RU14014U1

RU14014U1 - STRUCTURED NOZZLE BLOCK

Info

Publication number: RU14014U1
Application number: RU99127531/20U
Authority: RU
Inventors: Л.И. Жарова; А.Ю. Илларионов; А.А. Каштанов; С.В. Максимов; Л.М. Пильч; И.Б. Сидоров; М.Ю. Семенистый
Original assignee: Пильч Леонид Моисеевич
Priority date: 1999-12-22
Filing date: 1999-12-22
Publication date: 2000-06-27

Description

Полезная модель.Utility model.

Блок структурированной насадки.Block structured nozzle.

Полезная модель относится к химическому и нефтехимическому машиностроению, в частности, к конструкциям регулярных насадок, предназначенных для обеспечения контакта взаимодействующих жидкой и газовой фаз, и может быть использована в пленочных аппаратах при осуществлении различных тепломассообменных процессов (абсорбции, конденсации, нагревании, охлаждении и т.д.), а также в процессах ректификации в химической, нефтехимической и других, смежных областях промышленности.The utility model relates to chemical and petrochemical engineering, in particular, to designs of regular nozzles designed to ensure contact between interacting liquid and gas phases, and can be used in film devices for various heat and mass transfer processes (absorption, condensation, heating, cooling, etc.) etc.), as well as in rectification processes in the chemical, petrochemical and other related industries.

Из предшествующего уровня техники известна плоскопараллельная насадка, состоящая из отдельных одинаковых элементов, содержащих набор плоских пластин, установленных параллельно продольному направлению движения потока по аппарату и соединенных между собой стяжками с дистанционными прокладками, см. В.М. Олевский Пленочная тепло - и массообменная аппаратура, М, Химия, 1988г., с. 15).From the prior art, a plane-parallel nozzle is known, consisting of separate identical elements containing a set of flat plates mounted parallel to the longitudinal direction of flow along the apparatus and interconnected by couplers with spacers, see V.M. Olevsky Film heat and mass transfer equipment, M, Chemistry, 1988, p. fifteen).

Педостатками известной конструкции насадки являются сравнительно невысокая удельная площадь контактной поверхности и неравномерность распределения потоков взаимодействующих фаз по сечению насадки (и аппарата). Кроме того, в местах соединения пластин между собой образуются застойные зоны. Это снижает эффективность насадки и ограничивает область применения подобных насадок аппаратами, имеющими не более 1,2 м в диаметре.The disadvantages of the known design of the nozzle are the relatively low specific contact area and the uneven distribution of the flows of the interacting phases over the cross section of the nozzle (and apparatus). In addition, stagnant zones are formed at the junction points of the plates. This reduces the efficiency of the nozzle and limits the scope of application of such nozzles to devices having no more than 1.2 m in diameter.

Известна также насадка для тепломассообменных аппаратов, выполненная в виде блоков, собранных из просечно-вытяжных гофрированных металлических листов имеющих вертикальное рабочее положение. На поверхности гофр каждого листа пакетов выполнены окнами с козырьками, см., например, патент ГДР № 0154153, В 01Д 3/22, 03.03.82г.Also known nozzle for heat and mass transfer apparatus, made in the form of blocks assembled from expanded metal corrugated metal sheets having a vertical working position. On the corrugation surface of each sheet of packages are made with windows with visors, see, for example, patent GDR No. 0154153, 01D 3/22, 03.03.82g.

Кроме того, известна регулярная насадка, включающая блоки с вертикально расположенными гофрированными листами, выполненными из просечно-вытяжных металлических листов, см. пат. Германии № 284342, В 01Д 3/14 от 17.11.1988г.In addition, a regular nozzle is known that includes blocks with vertically arranged corrugated sheets made of expanded metal sheets, see US Pat. Germany No. 284342, 01D 3/14 dated 11/17/1988

Недостатками этих насадок является сравнительно низкая эффективность массопередачи.The disadvantages of these nozzles is the relatively low mass transfer efficiency.

