RU148733U1

RU148733U1 - NOZZLE FOR HEAT AND MASS EXCHANGE PROCESSES

Info

Publication number: RU148733U1
Application number: RU2014116308/05U
Authority: RU
Inventors: Александр Борисович Голованчиков; Петр Сергеевич Васильев; Александр Викторович Ляпков; Наталия Александровна Дулькина; Ксения Васильевна Чёрикова; Айман Ермековна Альменова
Priority date: 2014-04-22
Filing date: 2014-04-22
Publication date: 2014-12-10

Abstract

Насадка для тепло- и массообменных процессов, выполненная в виде расположенных одно внутри другого и соединенных тел вращения имеющих форму цилиндрических поверхностей, внутреннее тело вращения расположено на расстоянии от наружного тела вращения, отличающаяся тем, что тела вращения выполнены в виде колец Рашига и соединены на торцевых частях посредством не менее двух пружин, при этом отношение наружного диаметра внутреннего кольца к внутреннему диаметру наружного кольца равно 0,7, а отношение их высот лежит в пределахгде h и H - соответственно высоты внутреннего и наружного колец.Nozzle for heat and mass transfer processes made in the form of cylindrical surfaces located one inside the other and connected rotation bodies, the internal rotation body is located at a distance from the external rotation body, characterized in that the rotation bodies are made in the form of Raschig rings and connected to the end parts by means of at least two springs, while the ratio of the outer diameter of the inner ring to the inner diameter of the outer ring is 0.7, and the ratio of their heights lies where h and H are, respectively venno height of the inner and outer rings.

Description

Предлагаемое техническое решение относится к контактным элементам для проведения тепло- и массообменных процессов в химической, нефтехимической, металлургической, машиностроительной и других отраслях промышленности, а также в экологических процессах очистки жидкостей и газов при проведении процессов абсорбции и адсорбции.The proposed technical solution relates to contact elements for carrying out heat and mass transfer processes in the chemical, petrochemical, metallurgical, engineering and other industries, as well as in environmental processes for cleaning liquids and gases during absorption and adsorption processes.

Известны насадки, выполненные в виде тонкостенных колец, наружный диаметр которых обычно равен высоте кольца и изготовленные из керамики или фарфора, металла или полимеров (Рамм, В.М. Абсорбция газов; изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: Химия, 1976. - с. 312.; Насадки массообменных колонн. Под общей редакцией Д.А. Баранова. - М: Инфохим, 2009. - с.с. 17, 57, 58, 63, 64, 80, 111, 150.).Known nozzles made in the form of thin-walled rings, the outer diameter of which is usually equal to the height of the ring and made of ceramic or porcelain, metal or polymers (Ramm, V.M. Gas Absorption; 2nd ed., Revised and additional - M. : Chemistry, 1976. - S. 312 .; Packings of mass transfer columns. Under the general editorship of D. A. Baranov. - M: Infokhim, 2009. - S. 17, 57, 58, 63, 64, 80, 111, 150.).

К недостаткам этих конструкций насадок относятся невысоко развитая поверхность колец, на которой происходят процессы тепло- и массообмена, и неподвижность этой поверхности во времени протекания этих процессов, что приводит к образованию застойных зон и снижению производительности.The disadvantages of these nozzle designs are the low-developed surface of the rings, on which heat and mass transfer processes occur, and the immobility of this surface in the time course of these processes, which leads to the formation of stagnant zones and a decrease in productivity.

Известен скруббер с подвижной насадкой, выполненной в виде цилиндрических колец, на боковой поверхности которых прорезана винтовая канавка (патент РФ №2280492, МПК B01D 47/14, B01D 53/18, 27.07.2006 г.). Известен скруббер с подвижной насадкой, выполненной в виде цилиндрических колец из мягких упругих материалов типа резины или полимеров, внутри каждого из которых установлены распорки в виде крестовины с различной длиной взаимно перпендикулярных плеч (патент РФ №107963, МПК B01D 53/18, 10.09.2011 г.).Known scrubber with a movable nozzle made in the form of cylindrical rings, on the side surface of which a helical groove is cut (RF patent No. 2280492, IPC B01D 47/14, B01D 53/18, 07.27.2006). Known scrubber with a movable nozzle made in the form of cylindrical rings of soft elastic materials such as rubber or polymers, inside each of which struts are installed in the form of a cross with different lengths of mutually perpendicular shoulders (RF patent No. 107963, IPC B01D 53/18, 09/10/2011 g.).

