Регулярная насадка

СОЮЗ СО 8 ЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 19) 01) 4 В 01 П 53/2 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ. е нностффекти е гидность с ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(21) 4179576/31-26(56) Рамм В.М. Абсорбция газов.М.: Химия, 1976, с, 655.Авторское свидетельство СССРР 482181, кл. В 01 й 53/20, 1973,Живайкин Л.Я Алексеев В.А.,Мальцев В,Е. Гидравлическое сопротивление регулярной трубчатой насадки,Межвузовский сборник научных трудов."Конструирование и расчет аппаратурного оформления процессов разделенияв химической технике. " М.: 1985,99-103..кой, нефтехимической, газ одобывпищевой и др. отраслям промышлеЦепь изобретения - повышение звности работы насадки и снижениравлического сопротивления. Сущизобретения состоит в том, что лярная насадка для массообменных аппаратов, содержащая пучок труб 2,касающихся друг друга боковыми ловерхностями, снабжена продольно оребренными трубками 3 меньшего диаметра,соосно установленными внутри труб 2большего диаметраКроме того, продольные ребра 4 выполняют либо в виде фплоских, либо в виде криволинейныхпластин. На наружной поверхности труб ф ф2 выполнены канавки, расположенные од С,на напротив другой, Эффективность работы насадки повышается за счет обе1431817 поверхностью труб 2, наружной поверхностью трубок 3 и поверхностями ребер 4, Газ отбрасывает частицы жидкости на внутренние и наружные поверхности труб 2 и трубок 3, а также на ребра 4 за счет того, что его скорость во много раз больше, чем скорость жидкости (предлагаемая насадка устойчиво работает при скорости газа до 50- 10 60 м/с); При этом на внутренних и наружных поверхностях труб 2 и трубок 3, а также ребер 4 образуется пленка жидкости, взаимодействующая с газовой фазой.15 Для более эффективного выравнивания скоростей газа в межтрубных каналах, образованных наружными поверхностями труб 2, на этих поверхностях выполнены канавки 5, расположенные од. Ю на напротив другой. С помощью канавок межтрубное прбстранство, образо ванное наружными поверхностями труб2, из системы изолированных один от другого каналов превращается в единый канал, что приводит к выравниванию скоростей газа и перераспределению жидкости в случае неравномерного распределения фаз перед фронтом насадки.0 Канавки также способствуют турбулизации жидкой пленки, интенсивному обновлению поверхности контакта фаз, что еще более повышает эффективность работы аппарата.Описана работа предлагаемой насадки в режиме нисходящего прямотока.Предлагаемая конструкция насадки успешно работает в режиме восходящего прямотока и противотока..спечения равенства скоростей газа вее каналах и повышения ее удельнойповерхности, Гидравлическое сопротивление снижается эа счет исключенияместных сопротивлений деления и сжатияпотока на входе в насадку и слияния,Изобретение относится к химической и другим отраслям промышленностии может бьггь использовано для проведения массообменных процессов всистемах газ (пар) - жидкость.Пелью изобретения является увели,чение эффективности работы насадки засчет равномерного распределения фаэпо каналам насадки и увеличенияудельной поверхности насадки,На фиг, 1 изображена регулярнаянасадка с продольно оребренными трубками, вид сверху; на Фиг. 2 - элемент насадки с продольными ребрами,выполненными в виде плоских пластин,вид сверху; на Фиг, 3 - то же, с продольными ребрами, выполненными в видекриволинейных пластин; на фиг. 4вид А на фиг, 1 (для труб, на наружной поверхности которых выполнены канавки).Регулярная насадка, размещеннаяв корпусе 1, состоит из пучка труб 2,касающихся друг друга боковыми по".верхностями, и оребренных трубок 3меньшего диаметра, соосно установленных внутри труб 2, при этом высота ребер 4 определяется по формуле. Ребра4 (Фиг. 1) выполнены в виде продольного оребрения трубок 3Кроме того,ребра 4 могут выполняться в виде плоских (фиг. 2) или в виде криволинейных(Фиг3) пластин.