Регулярная насадка

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН ЯО А 1 50 4 В 01 0 53/ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ К АВТОРСКОМУ С ЕПЬСТВ и Жив аикин,янин ССР 973.вент 288 с. ищев е с.=1,3 с н наружщина стен л.,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ(56) Рамм В.М., Абсорбция газоМ.: Химия, 1976, 655 с ил.Авторское свидетельство СФ 482181, кл. В 01 П 53/20, 1Талиев В,Н. Аэродинамика иляция. М.: Стройиздат, 1954,Живайкин Л.Я., Алексеев В.А Мальцев В.Е. Гидравлическое сопротивление регулярной трубчатой насадки - Межвузовский сборник научных трудов "Конструирование и расчет аппаратур- ного оформления процессов разделения в химической технике". М., 985, с. 99-103..1,57 Изобретение относится к химической, нефтехимической, газодобывающей, п ой и др. отраслям промышленности и может быть использовано для проведения процессов абсорбций, рекф и очистки газов. Цельр ия - повьппение эффективности работы насадки и снижение гидравлического сопротивления. Эффективность работы насадки повьппается за, счет обеспечения равенства скоростей газа в ее каналах. Гидравлическое сопротивление снижается за счет увеличения живого сечения насадки и исключения местных сопротивлений де-: ления и сжатия потока на входе в насадку и слияния отдельных потоков на выходе из нее. Сущность изобретения состоит в том, что в регулярной насадке для тепломассообменных аппаратов вертикального расположенные трубы установлены относительно друг друга с зазором так, чтобы эквивалентный диаметр труб был равен эквивалентному диаметру межтрубных кана- ф лов. Кроме того, каждая труба по всей длине выполнена с двусторонними локальными пережимамй, каждЫй последую-. С, щий пережим выполнен повернутым отноо сительно предыдущего на угол 90 причем большая ось овала в сечении двустороннего локального пережима: трубы больше ее наружного диаметра и меньше расстояния между наружными поверхностями, соседних с ней труб. Шаг между трубами определен по форму.й(й-), где е - еаг;ный диаметр труб; 3 - толи трубы. 1 з.п. ф-лы,абл, 1 135Изобретение относится к химической и другим отраслям промышленности и может быть использовано для пронедения массообменных процессов н системмк газ (пар) - жидкость.Целью изобретения является понышение эффективности работы насадки эа счет обеспечения равенства скоростей газа н ее каналах, снижение гидранлического сопротивления.На фиг. 1 изображена регулярная насадка, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-Л на фиг. 1; на фиг,З - труба с двусторонними локальными пережимами н аксонометрической проекции на фиг. ч - сечение Б-Б на фиг. 3; на фиг. 5 - сечение В-В на фиг.З; на фиг. 6 - сечение Г-Г на фиг.З; на фиг. 7 - схема расчета шага.Регулярная насадка (фиг. 1-3) размещенная в корпусе 1, содержит вертикально расположенные трубы 2, установленные относительно друг друга с зазором, причем шаг размещения труб определен по формуле где й - наружный диаметр труб,3 - толщина стенки труб,Для дальнейшего повышения эффективности работы каждая труба повсей длине выполнена с двустороннимилокальными пережимами, каждый последующий пережим выполнен повернутымоотносительно предыдущего на угол 90причем большая ось овала н сечениидвустороннего локального пережиматрубы больше ее наружного диаметраи меньше расстояния между наружнымиповерхностями соседних с нею труб.Кроме того, каждая труба 2 повсей длине выполнена с двустороннимилокальными пережимами (фиг. 3), каждый последующий пережим выполненповернутым относительно предыдущегона угол 90 , причем большая ось ова. -ола н сечении двустороннего локально го пережима трубы больше ее наружного диаметра и меньше расстояниямежду наружными поверхностями соседних с нею труб.Регулярная насадка работает следующим образом.