Насадка пленочного аппарата

(19 Г 1 1) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Сибирский технологический институт (72) Н,А,Воинов и Н.А.Николаев (56) Книга В.Н,Соколов, И,В,Доманский "Газожидкостные реакторы" Машиностроение, 1976 гстр, 14, рис.б.А,С,СССР ГФ 1472083 В 01 О 3/28, 1989,(54) НАСАДКА ПЛЕНОЧНОГО АППАРАТА (57) Изобретение относится к конструкциям насадки пленочного аппарата, предназнацена для проведения тепло- и массообменных процессов, и может найти широкое применение в химической, микробиологичеИзобретение относится к конструкциям трубчатой насадки пленочного аппарата, предназначенного для проведения тепло- и массообмена между жидкостью и газом и может найти применение в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности.Известна трубчатая насадка в пленочном реакторе со свободно стекающей жидкостной пленкой, состоящей из корпуса, горизонтальных перегородок, делящих аппарат на секции, трубчатых насадок, выполненных из цилиндрических труб в верхней части которых установлен распределитель жидкости, а в нижней части газовый патрубок,Однако укаэанная трубчатая насадка имеет малую пропускную способность по жидкости, толщина жидкостной пленки не 1)5 В 01 О 3/26, В 01 Л 19/32 ской и других отраслях промышленности, Целью изобретения является увеличение эффективности и удерживающей способности насадки за счет улучшения перемешивания жидкостей пленки, Жидкость поступает в зазор, образованный внутренней поверхностью трубы 1 и распределителем жидкости 2, и, стекая по виткам подвижной упругой спирали 3 в виде жидкостной пленки толщиной 10 - 26 мм, интенсивно насыщается газом и перемешивается. При этом по мере заполнения зазора между патрубком 4 и трубой 1 патрубок совместно с витками упругой спирали 3 перемещается вниз, а после удаления жидкости с отбортовки 5 патрубка 4 витки упругой спирали поднимаются, 3 з,п,ф-лы, 3 ил. превышает 2-3 мм, обладает низкой эффективностью по причине слабого перемешивания жидкостной пленки. Наиболее близкой по технической сущности является насадка пленочного аппарата, состоящая из цилиндрической трубы, снабженная стаканом с продольными выступами, распределителем жидкости, проволочной спирали, витки которой наклонены к оси насадки на угол 10 - 600,Указанная насадка имеет существенную производительность, толщина жидкостной пленки достигает 3-20 мм, однако насадка обладает низкой эффективностью по причине недостаточного перемешивания жидкостной пленки.Целью изобретения является увеличение эффективности и удерживающей спо5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 собности насадки, за счет улучшения перемешивания жидкостной пленки,Для достижения указанной цели в насадке пленочного аппарата, состоящей из цилиндрической трубы, распределителя жидкости, подвижной упругой спирали, верхний конец которой закреплен и установлен в зазоре, образованном цилиндрической трубой и распределителем жидкости, в нижней части насадки на конце упругой спирали жестко с ней установлен подвижный патрубок, нижний конец которого отбортован к поверхности цилиндрической трубы, причем отношение длины упругой спиралис к длине цилиндрической трубы равнос/ = 0,8-1,1,Витки упругой спирали наклонены к оси насадки на угол 61 - 85.По длине упругой спирали установлено несколько подвижных патрубков, причем отношение диаметра цилиндрической трубы к диаметру нижнего основания отбортованного патрубка равно б/бо = 1,5 - 3,0,Наличие в нижней части насадки на конце упругой спирали жестко установленного подвижного патрубка, отбортованного к поверхности цилиндрической трубы при выполнении отношения длины упругой спирали с к длине цилиндрической трубы 1, равного 1 с/ = 0,8 - 1,1, обеспечивает виткам упругой спирали возвратно поступательное движение, что улучшает перемешивание жидкостной пленки, увеличивает эффективность и удерживающую способность насадки.