Регулярная насадка

(9) 1) 51)5 В 01 3 19/ ГОСУДАРСТВЕННЫЙПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГКНТ СССР МИТЕТОТКРЫТИЯ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ИДЕТЕЛ ЬСТВ К АВТОРСКОМ(71) Киевский технологический институт пи-.щевой промышленности(56) Авторское свидетельство СССРМ 1291191, кл. В 01 О 53(20,кл, В 01 ) 19/32, 1985,(57) Изобретение относится к регулярнымнасадкам для тепломассообменных аппаратов с пленочно-капельным течением жидкости и позволяет расширить диапазон устойчивой работы насадки и повысить эффективность тепломассообмена путем улучшенияусловий контактирования взаимодействующих фаз на нижних поверхностях лепестков. Регулярная насадка состоит из плоско- параллельных вертикальных листов 1 с выполненными в них продольными зубчатыми отверстиями 2, которые расположены вертикальными рядами в шахматном порядке в смежных рядах. Верхние и нижние горизонтальные края каждого отверстия имеют выступающие зубья 3, расположенные симметрично попарно один напротив другого.Вертикальные края отверстий имеют посередине по одному выступу.4. Над отверстиями расположены лепестки 5. Каждый лепесток по продольной оси имеет просечки, промежутки между которыми изогнуты вниз и образуют Ч-образные зубчатые выступы 8, зубьям отверстий соответствуют зубчатые впадины лепестков, 1 з,п,ф-лы, 10 ил.АИзобретение относится к конструкции регулярных насадок.для тепломассообменных аппаратов с пленочно-капельным течением жидкости и может быть использовано для проведения различных процессов: абсорбции, ректификации, дистилляции, дезодорации, обработки воздуха различными растворами, тепловлажностной обработки воздуха и др.Цель изобретения - расширение диапазона устойчивой работы насадки и повышение эффективности тепломассообмена путем улучшения условий контактирования взаимодействующих фаз на нижних поверхностях лепестков.Наг,1 изображена предложенная насадка; на Фиг,2 - вид А на фиг.1 (верхний ряд лепестков насадки); на фиг,3 - вид Б на фиг.1; на фиг.4-отдельный лепесток в аксонометрической проекции; на фиг,5 - лепесток до выполнения в нем прогиба с образованием Ч-образных зубчатых выступов; на фиг.б - лепесток с перфорациями, контуры которых лежат на линии, соединяющих края зубчатых впадин; на фиг.7 - вариант листа насадки с нечетным числом пар зубьев в отверстиях; на фиг.8 - вариант листа насадки с отверстиями, расположенными вертикальными рядами; на Фиг.9 - смачивание нижней поверхности лепестков насадки при формировании; на фиг.10 - то же, при подвисании капель жидкости на. нижних краях Ч-образных зубчатых выступов лепестков,Регулярная насадка. состоит из плоско- параллельных вертикальных листов 1 с выполненными в них продолговатыми зубчатыми отверстиями 2, которые расположены вертикальными рядами в шахматном порядке в смежнь 1 х рядах, На фиг.1 правое нижнее отверстие показано без лепестка. Верхние и нижние горизонтальные края каждого отверстия имеют выступающие зубья 3, расположенные симметрично попарно друг напротив друга. Между зубьями и вертикальными краями отверстий имеются зазоры 1.Вертикальные края отверстий имеют посредине по одному выступу 4, углубленному внутрь отверстий на величину зазора между краем отверстия и задним зубом. Шаг зубьев 1 э укладывается целое число раз в шаге отверстий, Поэтому, несмотря на то, что отверстия в горизонтальных рядах сдвинуты, зубья всех рядов отверстий располбжены друг под другим. Над отверстиями расположены лепестки 5, отогнутые под прямым углом к плоскости листов по линии верхних горизонтальных краев отверстий.Каждый лепесток на продольной оси симметрии б имеет просечки 7 (фиг,5), пра 202530 3540 межутки между которыми прогнуты вниз и образуют Ч-образные зубчатые выступы 8 (фиг.4). Просечки (перфорации) лепестков имеют правильную геометрическую фоомуотносительно продольной и поперечнойосей. Внешние контуры заготовки козырьков до прогибания промежутков между просечками (фиг,5) повторяют внутренние контуры зубчатых отверстий. Зубьям 3 отверстий соответствуют зубчатые впадины 9 лепестков, Согласно фиг,4 и 5 в лепесткевдоль продольной оси б выполнены просечки 7 ромбической формы, расположенные между зубчатыми впадинами 9 и ориентированные так, что противоположные вершины ромбов лежат на продольной аси симме- рии б, После прогибания вниз промежутков между ромбическими высечками вдоль продольной оси лепестков образуются Ч-образные зубчатые выступы 8, расположенныенапротив впадин боковых краев лепесткови одновременно вертикальными рядамидруг под другом, .