К недостаткам данных конструкций контактных устройств относится небольшая поверхность насадок, выполненных в виде цилиндрических колец (с прорезанной на боковой поверхности каждого кольца канавкой или с установленной внутри каждого кольца распоркой в виде крестовины), и неподвижность этой поверхности, что снижает скорость протекания тепло- и массообменных процессов и производительность массообменных аппаратов с такими насадками.The disadvantages of these designs of contact devices include a small surface of nozzles made in the form of cylindrical rings (with a groove cut on the side of each ring or with a spacer in the form of a cross installed inside each ring), and the immobility of this surface, which reduces the rate of heat and mass transfer processes and performance of mass transfer apparatus with such nozzles.

Известен скруббер с подвижной насадкой, выполненной в виде цилиндрических колец из мягких упругих материалов типа резины или полимеров, внутри каждого из которых жестко закреплена распорка в виде оси, на которой установлена пропеллерная мешалка с возможностью свободного вращения (патент РФ №135532, МПК B01D 53/18, 20.12.2013 г.).Known scrubber with a movable nozzle made in the form of cylindrical rings of soft elastic materials such as rubber or polymers, inside each of which a spacer is rigidly fixed in the form of an axis on which a propeller mixer is installed with the possibility of free rotation (RF patent No. 135532, IPC B01D 53 / December 18, 2013).

К недостаткам такой насадки относится высокое гидравлическое сопротивление, создаваемое установленными внутри каждого цилиндрического кольца пропеллерными мешалками, что снижает допустимый диапазон нагрузок по жидкости и газу массообменного аппарата с такой насадкой, что, в свою очередь, приводит к уменьшению скорости протекания тепло- и массообменных процессов и приводит к снижению производительности.The disadvantages of such a nozzle include the high hydraulic resistance created by propeller mixers installed inside each cylindrical ring, which reduces the allowable range of loads on the liquid and gas of the mass transfer apparatus with such a nozzle, which, in turn, leads to a decrease in the rate of heat and mass transfer processes and leads to reduced performance.

Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявляемому объекту и принятому за прототип, относится насадка для тепло- и массообменных процессов, выполненная в виде расположенных одно внутри другого тел вращения из спиральной полосы, оба тела вращения имеют идентичную форму и выполнены в виде коаксиальных цилиндрических поверхностей, причем внутреннее тело вращения расположено на расстоянии от наружного тела вращения, а высота внутреннего и наружного тел вращения одинаковая (авторское свидетельство СССР №701675, МПК B01D 53/20, 05.12.1979 г.).The closest technical solution for the totality of features to the claimed object and adopted as a prototype, is a nozzle for heat and mass transfer processes, made in the form of rotating bodies located inside one another from a spiral strip, both rotation bodies have an identical shape and are made in the form of coaxial cylindrical surfaces moreover, the inner body of revolution is located at a distance from the outer body of rotation, and the height of the inner and outer bodies of rotation is the same (USSR copyright certificate No. 701675, MP By B01D 53/20, 12/05/1979).

К недостаткам этой насадки относится недостаточное увеличение поверхности контакта фаз из-за выполнения обоих тел вращения из спиральной полосы, а также невозможности совершать колебания из-за жесткого соединения внешнего в внутреннего тел вращения друг с другом, что уменьшает интенсивность тепло- и массообменных процессов и приводит к снижению производительности.The disadvantages of this nozzle include an insufficient increase in the contact surface of the phases due to the execution of both bodies of revolution from the spiral strip, as well as the inability to make oscillations due to the rigid connection of the external bodies of revolution with each other, which reduces the intensity of heat and mass transfer processes and leads to to performance degradation.

Задачей предлагаемого технического решения является увеличение поверхности контакта фаз газового и жидкостного потоков.The objective of the proposed technical solution is to increase the contact surface of the phases of the gas and liquid flows.