МКИ ВО1Д 3/26 MKI VO1D 3/26

. сечно-вытяжных листов (с просечками в виде удлиненны ромбов) с дистанцирующими выступами, . cut-out sheets (with cuts in the form of elongated rhombuses) with spacing protrusions,

выполненными в виде незамкнутых поверхностей с отверстиями, в нижней части выступов, см. ТУ 3611-001-26679809-96 от 01.01.97г.; зарегистрированные в ГОССТАНДАРТЕ Росси 23.12.1996г. и внесено в Реестр за№ 200/013843.made in the form of open surfaces with holes in the lower part of the protrusions, see TU 3611-001-26679809-96 from 01.01.97; registered in GOSSTANDART Rossi 12/23/1996 and entered in the Register No. 200/013843.

Недостатком прототипа является неравномерное (по поперечному сечению) колонны распределение как жидкой, так и паровой (газовой) фазы, что обусловлено следующими причинами.The disadvantage of the prototype is the uneven (cross section) of the column distribution of both liquid and vapor (gas) phase, due to the following reasons.

Ьмежные вертикальные листы соприкасаются друг с другом точечно, в местах их соприкосновения с выступами дистанционных элементов, имеющих выпуклые поверхности второго порядка. Вследствие этого, переток жидкости с одного листа на другой затруднен и, следовательно, затруднено равномерное распределение жидкой пленки между листами, что существенно снижает эффективность массообмен. Кроме того, при изготовлении металлических просечно-вытяжных листов, из которых состоит блок, последние подвергаются вытяжке, при которой перемычки между просечками приобретают однонаправленный изгиб. При работе, изогнутые перемычки между просечками каждого листа блока насадки являются направляющими элементами для газовой (паровой) фазы, которые отклоняют струи газа (пара), проходящие сквозь упомянутые просечки преимущественно в одну сторону. Таким образом, в поперечном сечении каждого блока, струи газовой фазы смещаются к одной из его сторон (в соответствии с направлением изгиба перемычек), что также существенно снижает эффективность массообмена.The adjacent vertical sheets touch each other pointwise, in the places of their contact with the protrusions of the distance elements having convex surfaces of the second order. As a result, the transfer of fluid from one sheet to another is difficult and, therefore, uniform distribution of the liquid film between the sheets is difficult, which significantly reduces the efficiency of mass transfer. In addition, in the manufacture of metal expanded metal sheets of which the block consists, the latter are subjected to a hood, in which the bridges between the cuts acquire a unidirectional bend. During operation, the curved jumpers between the cutouts of each sheet of the nozzle block are guiding elements for the gas (vapor) phase, which deflect the jets of gas (steam) passing through the cutouts mainly in one direction. Thus, in the cross section of each block, the jets of the gas phase are shifted to one of its sides (in accordance with the direction of the bending of the jumpers), which also significantly reduces the efficiency of mass transfer.

Технической задачей, на рещение которой направлена полезная модель, является повыщение эффективности массопередачи за счет улучщения распределения газа(пара) по поперечному сечению каждого блока и насадки в целом.The technical problem to which the utility model is directed is to increase the mass transfer efficiency by improving the distribution of gas (steam) over the cross section of each block and nozzle as a whole.

Рещение поставленной задачи обеспечивается за счет того, что в блоке структурированной насадки для тепломассообменных аппаратов, включающим вертикально расположенные гофрированные металлические просечно-вытяжные листы с ромбовидными просечками и направлено изогнутыми перемычками между ними, с горизонтально расположенными рядами дистанционных выступов, выполненных на поверхности гофр, согласно полезной модели, горизонтальные ряды дистанционных выступов расположены на верщинах гофр и выполнены в виде арок, образующие которых являются прямыми линиями параллельными верщинам гофр, при этом выпуклости арок оппозитны по отнощению к верщинам соответствующих им гофр. В предпочтительных вариантах выполнения полезнойThe task assignment is ensured due to the fact that in the structured nozzle block for heat and mass transfer apparatus, including vertically arranged corrugated metal expanded metal sheets with diamond-shaped cuts and directed by curved bridges between them, with horizontally arranged rows of distance protrusions made on the surface of the corrugations, according to the useful models, horizontal rows of remote protrusions are located on the corrugation vertices and are made in the form of arches, the forms of which are tsya verschinam straight lines parallel to the corrugations, while opposed convex arches of otnoscheniya verschinam to their corresponding corrugations. In preferred embodiments, useful