Возвратно-поступательное движение спирали обусловлено тем, что при движении подвижного патрубка вместе с витками упругой спирали вверх, жидкостная пленка накапливается в зазоре, образованном внутренней поверхностью трубы и наружной поверхностью подвижного патрубка. После накопления жидкости в зазоре за счет веса подвижный патрубок совместно с витками упругой спирали перемещается вниз, При выходе патрубка из нижнего торца цилиндрической трубы жидкость, накопившаяся в зазоре, за счет центробежной силы отбрасывается в сторону, а (облегченный) патрубок за счет упругой спирали вновь перемещается вверх, Таким образом осуществляются возвратно-поступательное движение упругой спирали и интенсивное перемешивание жидкостной пленки (толщиной 10 - 26 мм) на поверхности цилиндрических труб витками упругой спирали,Улучшение перемешивания жидкостной пленки позволяет увеличить эффективность массообмена (в данном случае в 1,3 - 1,6 раз), и удерживающую способность насадки) толщину жидкостной пленки в 1,3 раза),Жесткое крепление подвижного патрубка к концу упругой спирали обеспечивает возвратно поступательное движение витков спирали совместно с патрубком,Отбортовка нижнего конца подвижного патрубка обеспечивает задержание и накопление жидкости в кольцевом зазоре, образованном внутренней поверхностью цилиндрической трубы и подвикностью подвижного патрубка, что обеспечивает движение спирали и улучшает перемешивание жидкостной пленки.Наличие отношения длины упругой спирали к длине цилиндрической трубы, равного 0,8-1,05, обеспечивает работоспособность насадки, ее эффективность и производительность. При выполнении отношения менее 0,8 подвижный патрубок оказываетсяутопленным внутри цилиндрической трубы, т.е, не выходит из торца трубки и не обеспечивает тем самым возвратно поступательное движение, а следовательно, и перемешивание. При выполнении отношения более 1,05 подвижный патрубок не перемещается вследствие того, что жидкость не накапливается в зазоре между подвижным патрубком и цилиндрической трубой,Диапазон отношения 0,8-1,05 зависит от конструктивного выполнения упругой спирали, режимов движения жидкостной пленки и физических свойств жидкости.Выполнение витков упругой спирали с углом 61 - 85 о обеспечивает максимальную удерживающую способность трубчатой насадки вследствие движения витков упругой спирали, При угле менее 61 удерживающая способность насадки падает вследствие низкой центробежной силы, вызванной недостаточной круткой жидкостной пленки,Выполнение угла наклона витка более 85 также понижает удерживающую способность насадки вследствие резкого уменьшения расстояния между выступами.Представлены экспериментальные данные по средней толщине жидкостной пленки д в зависимости от угла наклона витков упругой спирали к оси насадки, полученные при числе Рейнольдса пленки 45000 и диаметре витков 5,5 мм.Максимальная толщина жидкостной пленки, а следовательно и удерживающая способность наблюдается при угле, равном61 - 85 (см. фиг. 1).Наличие подвижных патрубков, установленных по длине насадки при обеспечении отношения диаметра цилиндрической трубы к диаметру нижнего основания отбортовки, равного 1,5 - 3,0, позволяет увеличитьудерживающую способность насадки, что вызвано накоплением жидкости в зазоре между подвижным патрубком и цилиндрической трубой, При выполнении отношения менее 1,5 жидкостная пленка не успевает проходить в зазор, образованный цилиндрической трубой и отбортовкой подвижного латрубка, что недопустимо. При выполнении оношения более 3,0 жидкость не накапливается в зазоре, образованном цилиндрической трубой и подвижным патрубком, что также не приводит к увеличению удерживающей способности насадки, Возвратно поступательное движение в этом случае достигается следующим образом,При заполнении зазоров, образованных подвижными патрубками и подвижностью цилиндрической трубы, патрубки и витки упругой спирали начинают перемещаться вниз, упругая спираль растягивается, расстояние между витками увеличивается, что приводит к уменьшению толщины пленки жидкости, которая свободно начинает проваливаться в зазор, образованный поверхностью цилиндрической трубы и отбортовкой подвижных патрубков. вследствие чего жидкость сливается с отбортовки патрубка, а облегченные подвижные патрубки вместе с витками упругой спирали поднимаются, При этом расстояние между витками уменьшается, средняя толщина жидкостной пленки увеличивается и жидкость вновь заполняет зазор, образованный подвижными патрубками.