RU117317U1

RU117317U1 - MASS TRANSFER NOZZLE

Info

Publication number: RU117317U1
Application number: RU2012106991/05U
Authority: RU
Inventors: Александр Борисович Голованчиков; Светлана Борисовна Воротнева; Николай Анатольевич Меренцов; Наталия Александровна Дулькина; Ольга Александровна Залипаева; Анастасия Павловна Шамьянова
Priority date: 2012-02-27
Filing date: 2012-02-27
Publication date: 2012-06-27

Abstract

Насадка для массообменного аппарата, содержащая проволоку или полимерные мононити, фиксирующие элементы в виде болтов, установленных равномерно по окружности перфорированных дисков в проволоке или полимерных мононитях и закрепленных на концах дисков с отношением диаметра диска к внутреннему диаметру аппарата d/D=0,94÷0,98, отличающаяся тем, что каждый диск представляет собой сегмент сферы, и верхний диск установлен в аппарате с образованием выпуклой поверхности, а нижний - с образованием вогнутой поверхности, причем отношение радиуса сферы к внутреннему диаметру аппарата составляет R/D=3÷5. A nozzle for a mass transfer apparatus, containing a wire or polymer monofilaments, fixing elements in the form of bolts installed evenly around the circumference of perforated discs in a wire or polymer monofilaments and fixed at the ends of the discs with the ratio of the disc diameter to the inner diameter of the device d / D = 0.94 ÷ 0 , 98, characterized in that each disk is a segment of a sphere, and the upper disk is installed in the apparatus with the formation of a convex surface, and the lower one with the formation of a concave surface, and the ratio of the radius of the sphere to the inner diameter of the apparatus is R / D = 3 ÷ 5.

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, особенно вблизи стенок аппарата с образованием пристенного эффекта, 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 nozzle material and hydraulic resistance over its volume, especially near the walls of the apparatus with the formation of a wall effect, which leads to different residence times 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 C02F 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 C02F 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 особенно вблизи стенок аппарата, где порозность насадки возрастает, а ее поверхность уменьшается с образованием пристенного эффекта, 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 the surface of the bulk non-woven fibrous module, especially near the walls of the apparatus, where the porosity of the nozzle increases and its surface decreases with the formation of a wall effect, which leads to different hydraulic resistance, residence time and mass transfer of trapped molecules.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту по совокупности признаков и принятому за прототип является насадка для массообменного аппарата, содержащая проволоку или полимерные мононити, фиксирующие элементы в виде параллельных стержней, установленных в проволоке или полимерных мононитях и закрепленных на концах пластинами, выполненными в виде болтов, равномерно установленных по окружности дисков с отношением диаметра диска к внутреннему диаметру аппарата составляющем:The closest technical solution to the claimed object in terms of features and adopted as a prototype is a nozzle for a mass transfer apparatus containing wire or polymer monofilament, fixing elements in the form of parallel rods installed in wire or polymer monofilament and fixed to the ends with plates made in the form of bolts, evenly installed around the circumference of the disks with the ratio of the diameter of the disk to the internal diameter of the apparatus component:

где d и D - соответственно диаметр диска и внутренний диаметр аппарата (патент на полезную модель РФ №109015, B01J 19/32, B01D 45/00, 2011).where d and D are the disk diameter and the internal diameter of the apparatus, respectively (patent for utility model of the Russian Federation No. 109015, B01J 19/32, B01D 45/00, 2011).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата относятся недостаточная степень очистки жидкостей или газов от молекул извлекаемых компонентов из-за неодинакового распределения насадки по объему и сечению аппарата, что приводит к увеличению пористости и уменьшению поверхности насадки вблизи стенок с образованием пристенного эффекта, вызывающего перемещение жидкости к стенке аппарата, а газа к его оси.The reasons that impede the achievement of a given technical result include the insufficient degree of purification of liquids or gases from molecules of the extracted components due to the uneven distribution of the nozzle over the volume and cross section of the apparatus, which leads to an increase in porosity and a decrease in the surface of the nozzle near the walls with the formation of a wall effect causing fluid movement to the wall of the apparatus, and gas to its axis.

Техническим результатом предлагаемой насадки для массообменного аппарата является увеличение степени очистки жидкостей или газов от молекул извлекаемых компонентов за счет выравнивания свободного объема и поверхности насадки по сечению аппарата и нивелирования пристенного эффекта.The technical result of the proposed nozzle for mass transfer apparatus is to increase the degree of purification of liquids or gases from the molecules of the components to be extracted by aligning the free volume and surface of the nozzle over the apparatus cross section and leveling the wall effect.