2 модели, большие диагонали ромбовидных просечек должны быть ориентированы перпендикулярно2 models, large diagonals of diamond-shaped notches should be oriented perpendicular

вершинам гофр; вертикальные просечно-вытяжные листы выполнены с горизонтальным гофрированием; дистанционные выступы на смежных гофрах каждого листа блока расположены в шахматном порядке; в каждом ряду дистанционных выступов расстояние между краями дистанционных выступов меньше их длины; дистанционные выступы в смежных листах блока расположены в шахматном порядке по отношению друг к другу; смежные листы в блоке насадки установлены с зеркальной симметрией направления изгиба перемычек меясду ромбовидными просечками; верхние и нижние краевые участки гофрированных просечно-вытяжных листов снабжены распределительными элементами в виде отгибных козырьков, расположенных в смежных листах блока насадки в шахматном порядке.corrugation peaks; vertical expanded sheets are made with horizontal corrugation; remote protrusions on adjacent corrugations of each sheet of the block are staggered; in each row of the remote protrusions, the distance between the edges of the remote protrusions is less than their length; remote protrusions in adjacent sheets of the block are staggered in relation to each other; adjacent sheets in the nozzle block are installed with mirror symmetry of the bending direction of the bulkheads with diamond-shaped cutouts; the upper and lower edge sections of the corrugated expanded metal sheets are provided with distribution elements in the form of folding peaks located in adjacent sheets of the nozzle block in a checkerboard pattern.

На фиг. 1 - показано расположение блоков насадки по высоте аппарата.In FIG. 1 - shows the location of the nozzle blocks along the height of the apparatus.

На фиг. 2 - сечение А-А фиг. 1.In FIG. 2 is a section AA of FIG. 1.

На фиг. 3 изображен блок структурированной насадки, вид спереди.In FIG. 3 shows a structured nozzle block, front view.

На фиг. 4 - изображен просечно-вытяжной лист насадки, вид спереди.In FIG. 4 - shows a expanded metal sheet of the nozzle, front view.

На фиг. 5 - изображен блок структурированной насадки, вид сбоку.In FIG. 5 - shows a block structured nozzle, side view.

На фиг. 6 - фрагмент просечно-вытяисного листа(вид в плане, увеличено).In FIG. 6 - a fragment of an expanded sheet (plan view, enlarged).

На фиг. 7. - сечение В-В фиг.6.(Для того, чтобы было видно направление изгиба перемычек,In FIG. 7. - section BB of Fig. 6. (In order to see the direction of bending of the jumpers,

условно показаны сечения двух смежных листов блока насадки). На фиг. 8 - сечение С-С фиг.4 На фиг. 9 - сечение Е-Е фиг.4 На фиг. 10 вид Д на фиг.5.sections of two adjacent sheets of the nozzle block are conventionally shown). In FIG. 8 is a section CC of FIG. 4; FIG. 9 is a cross-section EE of FIG. 4; FIG. 10 view D in figure 5.

Ниже приводится пример возможной реализации устройства, который не ограничивает объем полезной модели.The following is an example of a possible implementation of the device, which does not limit the scope of the utility model.

Блоки 1 структурированной насадки для тепломассообменных аппаратов, состоит из вертикально расположенных гофрированных металлических просечно-вытяжных листов 2 с ромбовидными просечками 3 и направлено изогнутыми перемычками 4между ними. Просечно-вытяжные листы 2 выполнены с горизонтальным гофрированием, см. фиг.4,8. На вершинах 5 гофр 6 горизонтально расположены ряды дистанционных выступов. Дистанционные выступы выполнены в виде открытых с обеих сторон арок 7, образующие которых являются прямыми линиями параллельными вершинам 5 гофр 6, при этом выпуклости арок 7 оппозитно расположены по отношению к вершинам 5 соответствуюших им гофр 6, см. фиг.9.Blocks 1 structured nozzles for heat and mass transfer apparatus, consists of vertically arranged corrugated metal expanded metal sheets 2 with diamond-shaped cutouts 3 and is directed by curved bridges 4 between them. Expanded metal sheets 2 are made with horizontal corrugation, see Fig. 4.8. On the peaks of the 5 corrugations 6 are horizontally rows of remote protrusions. The remote protrusions are made in the form of open arches 7 on both sides, the generators of which are straight lines parallel to the vertices 5 of the corrugations 6, while the bulges of the arches 7 are opposite to the vertices 5 of the corrugations 6 corresponding to them, see Fig. 9.