Просечки между зубчатыми впадинамилепестков можно выполнять так, чтобы ихконтуры. лежали на линиях, соединяющих края зубчатых впадин лепестков (фиг,б). Целесообразно высоту Ч-образных зубчатыхвыступов лепестков п 1 выполнять равнойвысоте зубьев отверстий Ь, т,е, й 1=Ь,Наименьшее число пар зубьев в отверстиях равно двум и может быть увеличена до разумных пределов. С его увеличением возрастает длина отверстий и незначительно увеличивается эффективность насадки, однако вследствиеуменьшения числа перемычек между отверстиями уменьшаетсяжесткость листов насадки. Располагать отверстия в шахматном порядке предпочтительно при четном числе пар зубьев в отверстиях (Фиг,1), При нечетном числе пар зубьев отверстия в нижележащих рядах сдвигают на величину, кратную шагу зубьев(фиг.7).На фиг.8 показан вариант насадки, в котором зубчатые отверстия с лепестками расположены вертикальными рядами, а в междурядьях имеются отверстия 10, имеющие Форму равнобедренных треугольников с горизонтальными основаниями, края кото 50 рых лежат на линиях, соединяющих контурыкрайних зубьев отверстий,Насадка в аппарате устанавливаетсятак, чтобы Ч-образные зубчатые выступы лепестков были направлены вниз, и работает 55 в условиях противотака.Насадка работает следующим образом.Жидкость подается на верхний торецнасадки и стекает вниз, контактируя с движущимся вверх парогазавым потоком, Стекающая вниз равномерно распределеннаяна верхней части листов насадки жидкость на уровне лепестков первого ряда перерас.пределяется: часть жидкости попадает на зубья 3 отверстий, а другая часть попадает на верхние горизонтальные поверхности лепестков 5.Жидкость, распределившаяся на поверхности.листов, образует на зубьях отверстий стекающие вниз капли или,струйки.Поскольку зубья всех рядов отверстий расположены друг под другом, по вертикальным рядам зубьев организуется равномерное прерывистое пленочно-капельное течение жидкости, при котором отрывающиеся от выступающих вниз зубьев капли пролетают промежутки между зубьями, . падают на нижележащие зубья, выступающие вверх, расплющиваются в пленку на вертикальной части листов между зубьями, а затем стекают на нижележащие выступающие вниз зубья, где опять формируются капли, и процесс повторяется,Жидкость, попавшая на верхние горизонтальные поверхности лепестков, стекает в их Ч-образные зубчатые выступы, перетекает через их кромки на нижние поверхности Ч-образных выступов и собирается в капли. Поскольку Ч-образные зубчатые выступы лепестков расположены вертикальными рядами друг под другом, оторвавшиеся капли падают на верхние поверхности нижних Ч-образных зубчатых выстпов, опять перетекают на их нижние поверхности и вновь образуют капли,На насадке в целом создается равномерное пленочно-капельное течение жидкости, осуществляемое и на вертикальных поверхностях листов и на лепестках, заполняющих промежутки между вертикальными листами. При ударах о зубья и о Ч-образные зубчатые выступы лепестков капли дробятся на брызги, образуя завесы на каждом ряде лепестков. В это время парогаэовый поток, двигаясь вверх между листами насад. ки и обтекая лепестки, тесно контактирует с каплями, брызгами и пленкой жидкости, У вершин Ч-образных эуб;етых выступов лепестков и в местах высечек лепестков образуются вихревые зоны, способствующие более тесному взаимодействию турбулентных струй газа с поверхностью жидкости,Важным преимуществом насадки является то, то Ч-образные зубчатые выступы располагаются по осевым линия лепестков, т.