Поставленный технический результат достигается тем, что в насадке для массообменного аппарата, содержащего проволоку или полимерные мононити, фиксирующие элементы в виде болтов, установленных равномерно по окружности перфорированных дисков в проволоке или полимерных мононитях и закрепленных на концах дисков с отношением диаметра диска к внутреннему диаметру аппарата составляющем d/D=0,94÷0,98, где d и D - соответственно диаметр диска и внутренний диаметр аппарата, при этом каждый диск представляет собой сегмент сферы и верхний диск установлен в аппарате с образованием выпуклой поверхности, а нижний - с образованием вогнутой поверхности, причем отношение радиуса сферы к внутреннему диаметру аппарата составляет:The technical result is achieved by the fact that in the nozzle for a mass transfer apparatus containing wire or polymer monofilaments, fixing elements in the form of bolts mounted uniformly around the circumference of perforated disks in the wire or polymer monofilaments and fixed at the ends of the disks with a ratio of the diameter of the disk to the internal diameter of the apparatus d / D = 0.94 ÷ 0.98, where d and D are respectively the diameter of the disk and the internal diameter of the apparatus, with each disk representing a segment of a sphere and the upper disk ene in the apparatus to form a convex surface, and the bottom - to form a concave surface, wherein the ratio of the radius of the sphere to the inner diameter of the device is:

где R - радиус сферы.where R is the radius of the sphere.

Выполнение диска в виде сегмента сферы и установка верхнего диска с образованием выпуклой поверхности, а нижнего - с образованием вогнутой поверхности позволяет равномерно по радиусу уменьшать свободный объем и увеличивать удельную поверхность насадки, так как высота насадки равномерно уменьшается от центральной оси к стенкам аппарата. Это препятствует перераспределению жидкости и газа в объеме насадки, когда жидкость (на плоских дисках) перетекает к стенкам аппарата, а газ, наоборот - к его оси, увеличивает интенсивность массопереноса в жидкости и газе и в целом приводит к возрастанию степени очистки.The implementation of the disk in the form of a sphere segment and the installation of the upper disk with the formation of a convex surface, and the lower one with the formation of a concave surface, makes it possible to uniformly decrease the free volume and increase the specific surface of the nozzle, since the height of the nozzle uniformly decreases from the central axis to the walls of the apparatus. This prevents the redistribution of liquid and gas in the volume of the nozzle when the liquid (on flat disks) flows to the walls of the apparatus, and gas, on the contrary, to its axis, increases the mass transfer intensity in the liquid and gas and, as a whole, leads to an increase in the degree of purification.

Уменьшение отношения радиуса сферы ниже заявляемого пределаReducing the ratio of the radius of the sphere below the claimed limit

R/D=3R / D = 3

приводит к чрезмерному сжатию проволоки или полимерных мононитей насадки у стенок аппарата, сильному уменьшению ее свободного объема и увеличению гидравлического сопротивления, что уменьшает течение жидкости у стенок аппарата, снижает скорость массопереноса и степень очистки.leads to excessive compression of the wire or polymer monofilament nozzles at the walls of the apparatus, a strong decrease in its free volume and an increase in hydraulic resistance, which reduces the flow of fluid at the walls of the apparatus, reduces the mass transfer rate and the degree of purification.

Увеличение отношения радиуса сферы выше заявляемого пределаThe increase in the ratio of the radius of the sphere above the claimed limit

R/D=5R / D = 5

приводит к недостаточному сжатию проволоки или полимерных мононитей у стенок аппарата и не обеспечивает необходимого уменьшения свободного объема и повышения удельной поверхности насадки, что приводит к перераспределению жидкости к стенкам аппарата, недостаточному ее контакту с газом, движущемся в центре колонны, снижению интенсивности массопереноса и степени очистки.leads to insufficient compression of the wire or polymer monofilaments at the walls of the apparatus and does not provide the necessary reduction in free volume and increase in the specific surface of the nozzle, which leads to redistribution of liquid to the walls of the apparatus, its insufficient contact with gas moving in the center of the column, decrease in mass transfer intensity and degree of purification .

Таким образом, предлагаемая конструкция насадки для массообменного аппарата позволяет увеличить степень очистки жидкостей или газов от молекул извлекаемых компонентов за счет равномерного изменения удельной поверхности, свободного объема и гидравлического сопротивления насадки по сечению и объему аппарата, предотвратить пристенный эффект, связанный с увеличением расхода жидкости у стенок аппарата, а газа в его центральной области.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 extracted components due to uniform changes in the specific surface, free volume and hydraulic resistance of the nozzle over the cross-section and volume of the apparatus, to prevent the wall effect associated with an increase in fluid flow at the walls apparatus, and gas in its central region.

