RU109015U1

RU109015U1 - MASS TRANSFER NOZZLE

Info

Publication number: RU109015U1
Application number: RU2011118810/05U
Authority: RU
Inventors: Александр Борисович Голованчиков; Светлана Борисовна Воротнева; Наталия Александровна Дулькина; Екатерина Геннадьевна Фетисова; Юлия Олеговна Ужва; Александр Александрович Решетников
Priority date: 2011-05-10
Filing date: 2011-05-10
Publication date: 2011-10-10

Abstract

Насадка для массообменного аппарата, содержащая проволоку или полимерные мононити, фиксирующие элементы в виде параллельных стрежней, установленных в проволоке или полимерных мононитях и закрепленных на концах пластинами, отличающаяся тем, что пластины выполнены в виде перфорированных дисков, а стрежни - в виде болтов, равномерно установленных по окружности дисков, при этом отношение диаметра диска к внутреннему диаметру аппарата составляет ! d/D=0,94÷0,98, ! где d и D - соответственно диаметр диска и внутренний диаметр аппарата. A nozzle for a mass transfer apparatus containing a wire or polymer monofilament, fixing elements in the form of parallel rods installed in a wire or polymer monofilament and fixed at the ends by plates, characterized in that the plates are made in the form of perforated disks, and the rods in the form of bolts evenly installed around the circumference of the disks, while the ratio of the diameter of the disk to the inner diameter of the apparatus is! d / D = 0.94 ÷ 0.98,! where d and D are the disk diameter and the internal diameter of the apparatus, respectively.

Description

Предлагаемое техническое решение относится к насадке для массообменных аппаратов и может найти применение в химической, нефтехимической, металлургической, машиностроительной, пищевой, фармакологической, биохимической и других отраслях промышленности, а также в экологических процессах очистки сточных вод и дымовых газов.The proposed technical solution relates to a nozzle for mass transfer apparatus and can be used in chemical, petrochemical, metallurgical, engineering, food, pharmacological, biochemical and other industries, as well as in environmental processes of wastewater and flue gas treatment.

Известна насадка для массообменных аппаратов из проволочных спиралей и стеклянного волокна, обладающая высокой удельной поверхностью и свободным объемом (В.М.Рамм. Абсорбция газов. Изд. 2-е, перераб. и дополн. - М.: Химия, 1976, С.315-316).Known nozzle for mass transfer apparatus of wire spirals and glass fibers, having a high specific surface area and free volume (V.M. Ramm. Gas absorption. Ed. 2nd, revised and supplemented. - M .: Chemistry, 1976, C. 315-316).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточная степень очистки жидкостей и газов от молекул извлекаемых компонентов из-за неравномерности распределения поверхности материала насадки и гидравлического сопротивления по ее объему, что приводит к разному времени пребывания очищаемой среды в насадке.The reasons that impede the achievement of a given technical result include an insufficient degree of purification of liquids and gases from molecules of extracted components due to the uneven distribution of the surface of the material of the nozzle and hydraulic resistance over its volume, which leads to different residence times of the cleaned medium in the nozzle.

Известна насадка в контактном аппарате для озонирования водных систем, выполненная из объемного нетканого волокнистого модуля с поровым пространством 0,7-0,99, представляющего собой беспорядочно уложенные в объеме и точечно-скрепленные в местах соприкосновений прочные нити с диаметром 0,2-2 мм из полимерного материала, инертного к воздействию водной системы и озона (свидетельство на полезную модель №33759, РФ С02F 1/78, 2003).Known nozzle in the contact apparatus for ozonation of water systems, made of a bulk non-woven fibrous module with a pore space of 0.7-0.99, which is randomly laid in the bulk and point-bonded at the points of contact strong threads with a diameter of 0.2-2 mm from a polymer material inert to the effects of the water system and ozone (utility model certificate No. 33759, RF С02F 1/78, 2003).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточная степень очистки жидкостей и газов при использовании известной насадки в массообменных аппаратах из-за неравномерности структуры пор и поверхности объемного нетканого волокнистого модуля, что приводит к разному гидравлическому сопротивлению, времени пребывания и массопереносу улавливаемых молекул.The reasons that impede the achievement of the desired technical result include the insufficient degree of purification of liquids and gases when using the known nozzle in mass transfer apparatus due to the uneven structure of the pores and surface of the bulk non-woven fibrous module, which leads to different hydraulic resistance, residence time and mass transfer of trapped molecules.

Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявляемому объекту и принятому за прототип является насадка для массообменных и сепарационных аппаратов, содержащая сетку, уложенную слоями, и фиксирующие элементы в виде параллельных стержней, установленных в сетке и между слоями сетки с частичным перекрытием сечения насадки и креплением их концов, например, пластинами, при этом слои сетки установлены под углом к стержням и горизонтальной плоскости, сетка имеет дугообразный профиль и выполнена из сетчатого рукава различной толщины (патент РФ №2155095, В01J 19/32, В01D 45/00, 2000).The closest technical solution for the totality of features to the claimed object and adopted as a prototype is a nozzle for mass transfer and separation apparatus containing a grid laid in layers and fixing elements in the form of parallel rods installed in the grid and between the layers of the grid with partial overlap of the nozzle section and fastening their ends, for example, by plates, while the layers of the mesh are set at an angle to the rods and the horizontal plane, the mesh has an arcuate profile and is made of a mesh sleeve once egg thickness (RF patent №2155095, V01J 19/32, 45/00 V01D, 2000).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточная степень очистки жидкости или газа от молекул извлекаемых компонентов из-за неравномерности распределения поверхности насадки и ее гидравлического сопротивления по объему, что приводит к разной скорости потоков газа и жидкости, времени пребывания очищаемой среды и уменьшает массоперенос между жидкостью и газом.The reasons that impede the achievement of a given technical result include an insufficient degree of purification of the liquid or gas from the molecules of the extracted components due to the uneven distribution of the nozzle surface and its hydraulic resistance by volume, which leads to different gas and liquid flow rates, the residence time of the medium being cleaned and reduces mass transfer between liquid and gas.

Техническим результатом предлагаемой насадки для массообменного аппарата является увеличение степени очистки жидкости и газа за счет регулирования и выравнивания поверхности насадки и ее гидравлического сопротивления во всем объеме.The technical result of the proposed nozzle for mass transfer apparatus is to increase the degree of purification of liquid and gas by regulating and leveling the surface of the nozzle and its hydraulic resistance in the entire volume.

Поставленный технический результат достигается тем, что насадка для массообменного аппарата, содержащая проволоку или полимерные мононити, фиксирующие элементы в виде параллельных стрежней, установленных в проволоке или полимерных мононитях и закрепленных на концах пластинами, при этом пластины выполнены в виде перфорированных дисков, а стрежни - в виде болтов, равномерно установленных по окружности дисков, причем отношение диаметра диска к внутреннему диаметру аппарата составляетThe technical result is achieved by the fact that the nozzle for the mass transfer apparatus containing wire or polymer monofilament, fixing elements in the form of parallel rods installed in the wire or polymer monofilament and fixed at the ends of the plates, while the plates are made in the form of perforated disks, and the rods in in the form of bolts uniformly installed around the circumference of the disks, and the ratio of the diameter of the disk to the inner diameter of the apparatus is

где d и D - соответственно диаметр диска и внутренний диаметр аппарата.where d and D are the disk diameter and the internal diameter of the apparatus, respectively.

Выполнение пластин в виде перфорированных дисков позволяет фиксировать толщину проволоки или полимерных мононитей, одинаковую по всему ее объему, а жидкости и газу свободно проходить сквозь отверстия перфорации на всем сечении дисков.The implementation of the plates in the form of perforated disks allows you to fix the thickness of the wire or polymer monofilaments, the same throughout its volume, and liquid and gas can freely pass through the perforation holes on the entire cross section of the disks.

Выбор диаметра диска по отношению к внутреннему диаметру массообменного аппарата в соответствии с условием (1) обеспечивает монтажный зазор между стенкой аппарата и дисками, что позволяет легко устанавливать их внутри аппарата и демонтировать из него, а также обеспечивает высокую степень очистки жидкости или газа.The choice of the diameter of the disk in relation to the internal diameter of the mass transfer apparatus in accordance with condition (1) provides the mounting gap between the wall of the apparatus and the disks, which makes it easy to install them inside the apparatus and remove from it, and also provides a high degree of purification of the liquid or gas.

Уменьшение заявленного отношения ниже указанного предела d/D<0,94 может привести к попаданию части проволок или полимерных мононитей под диски, особенно в аппаратах большого диаметра, что приводит к неравномерности поверхности массопереноса, гидравлического сопротивления, скорости и времени пребывания жидкости или газа в насадке по ее объему и уменьшению степени очистки.Reducing the stated ratio below the specified limit d / D <0.94 can lead to the ingress of part of the wires or polymer monofilaments under the disks, especially in large-diameter devices, which leads to uneven mass transfer surfaces, hydraulic resistance, speed and residence time of the liquid or gas in the nozzle by its volume and a decrease in the degree of purification.

