстии )1 еж. лу виткдчи.Совцзление отверс Гий (и),)нн или и;с тичное) нриволит к у чецьцнцик иов( рлцс ги коцтактд фаз зд счет л лулц)(ция (чдчивдция потоками цоверлцосги вцутреццил виткВ эсц мента насадки в силу 1 роскок) ИрогиВОТОЧЦЫХ фЗЗ ЦДЦРЯЛ(ЧК) 1 ЕРЕСОВЦДЛ)Н)Ц 1 ИС отверстия.1 ри улец ьцеци и лид чг рд о г вер( ги и и ил когИчеств( Ид цоверлцости эсцм(ц); Ц 1 СДЛКИ УЧ ЛЦДС Г(Я СЧГ)Ч И В(Г Л 1 ОСТЬ Ц )- ками поверхности вцутреццил витков цри ори( цтзции элелецт( Идсдлки 1;кич обр( зоч, чтобы обрдзукщдя нВ, рлцо(ть э,н ч( и та СЫЛД ПЕРПЕЦЛИКУЛЯРЦ ОСЦ( ВЦО)1) Ц;ЦР;В ,)ецик) лвижеция фд. Воле( тоо, при лч( ць и 1 е ц и и л и 3 ч с т р 1 ( ) т В ( р си и и О ( р;1 с Г( 1 противлецие цд:;.1 ки)1 с)алене отверстий соседних витков имеет место в том случае, если проекция отверстия наружного (бб) на внутреннем нитке (г( це совпадает с отверстием внут- реннго витка.1,делаем следующие вычисления. Задаемея количством равномерно распределенных отверстий цз наружной поверхности (окружцостч) Н(холим угол я из сектора, дуга когорого равна диаметру отверстия, т. е. об=де: до 2 л ГЯ)=2 лй И Й р;.цус эгмента;ч хогсектора.Чр хорду А находим+ ( гл (о диаметр отверстия;Й рзлиус окружности элемента.ъ) до д2 2 Я Огд О лизмтр окружности элемента.11 рокция отверстия наружного витка элмцтз аалки ца внутренний виток лает очки г и(фиг. 2), соединив которые прямыми линиями с центром элемента, получаем угол я). Угоеч) характеризует сектор, в 1 цтр которого имеется отверстие на царугкох витке и отсутствует отверстие на нцутрццм ви гк.;ея хожлия я( допустим, что спирз,ь Архмлсв пределах данного сектора можно рассматривать как окружность с ра.1 цуом =а ), гда постоянная спирали Архчл(; , угол спирали Архимеда.Тода хордхггз ич) - аб равна хорде сскторз хг,з х) гд. Обозначим эту хорду ч)гз ., гдзОтверстия на спирали должны находиться строго в центре между центрами отверстий на наружной окружности, т. е. центр отверстия на спирали определяется углом 5 )2 - (ч, гле срч и- уг.чц спирали, апре.гделяющие центры отверстий на наружнойповерхности элемента.Тогда радиус отверстий на спирали, ко торые не совпалают с отверстиями на наружной позерности, находим какЯ - + Ю2 у(дЯ 5 4 м 3. -Ючто д(=а, нз спирали р отверстия тр которого Из э находим мжлу у на нару опрелелДизм увеличи среднее ого уравнения, считая,диаметр отверстия с(чГЛаМИ (1 ч) И )., И ЛИЗМтжноповерхности д, цеется углом (р(.етр о гверсти й с увелатея, поэтому целсообиз чн не:1 из метра: ичнием 1 разно брать1)+А+ +У Итак, лля любого количества отверстийна царужцой поверхш)сти опрелеляем ср,1- нцй оптимальный диаметр отверстий, етр- мясь ри этом получить диаметр отврегий максимально возможный, но це превышак)- щий половицы высоты элемента. Если лизметр отверстий не превышает полонины вы.соты элемтз, то отверстие можно сллзть в лва рялз, что значительно хгусзет рзс. 0 прелеление противоточных фаз по сечениюКО,ЦШЦЫ, ПРИ ЭТОМ СКЧЮЧЗтСЯ СОВпЕ 1 И ОТВлРтЙ Ц РаЗЦ)Х РЯЛсХ МЖДХ ВИТКЗХ 1 элемента.(.тремясь максимально увеличить лиаметр отверстий, нельзя хмеьзть количество отверстий на наружной оврхости элемента меньше тре.х, так как при этом возникает анизотропия массообмецных и плролицамических характеристик элемента в за.висимости от его ориентации.0 Итак, оптимальный диаметр это максимально возможный диаметр отверстий, при котором исключается совпадение отверстий, и лзнный диаметр не превышает нели- чину полувысоты элемента, что позволяет располагать отверстия в элементе насадки 55 в лва ряда также без совпадения отверстийразных ря,1 ов соседних витков.В данном элементе насадки значительноповышается равномерное распределение фаз,г 3 Ч=.4 л; ( =8,3 мч; 35 5по поверхности насадки и значительно уве личивается активная поверхность.Пример. Элемент насадки с наружным диаметром 25 мм и высотой элемента 25 мм. Толщина стенки 0,6 мм, тогда диаметр элемента по средней линии 24,4 мм.