е. по центрам зазоров между парами смежных. листов насадки, Поэтому образующиеся на Ч-образных зубчатых выступах капли и струи жидкости падают по центрам зазоров между листами, что приводит к тому, что капли контактируют с "ядром" па рОгазового50 эффективности тепломассообмена окаэывают условия формирования и подвисания на нижних краях Ч-образных зубчатых выступов лепестков (фиг.9 - 10), Верхние края формирующейся. капли жидкости двигаются вверх на поверхность листа насадки на высоту и, равную высоте капиллярного поднятия жидкости на поверхность вертикальной пластины, смачиваемость которой такая же, как и смачиваемость поверхности насадки, Движение жидкости вверх при формирова 5 10 152025 30 40 45 потока, имеющим более высокую скорость движения, чем периферийные участки, и более высокую концентрацию компонента, участвующего в массообмене.Кроме того, при "центральном" взаимодействии потоков капли жидкости в значительно меньшей степени отклоняются парогазовым потоком в сторону и точно . падают на нижележащие Ч-образные зубчатые выступы лепестков, приобретая во время падения необходимое количество кинетической энергии, достаточное для их эффективного расплющивания о верхние поверхности Ч-образных зубчатых выступов. Это способствует повышению эффективности насадки и позволяет увеличить предельные нагрузки по газу и жидкости, расширив этим диапазон работы насадки.При ударах о поверхности зубьев и лепестков капли расплющиваются и образуютбрызги, которые попадают на вертикальные поверхности листов насадки и поверхности лепестков, смачивая дополнительно всю поверхность насадки, В результате образования брызг непрерывно происходит частичный обмен жидкостью между потоками, стекающими по вертикальной части листов и потоками, стекающими по лепесткам, что способствует более равномерной обрабо ке жилкости и интенсифицирует процесс тепломассообмена, За счет образования множества мелких брызг происходит увеличение поверхности контакта фаэ и более быстрое обновление поверхности жидкости в моменты образования, полеа и расплющивания капель. В образующихся и летящих каплях жидкая фаза перемешивается более интенсивно, чем в стекающей пленке, так как в каплях, не ограниченных твердой поверхностью, происходит более интенсивная циркуляция жидкости, приводящая к лучшему перемешиванию ее слоев, В моменты ударов капель и брызг о твердые поверхности в жидкой и газовой фазах возникают дополнительные пульсации вещества и наблюдается интенсивное перемешивание и разрушение пограничных слоев, препятствующих межфазному переносу.Существенное влияние на повышениении и подвисания капель приводит к смачиванию нижних поверхностей лепестков. Однако хорошее смачивание происходит только тогда, когда высота Ч-образных зубчатых выступов лепестков Ь не превышает высоты капиллярного поднятия рабочей жидкости по поверхности листов насадки.Парогазовый поток фронтально набегает на нижние смоченные поверхности лепестков и эффективно взаимодействует с жидкостной поверхностью. Под воздействием гидродинамического напора парогазового потока пленка жидкости дополнительно увлекается вверх и еще лучше смачивает нижние поверхности лепестков. Энергия пдрогазового потока расходуется по целевому назначению, т,е, взаимодействует с жидкостью, Повышаегся эффективность тепломассообмена и улучшается степень использования гидродинамического напора парагазового потока.Высота капиллярного поднятия пленки жидкости по поверхности насадки может быть определена экспериментально или по известному уравнению где оир - коэффициент поверхностного натяжения и плотность жидкости;9 - ускорение силы тяжести,Поскольку высота зубьев в отверстиях лепестков насадки, как и высота Ч-образных зубчатых выступов лепестков, принимается равной высоте капиллярного поднятия жидкости, то для наиболее эффективной работы насадки высота Ч-образных выступов лепестков должна равняться высоте зубьев отверстий. Если высоту Ч-образных зубчатых выступов лепестков принять более расчетного значения размера К то никняя поверхность лепестков не полностью смачивается жидкостью, что приводит к бесполезным потерям энергии парогазового потока, уменьшеник работающей