В предпочтительных вариантах выполнения, большие диагонали ромбовидных просечек 3 ориентированы перпендикулярно вершинам 5 гофр 6. Дистанционные выступы(арки 7) на смежных гофрах каждого листа 2 блока расположены в шахматном порядке, см. фиг.4. В каждом ряду дистанциddiZf diIn preferred embodiments, the large diagonals of the diamond-shaped slots 3 are oriented perpendicular to the vertices 5 of the corrugations 6. The remote protrusions (arches 7) on the adjacent corrugations of each sheet 2 of the block are staggered, see FIG. 4. In each row the distance ddiZf di

3 3

онных выступов (арок 7) расстояние между их краями меньше длины дистанционных выступов. Дистанционные выступы в смежных листах 2 блока 1 расположены в шахматном порядке по отношению друг к другу. Смежные листы 2 в блоке насадки установлены с зеркальной симметрией направления изгиба перемычек 4 между ромбовидными просечками 3, см.фиг.7. Верхние 8 и нижние 9 краевые участки гофрированных просечно-вытяжных листов 2 снабжены распределительными элементами в виде отгибных козырьков 10, расположенных в шахматном порядке, см. фиг.4. В блоках 1 насадки, направления изгиба перемычек 4 между ромбовидными просечками 3 в каждом последующем листе 2 зеркально симметрично по отношению к этому изгибу в предыдущем листе, а дистанционные выступы (арки 7, высота которых определяет расстояние между листами) расположены с одной стороны каждого листа, см. фиг. 5. Зеркальная симметрия изгиба перемычек 4 смежных листов (после их вытяжки) образуется за счет переворота листа на 180° вокруг продольной оси (см.фиг.7), параллельной большим диагоналям ромбов просечек при формировании дистанционных выступов (арок 7). Таким образом, направление изгибов перемычек 4 между ромбовидными просечками 3 смежных листов 2 блоков насадки - поочередно противоположное. Блоки 1 составляются из листов 2, которые жестко соединены между собой посредством крепежных элементов, например, стержневых стяжек 11, см. фиг.5,10.onon ledges (arches 7), the distance between their edges is less than the length of the remote ledges. Remote protrusions in adjacent sheets 2 of block 1 are staggered in relation to each other. Adjacent sheets 2 in the nozzle block are installed with mirror symmetry of the bending direction of the jumpers 4 between the diamond-shaped notches 3, see figure 7. The upper 8 and lower 9 edge sections of the corrugated expanded metal sheets 2 are provided with distribution elements in the form of folding peaks 10 arranged in a checkerboard pattern, see FIG. 4. In blocks 1 of the nozzle, the direction of the bend of the jumpers 4 between the diamond-shaped cuts 3 in each subsequent sheet 2 is mirror symmetric with respect to this bend in the previous sheet, and the remote protrusions (arches 7, the height of which determines the distance between the sheets) are located on one side of each sheet, see FIG. 5. The mirror symmetry of the bending of the bridges of 4 adjacent sheets (after they are drawn) is formed by turning the sheet 180 ° around the longitudinal axis (see Fig. 7), parallel to the large diagonals of the rhombus rhombuses during the formation of distance protrusions (arches 7). Thus, the direction of the bends of the bridges 4 between the diamond-shaped cutouts of 3 adjacent sheets 2 of the nozzle blocks is alternately opposite. Blocks 1 are composed of sheets 2, which are rigidly interconnected by means of fasteners, for example, rod ties 11, see Fig. 5.10.