жидкость с помощью распределителей игаз подают сверху. При их нзаимодейстнии получают газожидкостнуюсмесь, которая, двигаясь сверху вниз, 1639 2 50 55 10 15 20 25 30 35 40 45 с одинаковой скоростью поступает втрубы 2 и межтрубные каналы. Гаэ отбрасынает частицы жидкости на внутреннюю и наружную поверхности труб 2за счет того, что его скорость вомного раз больше, чем скорость жидкости (предлагаемая насадка устойчиво работает при скорости газа до 5060 м/с), При этом на внутренней инаружной поверхностях труб 2 образуется пленка жидкости, взаимодействующая с газовой фазой.Кроме того, жидкость, стекая пленкой по цилиндрическому участку трубы2 с двусторонними локальными пережимами, срывается потоком газа с ихкромок и диспергируется на капли,что приводит к увеличению поверхности контакта фаэ и обновлению межфазной поверхности, а значит,и к дальнейшему повышению эффективности работы аппарата, Угол поворота соседнихпо высоте трубы пережимов выполненоравным 90 , что обеспечивает наиболее полное перераспределение пленкижидкости по понерхности трубы припереходе очередного пережима, наиболее интенсивную турбулизацию и обновление поверхности контакта фаэ.Насадка данной конструкции успешно работает в режиме восходящего прямотока,.и противотока,Местные сопротивления деления газового потока на входе в насадку ислияния отдельных потоков на выходеиз нее имеют значительную величинупри различных скоростях газа в каналах насадки.В предлагаемой насадке скоростигаза в ее каналах одинаковы. В этихусловиях гидравлические сопротивления деления и слияния потоков близ-ки к нулю и определяющим является .сопротивление трения в каналах насадки,Гидравлическое сопротивление насадки должно быть равно гидравлическому сопротивлению каждого канала.ПоэтомуР Рг(2)Подставляя в условие (2) уравне" ние Дарси-Вейсбаха, получаемг г- (3)1 з 2 с 1 эг 2где Ъ Ъ .- коэффициенты сопротивления трения каналов насадки;33561 - длина труб цли вьсота павсадки;с 1 ,с 1, - эквивалентные диаметрымежтрубцого и трубногоканалов;Я, - плотность газа;ю, 1 чг - относительные скоростигаза в каналах насадки(индекс "1" относится к межтрубцым О каналам, индекс "2" - к трубным),Известно, что для квадратичной области турбулентного режима коэффициент сопротивления трения является постоянным Ъ, = % =Х Тогда иэ урав нения (3) получаем,с 1 э, )акс эгИз выражения (4) следует, чтос э 20 - или ъ,=ч при =1.с эг.Таким образом, условием равенства скоростей газа в каналах насадки является равенство их эквивалентных диаметровссэг (5)(5) является условием равенства скоростей газа в каналах насадки и притурбулентном режиме, описываемымуравнением Блазиуса,Принимаем размещение труб по вершинам равносторонних треугольников,Для удобства расчета рассмотрим размещение трех трубок в вершинах равностороннего треугольника (фиг. 4),Площадь треугольника равняется1 1 . о 4 Т5 = - сЬ= -зг.и б 0= - е.ао,оог 4Площадь межтрубного пространствавыбранного треугольника определяетсякак разность площади треугольникаи наружных поверхностей труб, входящих в треугольник1 -3 г 1 ндндвсвег ьооог 2 т 42 4Площадь о,0,00 содержит половику сечения трубы и сечение фигуры АВСРЕР, Следовательно, к целой трубе относится сечение межтрубного пространства, равное удвоенному сечению фигуры АВСРЕГ-ГЗ г -,ЯБ =25м,т дьсоеГ 2 4Эквивалентные диаметры трубы и межтрубного пространства определяются 30355055-3 г 7 с 14( -- -- ")т 4уравнению (5) получаем 23 с -с 1г сРешая последнее уравнение относительно с, получаем формулу (1),Размещение труб 2 (фиг, 1-2) с шагом, определенным по формуле (1), позволяет повысить эффективность работы насадки эа счет сэбеспечения равенства скоростей газа в ее каналах, снизить гидравлическое сопротивление эа счет увеличения живого сечения насадки ц исключить местные сопротивления деления и сжатия потока на входе в насадку и слияния отдельных потоков на выходе иэ нее,Такая конструкция насадки позволяетиспользовать для массообмена трубныеи межтрубцые каналы,Каждан труба 2 по всей длине выполцец с двусторонними локальными перекимами (фиг. 3), каждый последующий пережим выполнен повернутым отноб сительно предыдущего на угол 90 причем большая ось овала в. сечении двустороннего локального пережиматрубы болтше ее наружного диаметра именьше расстонцин между наружнымиповерхностями соседних с нею труб.