Техническим результатом предлагаемой насадки для тепло- и массообменных аппаратов является увеличение производительности тепло- и массообменных процессов.The technical result of the proposed nozzle for heat and mass transfer apparatus is to increase the productivity of heat and mass transfer processes.

Технический результат достигается тем, что насадка для тепло- и массообменных процессов, выполненная в виде расположенных одно внутри другого и соединенных тел вращения имеющих форму цилиндрических поверхностей, внутреннее тело вращения расположено на расстоянии от наружного тела вращения, при этом тела вращения выполнены в виде колец Рашига и соединены на торцевых частях посредством не менее двух пружин, при этом отношение наружного диаметра внутреннего кольца к внутреннему диаметру наружного кольца равно 0,7, а отношение их высот лежит в пределахThe technical result is achieved in that the nozzle for heat and mass transfer processes, made in the form of cylindrical surfaces arranged one inside the other and connected by rotation bodies, the internal rotation body is located at a distance from the external rotation body, while the rotation bodies are made in the form of Raschig rings and connected to the end parts by at least two springs, while the ratio of the outer diameter of the inner ring to the inner diameter of the outer ring is 0.7, and the ratio of their heights lies t within

где h и H - соответственно высоты внутреннего и наружного колец.where h and H are the heights of the inner and outer rings, respectively.

Выполнение тел вращения в виде колец Рашига, соединенных в торцевых частях не менее чем двумя пружинами позволяет внутреннему кольцу совершать колебания под действием газового потока. Это приводит к тому, что гладкая пленка жидкости, стекающая по внутреннему кольцу также начинает колебаться вместе с ним, в результате чего на жидкостной пленки образуются волны, скорость течения и поверхность которых значительно больше скорости течения и поверхности гладкой пленки жидкости. Это обстоятельство приводит к увеличению интенсивности тепло- и массообмена на границе раздела фаз газового и жидкостного потоков, что, в свою очередь, приводит к увеличению производительности тепло- и массообменных процессов в целом. Выполнение внешнего и внутреннего колец Рашига таким образом, что отношение наружного диаметра d внутреннего кольца к внутреннему диаметру D внешнего кольца равно 0,7, позволяет выровнять площади свободных сечений внутреннего кольца и кольцевого зазора между внешним и внешним кольцами, что, в свою очередь, приводит к выравниванию скоростей газового и жидкостного потоков в этих сечениях, а также интенсивности тепло- и массообмена на границе раздела фаз обоих потоков, что приводит к возрастанию производительности тепло- и массообменных процессов в целом.The implementation of the rotation bodies in the form of Rashig rings connected in the end parts by at least two springs allows the inner ring to oscillate under the influence of a gas stream. This leads to the fact that a smooth liquid film flowing down the inner ring also begins to oscillate with it, as a result of which waves form on the liquid film, the flow velocity and surface of which are much higher than the flow velocity and the surface of a smooth liquid film. This circumstance leads to an increase in the intensity of heat and mass transfer at the interface between the gas and liquid flows, which, in turn, leads to an increase in the productivity of heat and mass transfer processes as a whole. The execution of the outer and inner Rashig rings in such a way that the ratio of the outer diameter d of the inner ring to the inner diameter D of the outer ring is 0.7, allows you to align the free cross-sectional areas of the inner ring and the annular gap between the outer and outer rings, which, in turn, leads to equalization of the velocities of gas and liquid flows in these sections, as well as the intensity of heat and mass transfer at the phase boundary of both flows, which leads to an increase in the productivity of heat and mass transfer essov in general.

Увеличение верхнего предела отношения (1), равного 0,9, приводит к касаниям торцов внешних колец смежных насадочных тел, уложенных в навал, с внутренними кольцами, что препятствует колебаниям последних, снижает интенсивность тепло- и массообмена на границе раздела фаз и производительность тепло- и массообменных процессов в целом.An increase in the upper limit of relation (1), equal to 0.9, leads to tangency of the ends of the outer rings of adjacent nozzle bodies laid in the bulk with the inner rings, which prevents oscillations of the latter, reduces the intensity of heat and mass transfer at the interface and the productivity of heat and mass transfer processes in general.