На фиг. изображена предлагаемая насадка для массообменного аппарата в разрезе.In FIG. shows the proposed nozzle for mass transfer apparatus in section.

Насадка состоит из проволоки или полимерных мононитей 1 различной толщины и профиля, верхнего 2 и нижнего 3 перфорированных дисков, выполненных в виде сегмента сферы с диаметрами d, подчиняющимися отношению (1). Верхний диск 2 установлен в аппарате 4 с образованием выпуклой поверхности, а нижний 3-е образованием вогнутой поверхности. Нижний диск 3 опирается на опоры 5, закрепленные внутри аппарата 4. Положение верхнего диска 2 относительно нижнего диска 3 регулируется с помощью болтов 6, равномерно установленных по окружности дисков 2 и 3, гайками 7.The nozzle consists of wire or polymer monofilaments 1 of various thicknesses and profiles, upper 2 and lower 3 perforated disks made in the form of a segment of a sphere with diameters d obeying relation (1). The upper disk 2 is installed in the apparatus 4 with the formation of a convex surface, and the lower 3rd formation of a concave surface. The lower disk 3 rests on the supports 5, mounted inside the apparatus 4. The position of the upper disk 2 relative to the lower disk 3 is adjusted using bolts 6, evenly installed around the circumference of the disks 2 and 3, nuts 7.

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

Гайками 7, при их закручивании на болтах 6, обеспечивают необходимую высоту Н проволоки или полимерных мононитей 1 в насадке, создавая в ней заданный свободный объем и удельную поверхность в центральной части аппарата 4. Так как высота насадки между сегментами сфер, образованных верхним 2 и нижним 3 дисками равномерно уменьшается от центра к стенкам аппарата 4, то свободный объем насадки также равномерно уменьшается, а удельная поверхность насадки от центра к стенкам аппарата 4 увеличивается. Это предупреждает возможность перетекания жидкости, подаваемой сверху вниз от центра к стенкам аппарата 4, а газа, подаваемого снизу вверх наоборот от стенок к центру, то есть нивелирует пристенный эффект в массообменных аппаратах с насадкой.The nuts 7, when they are screwed on with bolts 6, provide the required height H of the wire or polymer monofilaments 1 in the nozzle, creating a predetermined free volume and specific surface in the central part of the apparatus 4. Since the height of the nozzle between the segments of the spheres formed by the upper 2 and lower 3 by the disks uniformly decreases from the center to the walls of the apparatus 4, the free volume of the nozzle also decreases uniformly, and the specific surface of the nozzle from the center to the walls of the apparatus 4 increases. This prevents the possibility of overflow of liquid supplied from the top down from the center to the walls of the apparatus 4, and gas supplied from the bottom up to the contrary from the walls to the center, that is, eliminates the near-wall effect in mass transfer apparatus with a nozzle.

Таким образом, установка перфорированных дисков 2 и 3, выполненных в виде сегментов сферы так, что верхний диск 2 образует выпуклую поверхность, а диск 3 - вогнутую, позволяет интенсифицировать процесс массопереноса за счет выравнивания объемов жидкостей и газов в насадке и предотвращения перетекания жидкости к стенкам, а газа - в центральную часть аппарата, и в целом увеличить степень очистки жидкостей или газов от вредных примесей.Thus, the installation of perforated disks 2 and 3, made in the form of segments of a sphere so that the upper disk 2 forms a convex surface, and the disk 3 - concave, allows you to intensify the mass transfer process by equalizing the volumes of liquids and gases in the nozzle and preventing fluid from flowing to the walls , and gas - into the central part of the apparatus, and generally increase the degree of purification of liquids or gases from harmful impurities.

Claims

A nozzle for a mass transfer apparatus containing a wire or polymer monofilaments, fixing elements in the form of bolts mounted uniformly around the circumference of perforated disks in a wire or polymer monofilaments and fixed at the ends of the disks with the ratio of the diameter of the disk to the internal diameter of the apparatus d / D = 0.94 ÷ 0 , 98, characterized in that each disk is a segment of a sphere, and the upper disk is installed in the apparatus with the formation of a convex surface, and the lower one with the formation of a concave surface, and the ratio of the radius of the spheres the inner diameter of the machine is R / D = 3 ÷ 5.