На наружной поверхности труб 2 выполнены канавки 5, расположенные напротив друг друга (фиг, 4),Регулярная насадка работает слеДУющим образом,Жидкость с помощью распределителейи газ подают сверху. При их взаимо"действии получают газожнцкостнуюсмесь, которая, двигаясь сверху вниз,с одинаковой скоростью, поступает втрубки 3, межтрубные каналы, образованные наружными поверхностями труб 2,и в каналы, образованные внутренней отдельных потоков на выходе из нее. Предлагаемое изобретение может бьггь использовано для проведения процессов абсорбции, ректификации и очистки газов, 3 э.п. Ф-лы, 4 ил. Местные сопротивления деления газового потока на входе в насадку и слияние отдельных потоков на выходе из нее имеют значительную величину при различных скоростях газа в каналах насадки.(2) п = 2 а+1,В предлагаемой насадке скорости газа в ее каналах одинаковы. В этих условиях гидравлические сопротивления деления и слияния потоков близки к нулю и определяющим является сопротивление трения в каналах насадки.Гидравлическое сопротивление насадки должно быть равно. гидравлическому сопротивлению каждого. канала. ПоэтомуРт 1 Ртр 1 РтрЭ и (1) Подставляя в равенство (1) уравнение Ларси-Вейсбаха, получают Внутренний диаметр корпуса при плотной упаковке труб большего диаметра (й = 0) равен 1) + 0 н = и 0 н= (2 а+1)0 ц,(6)сечение и смоченный периметр каналов;внутренний диаметркорпуса аппарата;наружный диаметр труббольшего диаметрамишаг разбивки труб;число труб в диагоналишестиугольникагде Л - Л Э - коэффициенты сопроти 4вления тр ения каналовнасадки;1 - длина труб или высотанасадки;й " Й - эквивалентные диаметрыЭ 1 ЭЗканалов межтрубногопространства труб большого диаметра, трубокмалого диаметРа И= Й) и каналов в кольце.вом пространстве междутрубами и трубками;о - плотность газа; 35гьэ - юз - относительные скорости1газа в каналах насадки.Известно, что для квадратичной области турбулентного режима коэффициент сопротивления трения является постоянным Л, =Л= Л,. (3)1Тогда на Основании выражения (2) усло 4 вию равенства скоростей газа в каналах насадки ( ц 1 = ю = 44) = и 1) соответствует равенство эквивалентных диаметров каналовБОйэ = 41 Эт = ; - 1 з(4)Нетрудно доказать, что равенство(4) является условием равенства скоростей газа в каналах насадки и при турбулентном режиме, опысываемом уравнением Блазиуса.Эквивалентный диаметр каналов межтрубного пространства труб большего диаметра где а - число шестиугольников,При принятом способе размещениятруб их число и определяется из уравнения(8)и = За + За + 1Откуда1 1 4 п а =+- аа (9)2 2 3Подставляя (6), (7), (8) и (9) ввыражение (5) и учитывая, что Йэ 1 = йэ = й, после несложных преобразований получают44, й 14 п -1-1 Зи ц 34 п - 1 +1 ЗВыполнение соотношения д/0 н в соответствии с формулой (10) обеспечивает равенство скоростей газа и плотности орошения жидкости в каналахмежтрубного пространства труб боль,шего диаметра и в трубках меньшего размера,Рассмотрим далее условие равенст.ва скоростей подачи фаз в трубки меж"шего размера и каналы кольцевого зазора между трубами и трубками.Эквивалентный диаметр каналов вкольцевом зазоре между трубами и трубкамигде Ь, П - сечение и смоченный периметр каналов;а, ам - внутренний и наружныйдиаметры трубки меньшегоразмера;Е - число ребер;Р " внутренний диаметр труббольшего размера;НР, дР - высота и толщина ребер,Величинами 4 НРИ и 2 д вследствие их малости пренебрегают. Тогда, имея в виде равенство а = а, полу- чают 10 25 в-а.Н ч,(13) Подставляя выражение (13) в уравнение (12) и решая его относительно ЗО Е, получают(р + а) (э - гасР ) (,4) а(в - а) 35 Если р асч ет кое число р ебер Е отклоняется от целого числа Х не более, чем на +153, то принимают Е = И 0" ани Н(Фиге 1 )Р 2 40 Если рассчитанное по Формуле (14) число ребер значительно отличается от целого числа, принимают целое (предпочтительно четное) число ребер и определяют их высоту по формуле, вытекающей из уравнений (12),Н ---- "-(15)геа50 В этом случае возможны два варианта.