Увеличение заявленного отношения выше указанного предела d/D>0,98 может привести к сложностям при монтаже и демонтаже дисков насадки в аппарате из-за малости зазора между стенкой аппарата и диском, особенно для аппаратов небольшого диаметра. Поэтому в аппаратах большого диаметра отношение диаметра диска и внутреннего диаметра аппарата должно приближаться к нижнему пределу условия (1), а в аппаратах малого диаметра - к верхнему пределу этого условия, что обеспечивает высокую степень очистки.An increase in the declared ratio above the specified limit d / D> 0.98 can lead to difficulties in mounting and dismounting the nozzle disks in the apparatus due to the small gap between the wall of the apparatus and the disc, especially for devices of small diameter. Therefore, in large-diameter apparatuses, the ratio of the disk diameter and the internal diameter of the apparatus should approach the lower limit of condition (1), and in small-diameter apparatuses, it should approach the upper limit of this condition, which ensures a high degree of purification.

Выполнение стержней в виде болтов, равномерно установленных по окружности дисков, позволяет регулировать высоту и объем проволоки или полимерных мононитей между дисками, а значит изменять их удельную поверхность и пористость в зависимости от расходов и скоростей газа и жидкости в массообменном аппарате и обеспечивать высокую степень очистки жидкости или газа.The execution of the rods in the form of bolts, evenly installed around the circumference of the disks, allows you to adjust the height and volume of the wire or polymer monofilaments between the disks, and therefore change their specific surface and porosity depending on the flow rates and velocities of the gas and liquid in the mass transfer apparatus and provide a high degree of liquid purification or gas.

Упругость проволоки или полимерных мононитей также позволяет регулировать их высоту, а значит изменять пористость и удельную поверхность, что приводит к высокой степени очистки жидкости или газа.The elasticity of the wire or polymer monofilaments also allows you to adjust their height, and therefore change the porosity and specific surface area, which leads to a high degree of purification of the liquid or gas.

Таким образом, предлагаемая конструкция насадки для массообменного аппарата позволяет увеличить степень очистки жидкостей или газов от молекул извлекаемых компонентов за счет выравнивания по объему поверхности гидравлического сопротивления и скорости газа и жидкости, выровнять время пребывания и увеличить массоперенос между жидкостью и газом.Thus, the proposed design of the nozzle for the mass transfer apparatus allows to increase the degree of purification of liquids or gases from the molecules of the components to be extracted by aligning the hydraulic resistance with the volume of the surface and the velocity of the gas and liquid, to equalize the residence time and increase the mass transfer between the liquid and gas.

На фиг.1 изображена предлагаемая насадка для массообменного аппарата в разрезе; на фиг.2 - вид сверху.Figure 1 shows the proposed nozzle for mass transfer apparatus in section; figure 2 is a top view.

Насадка состоит из проволоки или полимерных мононитей 1 различной толщины и профиля, верхнего 2 и нижнего 3 перфорированных дисков, стержней в виде болтов 4, равномерно установленных по окружности дисков 2 и 3. Нижний диск 3 опирается на опоры 5, закрепленные внутри аппарата 6. Для регулирования высоты Н проволоки или полимерных мононитей 1 в массообменном аппарате 6 на болтах 4 имеются гайки 7. Так как диски 2 и 3 в соответствии с отношением (1) имеют диаметр d, меньший, чем внутренний диаметр D массообменного аппарата 6, то они свободно устанавливаются внутри массообменного аппарата 6. Кроме того, небольшой зазор между дисками 2 и 3 и внутренней поверхностью массообменного аппарата 6 не позволяет проволоке или полимерным мононитям 1 выходить за рабочую высоту Н насадки, обеспечивая одинаковый свободный объем и удельную поверхность насадки по всему ее объему.The nozzle consists of wire or polymer monofilaments 1 of various thicknesses and profiles, upper 2 and lower 3 perforated discs, rods in the form of bolts 4, evenly spaced around the circumference of discs 2 and 3. The lower disc 3 rests on supports 5, mounted inside the apparatus 6. For for adjusting the height H of the wire or polymer monofilaments 1 in the mass transfer apparatus 6, there are nuts 7 on the bolts 4. Since the disks 2 and 3 in accordance with relation (1) have a diameter d smaller than the inner diameter D of the mass transfer apparatus 6, they are freely installed I am inside the mass transfer apparatus 6. In addition, the small gap between the disks 2 and 3 and the inner surface of the mass transfer apparatus 6 does not allow the wire or polymer monofilaments 1 to extend beyond the working height H of the nozzle, providing the same free volume and specific surface of the nozzle over its entire volume.