Задаемся двумя оборотами спирали (ср=4 л) .Находим значение константы а:р 12,2а= ==0,9713.Ч 4 3,14ОЗадаемся тремя отверстиями на наружной поверхности элемента, равномерно расположенными по окружности. Угол между Диаметр отверстия на спирали находим из уравнения У;+Ф с,=2 1 Т+р ш. 20ф шс Миазм.сс, 4 Яа. Ю(,После интегрирования получаем+ п+Ь+(зЯЕсли допустить, что диаметры соседних отверстий на окружности и на спирали равОны, т. е. а,=с(то легко найти эти диаметры при разных значениях ср,.30Для нашего случая в элементе с тремя отверстиями на наружной окружности получаемс=2 л; (=5,3 мч; 29 б гле р - радиус спирали Архи меда, угол спирали, опредлякнцин цснр В отверстий на спирали После интегрирования получачЦентры отверстий одного ряда (нижнего): отверстия при сг,=2 л сг= - л о 7 з.(= 103,9+ 25,5= 129,4 м ч ( оч с) на ок. ружности) .Центры отверстий верхнего рядаотверстия при Ч,= л Ч," - 8 лЧ=л; (=10,3 чч.Так как лиачстры отверстий не превы шают величину полувысоты элемента, то можно расположить отверстия в два ряда.Тогда для другого ряла значения Чч=Ч,+.Диаметры при сг, равны:45Ч= - л; с(=7,3 мм;73Ч=Зл; и=9,3 мм;=л; с( =11,3 мм. з 3"50Среднее значение диаметра отверстий(=8,8 мм.Для определения положения центровотверстий на спирали Архимеда на разверткеэлемента насадки необходимо решить интеграл)1 го На фиг. 3 показана ра вртк; элчн.,полученная в рзульгат рачга. Сноболпсечение отверстия 5 делаетя то,ько и пиральной части элемента, а отнретинтолько на окружностиЗначения ралиуса ппрали ог Чсг=л (и=3 05 ччЧг=2 л; р = 6,1 ч ч;Чч= 4 л; р = 7, 2 хс ч,Ч 4=-, - л; р,=8,13 чм 3 сг=Зл; рч=9,15 мч,Р=,).л; ( =10,17 чч; Ю ср;= -л; р;=11,18 чч:исг,=4 л; р=(2,20 ччНа основании этих расчетов изготовлена насадка из листовой стали Х 18 Н 10 Т с наружным диаметром элемента 25 мм, высотой 25 мм и толщиной 0,6 мм.Сравнительные эксперименты по определению эффективности насадок проведены на ректификационной колонне диаметром 150 мм, высотой слоя насадки 1,2 м.В качестве контрольной смеси использовали смесь толуол - метилциклогексан (содержание метилциклогексана 20 мас. %),Эффективность насадок определяли при полном возврате флегмы.В процессе работы колонны без отбора дистиллата отбирали небольшие пробы из куба и головки колонны, определяли в них концентрацию легколетучего компонента. Найденные значения концентраций подставляли в уравнение Фенске и определяли число теоретических тарелок. Зная число теоретических тарелок и высоту насадки в колонне, находили высоту эквивалентную теоретической тарелке.Таким образом были определены ВЭТТ четырех типов цилиндрических насадок, изготовленных из стали:а) кольца Паля 25)(25)( 0,6;б) предлагаемая насадка 25 Х 25 Х 0,6, но с диаметром отверстий 11 мм;в) предлагаемая насадка 25 Х 25 Х 0,6, но с диаметром отверстий 7 мм;г) и редла гаема я насадка 25 Х 25 Х 0,6 (фиг. 1 и 3).Ниже представлены сравнительные значения ВЭТТ для этих насадок:ВЭТТ, % Тип насадки 131 Кольца ПаляНасадка с диаметром отверстий11 ммНасадка с диаметром отверстий7 ммПредлагаемая насадка 108 1 О 100 10 Формула изобретения г.,где р, - угол спирали Архимеда;О - диаметр элемента насадки;а - постоянная спирали Архимеда;р - радиус спирали Архимеда. Насадка для тепломассообменных аппаратов, выполненная в виде цилиндрического 15 кольца с высотой, равной диаметру, с рас. положенным внутри элементом, имеющим равномерно расположенные отверстия, отличающаяся тем, что, с целью интенсификации тепломассообменных процессов за счет увеличения поверхности контакта фаз, 20 улучшения смачивания и омывания потоками поверхности насадки, элемент выполнен в виде спирали Архимеда, наружный конец которой прикреплен к кольцу, при этом диаметры д, отверстий удовлетворят выражению 25 ,р 5 еф-йе с 1,=2р +(Р) очад лта нного комитета по и ибр 0:35, Мсн ква, Ж 35, Ра иалательекий комбинат ач дновКорректор 11:р.веи инаивениоткрывании ири 1 А 11 .(, 1ииб а 15У,к