Первый из них соответствует случаю, когда принятое целое число ребер больше рассчитанного по уравнению (14). При этом высота ребер меньше ширины кольцевого канала:0 - аН 4- - - - .2 55- И 15а р ееейтее . (12)эз2 Е1 + ан + НР7Расчет числа ребер Е и их высоты Н , обеспечивающих равенство зквива лентных диаметров каналов а = а ща, необходимо проводить в следующей последовательности. Вначале принимают радиальные ребра высотой, равной ширине кольцевого канала Второй иэ них соответствует случаю, когда принятое целое число ребер меньше рассчнтанного по уравнению (14). При этом высота ребер больше ширины кольцевого канала:и - анН2Снабжение насадки оребреннымитрубками меньшего диаметра соосно установленных внутри труб большего диаметра с высотой ребер, определяемыхпо формуле, позволяет повысить эффективность работы насадки за счет обеспечения равномерного распределенияфаэ в ее каналах и увеличения удельной поверхности насадки, уменьшитьгидравлическое сопротивление за счетисключения местных сопротивлений деления и сжатия потока на входе внасадку, и слияния отдельных потоковна выходе из нее.Выполнение ребер в виде плоскихили в виде криволинейных пластин, сохраняя преимущества насадки по и. 1,увеличивает высоту ребер, а следовательно, и удельную поверхность насадки.Выполнение на наружной поверхноститруб большего диаметра канавок, расположенных одна напротив другой, обеспечивает дальнейшее повышение эффективности работы насадки за счет перераспределения фаз по поперечномусечению аппарата, турбулизации пленкижидкости и увеличения поверхностиконтакта фаз,Практически весь объем колонны снисходящим прямоточным движением фазс предлагаемой насадкой работает,при больших скоростях газа (1030 м/с и вьппе), что значительно снижает объем аппарата (его габаритныеразмеры) при заданной производительности, уменьшает его металлоемкость истоимость изготовления.П р и м е р . Проводят очисткуобжигового газа от двуокиси серы(БО) в производстве окиси алюминияв аппарате с предлагаемой насадкойпри производительности по газу16500 м/ч и расходу жщкости 50 мф/ч,Скорость газа в каналах насадки14 м/с, диаметр корпуса аппарата0,65 м, а высота 2,5 м.При этих условиях вес аппаратасоставляет 2,3 т, а гидравлическоесопротивление 950 Па, 1431817При заданных расходах жидкостии газа в производстве окиси алюминия работает промьшсленная колонна с насадкой из колец Рашига и имеет габа -5 риты: диаметр корпуса аппарата 2,8 м, высота 14,7 м, скорость газа 1 м/с.При этих условиях вес аппарата составляет 39 тонн (в 17 раз больше веса предлагаемого аппарата), а гидравлическое сопротивление составляет 4410 Па (в 4,6 раэ больше гидравлического сопротивления предлагаемого аппарата).15Формула изобретения 1. Регулярная насадка для массо- обменных аппаратов, выполненная иэ пучка труб, касающихся одна другой бо.2 О ковыми поверхностями, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью увеличения эффективности ее работы за счет равномерного распределения фаз по каналам насадки и увеличения ее 25 удельной поверхности, она снабжена продольно оребренными трубками меньшего диаметра, соосно установленнымивнутри труб большего диаметра, приэтом высота ребер определяется поформуле 7В+с 1 н)(0-2 с 1 ср )Р 2 гс 1 н где Н, г - высота и число ребер; Л - внутренний диаметр труб большего диаметра;" с 1 н- соответственно внутренний, средний и наружный диаметры трубок меньшего диаметра.2, Насадка по и. 1, о т л и ч аю щ а я с я тем, что продольные ребра выполнены в виде плоских пластИн,3Насадкапоп1, отличаю щ а я с я тем, что продольные ребра выполнены в виде криволинейныхпластин.4. Насадка по пп. 1-3, о т л и - ч а ю щ а я с я тем, что на наружной поверхности труб большего диаметра выполнены канавки, расположенные одна напротив другой,Сондов корректор В, Романенко Редактор А. Шандор Заказ 53 б 9/7 Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 Тираж 642 ВНИИПИ Государственно по делам изобретен 113035, Москва, Ж, РаПодпис ноео комитета СССРй и открытийушская наб., д. 4/5