Уменьшение нижнего предела отношения (1), равного 0,8, приводит к уменьшению высоты и площади тепло- и массообменной поверхности внутренних колец, а значит, к уменьшению производительности тепло- и массообменных процессов.A decrease in the lower limit of ratio (1), equal to 0.8, leads to a decrease in the height and area of the heat and mass transfer surface of the inner rings, and therefore, to a decrease in the productivity of heat and mass transfer processes.

Таким образом, соединение внешнего и внутреннего колец в торцевых частях не менее чем двумя пружинами, выполнение внешнего и внутреннего колец Рашига таким образом, что отношение наружного диаметра d внутреннего кольца к внутреннему диаметру D внешнего кольца равно 0,7, при отношении их высот, подчиняющимся условию (1), позволяет увеличить поверхность и скорость тепло- и массообмена на границе раздела фаз, что приводит к росту производительности тепло- и массообменных процессов в целом.Thus, the connection of the outer and inner rings in the end parts by at least two springs, the execution of the outer and inner Raschig rings in such a way that the ratio of the outer diameter d of the inner ring to the inner diameter D of the outer ring is 0.7, with the ratio of their heights obeying condition (1), allows to increase the surface and the rate of heat and mass transfer at the phase boundary, which leads to an increase in the productivity of heat and mass transfer processes as a whole.

На фиг. 1 представлен общий вид в разрезе насадки с двумя пружинами. На фиг. 2 представлен общий вид в разрезе насадки с четырьмя пружинами.In FIG. 1 is a sectional view of a nozzle with two springs. In FIG. 2 shows a general sectional view of a nozzle with four springs.

Насадка для тепло- и массообменных процессов состоит из наружного тела вращение 1 в виде кольца Рашига с внутренним диаметром D и высотой H и внутреннего тела вращения, выполненного также в виде кольца Рашига 2 с внешним диаметром d и высотой h. Отношение наружного диаметра (1 внутреннего кольца Рашига к внутреннему диаметру D наружного кольца Рашига равно 0,7, а отношение их высот подчиняется условию (1). Торцы обоих тел вращения 1 и 2 соединены между собой двумя (фиг. 1) или четырьмя (фиг. 2) пружинами 3. Насадка может укладываться в навал внутри аппарата или упорядоченно в ряды. В обоих случаях торцы наружных тел вращения (наружных колец) 1 не взаимодействуют с торцами внутренних тел вращения (внутренних колец) 2, и последние могут свободно колебаться на пружинах 3 внутри наружных тел вращения (наружных колец) 1.The nozzle for heat and mass transfer processes consists of an external body of rotation 1 in the form of a Raschig ring with an inner diameter D and a height H and an internal body of revolution, also made in the form of a Raschig ring 2 with an external diameter d and height h. The ratio of the outer diameter (1 inner Rashig ring to the inner diameter D of the outer Rashig ring is 0.7, and the ratio of their heights obeys condition (1). The ends of both bodies of revolution 1 and 2 are interconnected by two (Fig. 1) or four (Fig. .2) by springs 3. The nozzle can be stacked in bulk inside the apparatus or in orderly rows.In both cases, the ends of the outer bodies of revolution (outer rings) 1 do not interact with the ends of the inner bodies of revolution (inner rings) 2, and the latter can freely oscillate on the springs 3 inside the outer bodies niya (outer rings) 1.