Насадка для тепломассообменных аппаратов работает следующим образом. Газ (пар) подается в аппарат 12 через соответствующий патрубок 13, а жидкость - сверху через штуцер 14 поступает в распределитель жидкости 15 откуда поступает на насадку, собранную из блоков 1. Паровая(газоБая) фаза, поступающая снизу попадает под нижние краевые участки вертикальных листов 1 с распределительными козырьками 10, чем обеспечивается равномерное перераспределение парового(газового) потока вдоль щелевых каналов, образованных листами 2. В щелевых каналах паровая(газовая) фаза вступает в контакт со стекающей по листам 2 жидкостью в виде пленок и падающих капель, при этом поток пара (газа) турбулизируется на дистанционирующих выступах, которые способствуют перераспределению пара (газа) по поперечному сечению блока насадки. Одновременно часть парового(газового) потока проходит через ромбовидные просечки 3 вертикальных листов 2, при этом пленки жидкости образующиеся на просечках 3 дробятся струями газа(пара) на мелкие капли. Вследствие однонаправленного изгиба перемычек 4 в каждом листе и зеркального направления изгиба этих перемычек в смежных листах 2, струи газа(пара) проходящие сквозь ромбовидные просечки 3 смежных листов меняют направление движения, обеспечивая за счет этого равномерное перераспределение газового(парового) потока по поперечному сечению блока и насадки в целом. На выходе из блока 1, паровой (газовый) поток дополнительно перераспределяется при прохождении им вертикально расположенных (не гофрированных) краевых участков 8 и распределительных элементов 10 листов 2. Далее пар(газ) поступает в вышележащий блок и процесс повторяетThe nozzle for heat and mass transfer apparatus works as follows. Gas (steam) is supplied to the apparatus 12 through the corresponding nozzle 13, and liquid from above through the nozzle 14 enters the liquid distributor 15 from where it enters the nozzle assembled from blocks 1. The vapor (gas-vapor) phase coming from below falls under the lower edge sections of the vertical sheets 1 with distribution peaks 10, which ensures uniform redistribution of the vapor (gas) stream along the slotted channels formed by the sheets 2. In the slotted channels, the vapor (gas) phase comes into contact with the liquid flowing through the sheets 2 in the form films and falling drops, while the flow of steam (gas) is turbulized on the spacing protrusions, which contribute to the redistribution of steam (gas) over the cross section of the nozzle block. At the same time, part of the vapor (gas) stream passes through the diamond-shaped perforations 3 of the vertical sheets 2, while the liquid films formed on the perforations 3 are crushed by jets of gas (steam) into small droplets. Due to the unidirectional bending of the jumpers 4 in each sheet and the mirror direction of the bending of these jumpers in adjacent sheets 2, jets of gas (steam) passing through the diamond-shaped slots of 3 adjacent sheets change the direction of movement, thereby ensuring uniform redistribution of the gas (steam) flow along the block cross section and nozzles in general. At the exit from block 1, the steam (gas) stream is additionally redistributed when it passes through vertically located (not corrugated) edge sections 8 and distribution elements 10 of sheets 2. Next, the steam (gas) enters the overlying block and the process repeats

Вследствие выполнения дистанционирующих выступов в виде арок 7, поверхности которых образованы прямыми линиями, контакт между смежными листами блока насадки осуществляется по прямым линиям, что улучщает условия перетекания жидкости с одного листа на другой и существенно улучшает ее перераспределение по объему блока и насадки в целом. Ориентация ромбовидных просечек (больщие диагонали их ромбов расположены перпендикулярно направлению гофр) способствуют удержанию и равномерному распределению пленок жидкости на поверхности листов 2, при этом стекая по перемычкам 4, жидкость собирается в «узлах т.е. в пересечениях перемычек и далее за счет эффекта Коанда стекая по другим перемычкам перераспределяется по поверхности листов 2. Капли жидкости, образующиеся при дроблении (струями пара(газа)) жидкостных пленок осаждаются на гофрированную поверхность листов 2, сливаясь со стекающими жидкостными пленками. Разрывы пленок жидкости при проходе газа(пара) через просеки 4 приводят к образованию новых капель с «обновленной поверхностью, что интенсифицирует тепломассообмен.Due to the implementation of the spacing protrusions in the form of arches 7, the surfaces of which are formed by straight lines, the contact between adjacent sheets of the nozzle block is made in straight lines, which improves the conditions for the fluid to flow from one sheet to another and significantly improves its redistribution over the volume of the block and the nozzle as a whole. The orientation of the diamond-shaped slots (large diagonals of their rhombs are perpendicular to the direction of the corrugations) contribute to the retention and uniform distribution of liquid films on the surface of the sheets 2, while flowing down over the jumpers 4, the liquid is collected in “nodes, i.e. at the intersections of the jumpers and further due to the Coanda effect, the dripping along the other jumpers is redistributed on the surface of the sheets 2. Drops of liquid formed during crushing (by jets of steam (gas)) of the liquid films are deposited on the corrugated surface of the sheets 2, merging with the flowing liquid films. Ruptures of liquid films during the passage of gas (vapor) through openings 4 lead to the formation of new drops with a “renewed surface, which intensifies heat and mass transfer.

Таким образом, наличие между вертикальными гофрированными просечно-вытяжными листами дистанционных выступов в виде открытых с обеих сторон арок, поверхность которых образована прямыми линиями, зеркальная ориентация изгиба перемычек между просечками в смежных просечно-вытяжных листах и ориентация больЕних диагоналей просечек перпендикулярно направлению гофрирования позволяет обеспечить равномерное распределение паровой(газовой) и жидкой фаз по поперечному сечению насадки и турбулизации их потоков, интенсифицируя за счет этого тепломассообмен.Thus, the presence between the vertical corrugated expanded metal sheets of the remote protrusions in the form of arches open on both sides, the surface of which is formed by straight lines, the mirror orientation of the bending of the bridges between the grooves in adjacent expanded metal sheets and the orientation of the larger diagonals of the grooves perpendicular to the corrugation direction allows for uniform distribution of the vapor (gas) and liquid phases over the cross section of the nozzle and turbulization of their flows, thereby intensifying the heat lomass exchange.

По сравнению с прототипом, предложенная насадка эффективней на 10-15%. Compared with the prototype, the proposed nozzle is more effective by 10-15%.

Claims

1. Block structured nozzles for heat and mass transfer apparatus, including vertically arranged corrugated metal expanded metal sheets with diamond-shaped notches and directionally curved bridges between them, with horizontally arranged rows of distance protrusions made on the surface of the corrugations, characterized in that the horizontal rows of distance protrusions are located on corrugation peaks and are made in the form of arches, the generators of which are straight lines parallel to the corrugation peaks, while The arches are opposite to the tops of the corrugations corresponding to them.

2. The structured nozzle block according to claim 1, characterized in that the large diagonals of the diamond-shaped slots are oriented perpendicular to the corrugation tops.

3. Block structured nozzles according to any one of paragraphs. 1 and 2, characterized in that the vertical expanded metal sheets are made with horizontal corrugation.

4. Block structured nozzles according to any one of paragraphs. 1 - 3, characterized in that the remote protrusions on adjacent corrugations of each sheet of the block are staggered.

5. Block structured nozzles according to any one of paragraphs. 1 to 4, characterized in that in each row of the remote protrusions, the distance between the edges of the remote protrusions is less than their length.

6. Block structured nozzles according to any one of paragraphs. 1 to 5, characterized in that the remote protrusions in adjacent sheets of the block are staggered in relation to each other.

7. Block structured nozzles according to any one of paragraphs. 1 - 6, characterized in that the adjacent sheets in the nozzle block are installed with mirror symmetry of the direction of the bending of the bridges between the diamond-shaped notches.

8. Block structured nozzles according to any one of paragraphs. 1 to 7, characterized in that the upper and lower edge sections of the corrugated expanded metal sheets are provided with distribution elements in the form of folding peaks located in adjacent sheets of the nozzle block in a checkerboard pattern.