На фиг, 1 представлен график зависимости средней толщины жидкостной пленки от угла наклона витков упругой спирали; на фиг. 2 - общий вид насадки; на фиг, 3 - общий вид насадки с подвижными патрубками, установленными по длине,Трубчатая насадка пленочного аппарата состоит из цилиндрической трубы 1. распределителя жидкости 2, подвижной упругой спирали 3, на конце которой установлен подвижный патрубок 4, нижний конец которого имеет отбортовку 5.В случае установки подвижного патрубка 4 на конце упругой спирали 3 отношение длины упругой спирали к длине цилиндрической трубы 0,8 - 1,1.Диаметр витков упругой спирали выполняется 0,8 - 15 мм,Диаметр цилиндрической трубы 1 равен 30 - 120 мм.В случае установки подвижных патрубков по длине цилиндрической трубы отношение диаметра цилиндрической трубы к диаметру нижнего основания отбортовки 1,5 - 3,0. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Трубчатая насадка пленочного аппарата работает следующим образом.Жидкость поступает в зазор, образованный внутренней поверхностью цилиндрической трубы 1 и распределителем жидкости 2, приобретает там вращательно поступательное движение между витками спирали 3, а затем в виде жидкостной пленки (толщиной 10 - 26 мм) стекает вниз, интенсивно насыщаясь при этом газом, поступающим в полость цилиндрической трубы 1 через распределитель жидкости 2. При этом по мере заполнения зазора между подвижным патрубком 4 и трубой 1 подвижный патрубок совместно с витками упругой спирали 3 перемещается вниз, а после удаления жидкости с отбортовки 5 подвижного патрубка 4 витки упругой спирали поднимаются. Таким образом во время работы насадки осуществляется интенсивное допол нител ьное перемеши вание жидкостной пленки и увеличивается удерживающая способность.Параметры трубчатой насадки, на которой реализовано пленочное течение, следующие;диаметр цилиндрической трубы - 82 мм; длина цилиндрической трубы - 1,6 м; диаметр витков упругой спирали - 5,5 мм;диаметр подвижного патрубка - 20 мм, В качестве исследуемой жидкости использовался конденсат водяного пара. В ходе исследований измерялась средняя толщина жидкостной пленки методом мгновенной отсечки и процесс абсорбции кислорода жидкостной пленкой, При установке неподвижных витков спирали с углом наклона витка 80 и числе Рейнольдса пленки 45000 средняя толщина пленки составила 10 мм, коэффициент массоотдачи ф= 1,5.10 м/с.При исследовании подвижной упругой спирали при вышеуказанных условиях толщина жидкостной пленки составила 15 мм, а коэффициент массоотдачи 3 10 м/с.Таким образом наличие дополнительного перемешивания жидкостной пленки увеличивает удерживающую способность и ее эффективность.Установка подвижного отбортованного патрубка жестко с витками упругой спирали, обеспечение спирали возвратно поступательного движения позволяет увеличить удерживающую способность трубчатой насадки и эффективность, что снижает высоту пленочного аппарата и энергозатраты и приводит к уменьшению себестоимости выпускаемого продукта.Формула изобретения 1, Насадка пленочного аппарата, содержащая цилиндрическую трубу, распределитель жидкости, упругую спираль, верхний конец которой закреплен и установлен в зазоре, образованном цилиндрической трубой и распределителем жидкости, о т л и ч аю щ а я с я тем, что, с целью увеличения эффективности и удерживающей способности за счет улучшения перемешивания жидкостной пленки, в нижней ее части она снабжена расположенным на конце упругой спирали жестко с ней установленным патрубком, нижний конец которого отбортован к поверхности цилиндрической трубы, причем отношение длины упругой спирали 1 с к длине цилиндрической трубыравно 0,8- 1,1,52, Насадка по п,1, о т л и ч а ю щ а я с ятем, что витки упругой спирали наклонены к оси насадки на угол 61-85 .3, Насадка по п,1, о т л и ч а ю щ а я с я 10 тем, что патрубки установлены по длине упругой спирали, причем отношение диаметра цилиндрической трубы О к диаметру нижнего отбортованного патрубка О, равно 1,5- 3,0.1761174 Составитель С,БарановаТехред Ч,Моргентал Корр еда кто оизводственно-издательский комбинат "Патент". г, Ужгород ул.Гагарина. 101 каз 3205 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва. Ж, Раушская наб 4/5