поверхности насадки и снижению ее эффективности, При заниженном значении Ь часть жидкости из лепестков перераспределяется на листы насадки, эго ухудшает равномерность орошения и снижает эффективность процесса,Правильность положения, что высота Ч-образных зубчатых выступов лепестков должна равняться высоте зубьев отверстий, подтверждена экспериментально. В опытах брали насадку с зубчатыми отверстиями, у которой предварительно определяли оптимальную высоту зубьев. Сохраняя оптимальную высоту зубьев отверстий, подбирали высогу Ч-образных зубчатых выступов лепестков, ориентируясь на наименьшее значение высоты единицы переноса массы (ВЕП) для системы этанол-вода, Наилучшие результаты получены, когда высота зубьев 5 отверстий и высота Ч-образных зубчатыхвыступов лепестков были одинаковыми.Через просечки в местах прогибов лепестков проходит значительная часть парогазового потока, вследствие чего существенно 10 снижается гидравлическое сопротивлениенасадки.Для того, чтобы между рядами отверстий с лепестками не возникали потоки байпасирующей жидкости, отверстия распола гают в шахматном порядке или сдвигают всоседних рядах на величину шага зубьев по горизонтали, При этом все зубья и Ч-образные зубчатые выступы лепестков остаются расположенными друг под другом, обеспе чивая устойчивое и-риодически прерывающееся пленочно-капельное течение жидкости вниз без нежелательного явления ее самопроизвольного перераспределения.Предотвратить байпасирование жидко сти в междурядьях отверстий можно и прирасположении отверстий вертикальными рядами, Для этого в междурядьях зубчатых отверстий выполняют отверстия треугольной формы в виде оавнобедренных треу гольников (фиг,8) с горизонтальными основаниями, причем контурь оснований этих треугольников лежат на линиях, соединяющих контуры крайних зубьев соседних по высоте отверстий. Таким образом, при опи санном выполнении насадки жидкость, попадающая вследствие разбрызгивания в междурядья отверстий и стекающая в виде байпасирующих пленок или струек, встретив на своем пути треугольные отверстия, 40 отклоняется от вертикального течения вмеждурядьях и возвращается в потоки с организованным течением, стекающие в виде отдельных капель или струй, Предполагается, что эффективность тепломассообмена 45 насадки на 20 - 25 О выше, чем известной,Насадка довольно проста в изготовлении и может быть получена штамповкой плоских листов с последующим отгибанием лепестков в горизонтальное положение, 50 Все лепестки насадки отогнуты в одну иту же сторону плоскости листа и при сборке насадки стыкуются со смежными листами, одновременно выполняя роль дистанционных элементов. Это облегчает сборку листов 55 в пакеты, а также позволяет монтироватьнасадку в аппарате отдельными листами, устанавливая их вплотную друг к другу.Формула изобретенияРегулярная насадка, содержащаяпгоскопараллельные вертикальные листы с1646593 Фиг. г расположенными горизонтальными рядами и в шахматном порядке продолговатыми зубчатыми отверстиями с лепестками, отогнутыми под прямым углом по линии верхних краев отверстий, о т л и ч а ю щ а я с я 5 тем, что, с целью расширения диапазона устойчивой работы насадки и повышения эффективности тепломассообмена путем улучшения условий контактирования фаэ на нижних поверхностях лепестков, лепестки 10 по осевой линии имеют просечки правильной геометрической формы, промежутки между которыми прогнуты вниз и образуют Ч-образные зубчатые выступы напротив зубьев отверстий, при этом все Ч-образные зубчатые выступы лепестков насадки расположены друг поддругом,2, Насадкапоп,1,отличающаяся тем, что высота Ч-образных зубчатых выступов лепестков равна высоте зубьев отверстий,1646593 иг 7 Оленка жцдкасатУтолщеное жидкостиО ЮОЮЛЫЬЮ аГРиадОВРаЗО 8 ОКОЯ КаОЛО Под 8 ОСаЮЦая Каавд О 3 ОВОЗОВЫУ ПОПИК оставитель З,Александроваехред М,Моргентал Карре.Кундрик эктор М.Келеме Тираж 331 Подписноевенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, )К-З 5, Раушская наб., 4/5 каз 1361 ВНИИПИ Гос оизводственно-издательский комбинат "Патент". г, Ужгород, ул,Гагарина, 10