Насадка для тепло- и массообменных процессов работает следующим образом. Насадка засыпается внавал или устанавливается в ряды внутри аппарата. Сверху насадка орошается жидкостью, а снизу подается газ. Под действием потока газа каждое внутреннее кольцо 2 совершает колебания, которые передаются стекающей по нему пленки жидкости, тем самым увеличивая скорость ее течения по насадке и поверхность. Это обстоятельство приводит к интенсификации тепло- и массообмена на границе раздела фаз газа и жидкости и к увеличению производительности тепло- и массообменных процессов в целом. Так как высота h внутреннего кольца 2 меньше высоты H наружного кольца 1, и отношение этих высот соответствует условию (1), то смежные торцы наружного кольца 1 не соприкасаются с торцами внутреннего кольца 2, позволяя ему под действием потока газа совершать свободные колебания с высокой амплитудой. Это обстоятельство приводит к еще большему увеличению производительности тепло- и массообменных процессов. Механическую прочность предлагаемой насадки обеспечивают наружные кольца 1. Кроме того, при заявленном отношении наружного диаметра d внутреннего кольца 2 к внутреннему диаметру D наружного кольца 1 равного 0,7, площади свободных сечений внутреннего кольца 2 и кольцевого зазора между наружным 1 и внешним 2 кольцами равны, что обеспечивает одинаковые скорости газового и жидкостного потоков в этих сечениях, предотвращает образование застойных зон и увеличивает производительность тепло- и массообменных процессов.The nozzle for heat and mass transfer processes works as follows. The nozzle is filled in bulk or installed in rows within the apparatus. At the top, the nozzle is irrigated with liquid, and gas is supplied from below. Under the action of the gas flow, each inner ring 2 oscillates, which are transmitted to the liquid film flowing down it, thereby increasing its flow velocity along the nozzle and the surface. This circumstance leads to the intensification of heat and mass transfer at the gas-liquid interface and to an increase in the productivity of heat and mass transfer processes as a whole. Since the height h of the inner ring 2 is less than the height H of the outer ring 1, and the ratio of these heights corresponds to condition (1), the adjacent ends of the outer ring 1 do not touch the ends of the inner ring 2, allowing it to undergo free oscillations with high amplitude under the action of the gas flow . This circumstance leads to an even greater increase in the productivity of heat and mass transfer processes. The mechanical strength of the proposed nozzle is provided by the outer rings 1. In addition, with the stated ratio of the outer diameter d of the inner ring 2 to the inner diameter D of the outer ring 1 equal to 0.7, the free cross-sectional area of the inner ring 2 and the annular gap between the outer 1 and outer 2 rings are equal This ensures the same gas and liquid flow rates in these sections, prevents the formation of stagnant zones and increases the productivity of heat and mass transfer processes.

Закрепление внутреннего кольца 2 внутри наружного 1 с помощью двух пружин в верхних и нижних торцах (фиг. 1) обеспечивает угловое смешение колец относительно друг друга. Использование в конструкции насадки четырех пружин, соединяющих верхние и нижние торцы внутреннего 2 и внешнего 1 колец (фиг. 2), позволяет закрепить кольца без их углового смещения относительно друг друга.The fastening of the inner ring 2 inside the outer 1 using two springs in the upper and lower ends (Fig. 1) provides angular mixing of the rings relative to each other. The use in the design of the nozzle of four springs connecting the upper and lower ends of the inner 2 and outer 1 rings (Fig. 2), allows you to fix the ring without their angular displacement relative to each other.

Таким образом, предлагаемая конструкция насадки для тепло- и массообменных процессов за счет выполнения тел вращения в виде наружного и внутреннего колец Рашига, соединенных на торцевых частях пружинами, при отношении наружного диаметра d внутреннего кольца к внутреннему диаметру D наружного кольца равном 0,7, а также при отношении высот внутреннего и внешнего колец, подчиняющимся условию (1), процессы тепло- и массопереноса идут при интенсивных колебаниях внутреннего кольца без образования застойных зон на большой поверхности тепло- и массопередачи, что увеличивает скорость тепло- и массопереноса и производительность тепло- и массообменных процессов в целом.Thus, the proposed nozzle design for heat and mass transfer processes due to the execution of rotation bodies in the form of outer and inner Raschig rings connected by springs at the end parts, with the ratio of the outer diameter d of the inner ring to the inner diameter D of the outer ring equal to 0.7, and also, with the ratio of the heights of the inner and outer rings obeying condition (1), the processes of heat and mass transfer occur with intense vibrations of the inner ring without the formation of stagnant zones on a large surface of heat and transfer, which increases the rate of heat and mass transfer and the performance of heat and mass transfer processes in general.

Claims

Nozzle for heat and mass transfer processes made in the form of cylindrical surfaces located one inside the other and connected rotation bodies, the internal rotation body is located at a distance from the external rotation body, characterized in that the rotation bodies are made in the form of Raschig rings and connected to the end parts by means of at least two springs, while the ratio of the outer diameter of the inner ring to the inner diameter of the outer ring is 0.7, and the ratio of their heights is within

\frac{h}{H} = 0.8 \div 0.9,

where h and H are the heights of the inner and outer rings, respectively.