Насадка для массообменного аппарата работает следующим образом.The nozzle for mass transfer apparatus operates as follows.

Гайками 7, при их закручивании на болтах 4, обеспечивают необходимую высоту Н проволоки или полимерных мононитей в насадке, создавая в ней заданный свободный объем и удельную поверхность, и обеспечивают равенство этих параметров во всем объеме насадки.With nuts 7, when they are tightened with bolts 4, they provide the required height H of the wire or polymer monofilaments in the nozzle, creating a predetermined free volume and specific surface in it, and ensure that these parameters are equal in the entire nozzle volume.

Снизу подают очищаемый газ, а сверху - жидкость, которые взаимодействуют между собой на поверхности проволоки или полимерных мононитей, участвуют в массообменном процессе.The cleaned gas is supplied from below, and the liquid above, which interact with each other on the surface of a wire or polymer monofilament, are involved in the mass transfer process.

Так как за счет регулирования гайками 7 на болтах 4 обеспечено равенство свободного объема и удельной поверхности насадки во всем ее объеме, то гидравлическое сопротивление, скорости газа и жидкости, их времена пребывания будут также одинаковые по всему объему насадки, поэтому не будет застойных зон, где повышенная плотность укладки проволоки или полимерных мононитей, или, наоборот, зон с большим свободным объемом, где мог бы осуществляться проскок газа без взаимодействия жидкостью. Поэтому скорость массопереноса будет одинаково большой по всему объему насадки, что способствует увеличению степени очистки.Since by adjusting the nuts 7 on the bolts 4 the equality of the free volume and the specific surface of the nozzle in its entire volume is ensured, the hydraulic resistance, gas and liquid velocities, their residence times will also be the same throughout the volume of the nozzle, so there will be no stagnant zones where increased density of laying of wire or polymer monofilaments, or, conversely, zones with a large free volume, where gas could slip through without liquid interaction. Therefore, the mass transfer rate will be equally large throughout the volume of the nozzle, which contributes to an increase in the degree of purification.

Таким образом, предлагаемая конструкция насадки для массообменного аппарата позволяет регулировать и обеспечивать одинаковые свободный объем и удельную поверхность насадки, а также высокую степень очистки от молекул извлекаемого компонента.Thus, the proposed design of the nozzle for mass transfer apparatus allows you to adjust and provide the same free volume and specific surface of the nozzle, as well as a high degree of purification from the molecules of the extracted component.

Кроме того, проволока или полимерные мононити различной толщины и профиля могут быть изготовлены из отходов, что упрощает и удешевляет конструкцию. Насадкой предлагаемой конструкции несложно проводить оптимизацию, регулируя с помощью гаек высоту насадки в колонне, а значит ее свободный объем и удельную поверхность, переналаживать с одного технологического процесса на другой, промывать при очистке проволок или полимерных мононитей путем отвинчивания гаек, снятия верхнего диска и увеличения свободного объема насадки, что приводит к увеличению производительности и степени очистки.In addition, wire or polymer monofilaments of various thicknesses and profiles can be made of waste, which simplifies and reduces the cost of construction. It is not difficult to optimize the nozzle of the proposed design by adjusting the height of the nozzle in the column with the help of nuts, which means its free volume and specific surface, to transfer from one technological process to another, and rinse when cleaning wires or polymer monofilaments by unscrewing the nuts, removing the upper disk and increasing the free nozzle volume, which leads to an increase in productivity and degree of purification.

Claims

A nozzle for a mass transfer apparatus containing wire or polymer monofilaments, fixing elements in the form of parallel rods installed in a wire or polymer monofilaments and fixed at the ends by plates, characterized in that the plates are made in the form of perforated disks, and the rods in the form of bolts evenly installed around the circumference of the disks, while the ratio of the diameter of the disk to the inner diameter of the apparatus is

d / D = 0.94 ÷ 0.98,

where d and D are the disk diameter and the internal diameter of the apparatus, respectively.