Такая конструкция насадки при незначительном повышециц ее гидравлического сопротицлецин позволяет повыситьэффективность работы насадки за счеттурбулиэациц Фаз, увеличения поверхности контакта фаз и обновления межфазцой поверхности. Угол поворотасоседних по высоте трубы пережимововыполнен равным 90 , что обеспечивает наиболее полное перераспределениепленки жидкости по поверхности трубыпри переходе очередного пережима,наиболее интенсивную турбулизациюи обновление поверхности контакта/фаэ,Проведены исследования гидродинамики ц массообмеца в аппарате с предлагаемой насадкой ( 1, табл. 1), с насадкой при плотцой упаковке труб ( 2, табл. 1). Исследования проводи" ли в режиме нисходящего прямотока в цилиндрическом корпусе из оргстекла вцутреццым диаметром 35 мм. На-садки изготовлены из стеклянных трумежтрубных ных каналов каналов 17,2 263 13,4/11 49 119 11,0 84,2 19/16 40 4,20 16,0 76 307 5 1351бок длиной 0,5 м. Характеристиканасадок приведена в табл.Исследования предлагаемой насадки(В 1) показали, что скорости газа вее каналах практически одинаковы 5(см. табл. 2) . Результаты исследований гидродинамики сухой предлагаемой насадки(У 1) и насадки при плотной упаковке 1 Отруб (У 2) приведены в табл. 3.ДЬнные табл. 3 пЬкаэывают, чтогидравлическое сопротивление предлагаемой насадки примерно в 1,5 разаменьше гидравлического сопротивления известной.Для определения массообменных характеристик насадок проведены эксперименты по десорбции диоксида углерода иэ воды в воздух. По результатамопытов определяли эффективность десорбции (КПД аппарата) по Формуле= - -фф оо (ц,бчгде- эффективность десорбции (И 1 Д 25аппарата), Е;СвС, - концентрация диоксида углерода в воце на входе в насадкуи выходе из нее, г/л. 30 Результаты некоторых опытов, показывающих зависимость эффективности десорбции от скорости газа в колонне для предлагаемой насадки 1,Ф 1) и насадки при плотной упаковке труб (Р 3) приведены в табл. 4.Данные табл. 4 показывают, что в исслецованном диапазоне скоростей эффективность десорбции предлагаемой насадки в среднем в 1,34 раза выше, чем известной. Таким образом, установка труб относительно друг друга с зазором таким, чтобы шаг из размещения был определен по формуле (1), обеспечивает равенство скоростей газа в трубах и межтрубных каналах, увеличивает эффективность работы насадки и снижает ее гидравлическое сопротивление.Кроме того, двусторонние локальные пережимы позволяют интенсифицировать процесс массопередачи эа счет турбулиэации пленки жидкости и увели- чения поверхности контакта фаэ. Формула изобретения Регулярная насадка для тепломассообменных аппаратов, содержащаявертикально раслоложенные трубы,о т л и ч а ю щ а я с я тем, что,с целью увеличения эффективности ееработы за счет обеспечения равенстваскоростей газа в каналах насадки иснижения гидравлического сопротивления, трубы установлены относительнодруг друга с зазором, шаг размещениятруб 1 определен по формулет=1,35 а(1-6),где Й - наружный диаметр труб;оо - толщина стенки трубы,. 2, Насадка по и, 1, о т л и ч а ющ а я с я, тем, что каждая труба повсей длине выполнена с двустороннимилокальными пережимами, каждый последующий пережим выполнен повернутымоотноаительно предыдущего на угол 90при этом большая о:ь овала в сечении,цвустороннего локального пережиматрубы больше ее нчружного диаметраи меньше расстояния между наружнымиповерхностями соседних с нею труб.1351639 ондор Корректор Л. Пилипенк аказ 55 писн олиграфичесйое предприятие, г. ужгород, ул. Проектная роизводстве Составитель Редактор Н. Швыдкая Техред И,Ве/6 Тираж 657 ВНИИПИ Государственного комитета С по делам иэобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб