RU162267U1

RU162267U1 - NOZZLE FOR HEAT AND MASS EXCHANGE PROCESSES

Info

Publication number: RU162267U1
Application number: RU2015150424/05U
Authority: RU
Inventors: Александр Борисович Голованчиков; Анжелика Анатольевна Шагарова; Петр Сергеевич Васильев; Вячеслав Александрович Балашов; Жанна Владиславовна Кинякина; Сергей Алексеевич Фоменков
Priority date: 2015-11-24
Filing date: 2015-11-24
Publication date: 2016-06-10

Abstract

Насадка для тепло- и массообменных процессов, выполненная в виде расположенных одно внутри другого и соединенных посредством двух пружин тел вращения, имеющих форму цилиндрических поверхностей, внутреннее тело вращения расположено на расстоянии от наружного тела вращения, выполненного в виде колец Рашига и уложенных упорядоченно в ряды, при этом отношение наружного диаметра внутреннего тела вращения к внутреннему диаметру наружного кольца равно 0,7, а отношение их высот лежит в пределах:где h и Н - соответственно высоты внутреннего тела вращения и наружного кольца, отличающаяся тем, что внутреннее тело вращения выполнено равномерно перфорированным с положительной плавучестью в рабочей жидкости и соединено с наружным кольцом на нижнем торце.Nozzle for heat and mass transfer processes, made in the form of cylindrical surfaces of rotation bodies arranged one inside the other and connected by two springs, the inner rotation body located at a distance from the outer rotation body, made in the form of Raschig rings and arranged in order, the ratio of the outer diameter of the inner body of revolution to the inner diameter of the outer ring is 0.7, and the ratio of their heights lies in the range: where h and H are, respectively, the heights of the inner body rashchenija and outer rings, characterized in that the inner rotation body is formed uniformly perforated with a positive buoyancy in the working fluid and connected to the outer ring on the bottom.

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, ректификации и экстракции.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 the processes of absorption, rectification and extraction.

Известны комбинированные насадки, состоящие из крупных колец, укладываемых правильными рядами со сдвигом верхних рядов относительно нижних, внутрь которых засыпается мелкая насадка. (Скрубберы с комбинированной насадкой / Н.В. Инюшкин и др. // Химическое и нефтегазовое машиностроение, №3. 2013. С. 28-30).Known combined nozzles, consisting of large rings stacked in regular rows with a shift of the upper rows relative to the lower ones, into which a small nozzle is poured. (Scrubbers with a combined nozzle / N.V. Inyushkin et al. // Chemical and Oil and Gas Engineering, No. 3. 2013. P. 28-30).

К недостаткам этой конструкции насадки относятся недостаточная интенсивность тепло- и массопередачи из-за неподвижности крупных и мелких колец, что приводит к снижению производительности.The disadvantages of this design of the nozzle are the insufficient intensity of heat and mass transfer due to the immobility of large and small rings, which leads to a decrease in productivity.

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 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 d внутреннего кольца к внутреннему диаметру D наружного кольца равно 0,7, а отношение их высот лежит в пределах: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 cylindrical surfaces located one inside the other and connected by rotation bodies, the inner rotation body is located at a distance from the outer rotation body characterized in that the bodies of revolution are made in the form of Raschig rings and are connected at the end parts by at least two springs, the ratio of the outer diameter d the inner ring to the inner diameter D of the outer ring is 0.7, and the ratio of their heights lies in the range:

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

(П.м 148733 РФ, МПК B01J 19/00, 10.12.2014)(П.m. 148733 RF, IPC B01J 19/00, 10/10/2014)

К недостаткам этой насадки относится сложность изготовления из-за соединения внешнего и внутреннего тел вращения друг с другом посредством пружин, а также недостаточная интенсивность тепло- и массообменных процессов, что приводит к снижению производительности.The disadvantages of this nozzle include the difficulty of manufacturing due to the connection of the external and internal bodies of revolution with each other by means of springs, as well as the insufficient intensity of heat and mass transfer processes, which leads to a decrease in productivity.

Техническим результатом предлагаемой насадки для тепло- и массообменных аппаратов является увеличение производительности тепло- и массообменных процессов за счет динамических колебаний внутренних колец под действием потоков жидкости и газа.The technical result of the proposed nozzle for heat and mass transfer apparatus is to increase the productivity of heat and mass transfer processes due to dynamic oscillations of the inner rings under the action of liquid and gas flows.

Технический результат достигается тем, что насадка для тепло- и массообменных процессов, выполненная в виде расположенных одно внутри другого и соединенных посредством двух пружин тел вращения, имеющих форму цилиндрических поверхностей, внутреннее тело вращения расположено на расстоянии от наружного тела вращения, выполненного в виде колец Рашига и уложенных упорядоченно в ряды, при этом отношение наружного диаметра внутреннего тела вращения к внутреннему диаметру наружного кольца равно 0,7, а отношение их высот лежит в пределах:The technical result is achieved in that the nozzle for heat and mass transfer processes, made in the form of bodies of revolution located in the form of cylindrical surfaces located one inside the other and connected by two springs, the inner body of revolution is located at a distance from the outer body of revolution, made in the form of Rashig rings and laid in orderly in rows, while the ratio of the outer diameter of the inner body of revolution to the inner diameter of the outer ring is 0.7, and the ratio of their heights lies in the range:

где h и H - соответственно высоты внутреннего тела вращения и наружного кольца, отличающаяся тем, что внутреннее тело вращения выполнено равномерно перфорированным с положительной плавучестью в рабочей жидкости и соединено с наружным кольцом на нижнем торце.where h and H are, respectively, the heights of the inner body of revolution and the outer ring, characterized in that the inner body of rotation is uniformly perforated with positive buoyancy in the working fluid and connected to the outer ring at the lower end.

Выполнение внутреннего тела вращения, обладающего положительной плавучестью в рабочей жидкости позволяет при работе насадочной колонны в режиме эмульгирования, когда жидкая фаза становится сплошной, а газовая дисперсной, всплывающей в виде пузырьков, под действием потока рабочей жидкости каждому внутреннему телу вращения всплывать и находиться во взвешенном состоянии по отношению к наружному кольцу, образуя так называемый обратный псевдоожиженный слой, при этом пузырьки газа, сталкиваясь с боковой поверхностью внутреннего «плавающего» тела вращения, раскачивают его, заставляя совершать продольные и поперечные колебания внутри. Эти колебания интенсифицируют массообменные процессы на границе раздела фаз, образованной поверхностью пузырьков, что приводит к увеличению производительности.The implementation of the inner body of revolution, which has positive buoyancy in the working fluid, allows the packed column to work in the emulsification mode when the liquid phase becomes solid, and the dispersed gas phase that pops up in the form of bubbles, under the action of the working fluid flow, each inner body of rotation floats up and is in suspension with respect to the outer ring, forming the so-called reverse fluidized bed, with gas bubbles colliding with the side surface of the inner of "the body of rotation, rocking him, forcing to perform longitudinal and transverse vibrations inside. These vibrations intensify mass transfer processes at the phase boundary formed by the surface of the bubbles, which leads to an increase in productivity.

Соединение внутреннего тела вращения с наружным кольцом на нижнем торце посредством двух пружин позволяет внутреннему телу вращения совершать поперечные и продольные колебания под действием газового потока с высокой амплитудой, не покидая при этом наружное кольцо, что приводит к интенсификации тепло- и массообмена на границе раздела фаз газа и жидкости и к увеличению производительности тепло- и массообменных процессов в целом.The connection of the inner body of revolution with the outer ring at the lower end by means of two springs allows the inner body of revolution to perform transverse and longitudinal vibrations under the action of a gas stream with high amplitude, without leaving the outer ring, which leads to the intensification of heat and mass transfer at the gas phase boundary and liquids and to increase the productivity of heat and mass transfer processes in general.

Выполнение внутреннего тела вращения равномерно перфорированным приводит к дополнительной турбулизации газожидкостного потока, снижению гидравлического сопротивления, что позволяет повысить допустимый диапазон нагрузок по жидкости и газу массообменного аппарата с такой насадкой, что в свою очередь приводит к увеличению скорости протекания тепло- и массообменных процессов и повышению производительности.The implementation of the inner body of rotation uniformly perforated leads to additional turbulization of the gas-liquid flow, lower hydraulic resistance, which allows to increase the allowable range of loads on the liquid and gas of the mass transfer apparatus with such a nozzle, which in turn leads to an increase in the rate of heat and mass transfer processes and increase productivity .

На чертеже представлен общий вид в разрезе насадки с установленным внутри телом вращения, имеющим положительную плавучесть.The drawing shows a General view in section of the nozzle installed inside the body of revolution, with positive buoyancy.

Насадка для тепло- и массообменных процессов состоит из наружного кольца 1 с внутренним диаметром D и высотой H и внутреннего тела вращения 2 с внешним диаметром d и высотой h. Отношение внешнего диаметра d внутреннего тела вращения 2 к внутреннему диаметру D наружного кольца 1 равно 0,7, а отношение их высот подчиняется условию (1). Нижние торцы наружного кольца 1 и внутреннего тела вращения 2 соединены между собой двумя пружинами 3. Наружные кольца 1 упорядоченно установлены на опорных решетках внутри колонны, а внутри каждого наружного кольца 1 установлены внутренние тела вращения 2, имеющие положительную плавучесть в рабочей жидкости, находящейся в колонне, при этом внутренние тела вращения 2 равномерно перфорированы.The nozzle for heat and mass transfer processes consists of an outer ring 1 with an inner diameter D and a height H and an inner body of revolution 2 with an outer diameter d and a height h. The ratio of the outer diameter d of the inner body of revolution 2 to the inner diameter D of the outer ring 1 is 0.7, and the ratio of their heights obeys condition (1). The lower ends of the outer ring 1 and the inner body of revolution 2 are interconnected by two springs 3. The outer rings 1 are arranged orderly on the support grids inside the column, and the inner bodies of revolution 2 are installed inside each outer ring 1, which have positive buoyancy in the working fluid in the column while the internal bodies of revolution 2 are uniformly perforated.

Торцы наружных колец 1 не взаимодействуют с торцами внутренних тел вращения 2, и последние могут свободно колебаться на пружинах 3 внутри наружных колец 1.The ends of the outer rings 1 do not interact with the ends of the internal bodies of revolution 2, and the latter can freely oscillate on the springs 3 inside the outer rings 1.

Насадка для тепло- и массообменных процессов работает следующим образом.The nozzle for heat and mass transfer processes works as follows.

Крупные наружные кольца 1 укладываются правильными рядами со сдвигом верхних рядов относительно нижних, внутри каждого наружного кольца 1 устанавливается внутреннее тело вращения 2, имеющее положительную плавучесть в рабочей жидкости, равномерно перфорированное и соединенное с наружным кольцом 1 на нижнем торце посредством двух пружин 3.Large outer rings 1 are stacked in regular rows with the shift of the upper rows relative to the lower ones, inside each outer ring 1, an inner body of revolution 2 is installed, which has positive buoyancy in the working fluid, is uniformly perforated and connected to the outer ring 1 at the lower end via two springs 3.

Сверху насадка орошается жидкостью, а снизу подается газ. Под действием потока газа каждое внутреннее тело вращения 2 совершает колебания, которые передаются всплывающими пузырьками газа. 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 тела вращения 2 меньше высоты H наружного кольца 1, и отношение этих высот лежит в пределах 0,8÷0,9, под действием потока рабочей жидкости каждое внутреннее тело вращения 2 всплывает и находится во взвешенном состоянии, образуя так называемый обратный псевдоожиженный слой, а пузырьки газа, сталкиваясь с боковой поверхностью внутреннего «плавающего» тела вращения 2 раскачивают его, заставляя совершать продольные и поперечные колебания. Эти колебания интенсифицируют массообменные процессы на границе раздела фаз, образованной поверхностью пузырьков.At the top, the nozzle is irrigated with liquid, and gas is supplied from below. Under the action of the gas flow, each inner body of rotation 2 oscillates, which are transmitted by the pop-up gas bubbles. 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 body of revolution 2 is less than the height H of the outer ring 1, and the ratio of these heights lies in the range 0.8–0.9, under the action of the flow of the working fluid, each inner body of revolution 2 floats up and is in suspension, forming the so-called the reverse fluidized bed, and gas bubbles, colliding with the side surface of the inner "floating" body of revolution 2 swing it, forcing to make longitudinal and transverse vibrations. These vibrations intensify mass transfer processes at the phase boundary formed by the surface of the bubbles.

Использование в конструкции насадки двух пружин 3, соединяющих нижние торцы внутреннего тела вращения 2 и наружного кольца 1, позволяет закрепить внутреннее тело вращения 2, имеющего положительную плавучесть в рабочей жидкости, и предотвратить его вынос из наружного кольца 1.Using in the design of the nozzle two springs 3 connecting the lower ends of the inner body of revolution 2 and the outer ring 1, allows you to fix the inner body of revolution 2, which has positive buoyancy in the working fluid, and to prevent its removal from the outer ring 1.

Внутренние тела вращения 2 с положительной плавучестью могут быть изготовлены из полимеров, плотность которых меньше плотности рабочей жидкости, например, полиуретана, или газонасыщенных полимеров типа пенопластов, изготовленных путем экструзии, литья или прессования.Positive buoyancy internal rotation bodies 2 can be made of polymers whose density is less than the density of the working fluid, such as polyurethane, or gas-saturated polymers such as foams made by extrusion, molding or extrusion.

Таким образом, установка внутри наружного кольца 1 внутренних тел вращения 2, имеющих положительную плавучесть в рабочей жидкости и равномерно перфорированных позволяет увеличить скорость тепло- и массообмена на границе раздела фаз, что приводит к росту производительности тепло- и массообменных процессов в целом.Thus, the installation inside the outer ring 1 of internal bodies of revolution 2, which have positive buoyancy in the working fluid and are uniformly perforated, allows increasing 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.

Claims

A nozzle for heat and mass transfer processes made in the form of cylindrical surfaces of rotation bodies arranged one inside the other and connected by two springs, the inner rotation body located at a distance from the outer rotation body, made in the form of Raschig rings and arranged in order, the ratio of the outer diameter of the inner body of revolution to the inner diameter of the outer ring is 0.7, and the ratio of their heights lies in the range:

where h and H are, respectively, the heights of the inner body of revolution and the outer ring, characterized in that the inner body of rotation is uniformly perforated with positive buoyancy in the working fluid and connected to the outer ring at the lower end.