RU2049513C1 - Mass-transfer and heat-exchange apparatus - Google Patents
Mass-transfer and heat-exchange apparatus Download PDFInfo
- Publication number
- RU2049513C1 RU2049513C1 SU5006022A RU2049513C1 RU 2049513 C1 RU2049513 C1 RU 2049513C1 SU 5006022 A SU5006022 A SU 5006022A RU 2049513 C1 RU2049513 C1 RU 2049513C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steam
- sections
- mass
- section
- injection
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к конструкции аппаратов для массо- и теплообмена и может быть использовано для осуществления процессов ректификации, абсоpбции, десоpбции и теплообмена в химической, нефтехимической, гидролизной и пищевой отраслях промышленности. The invention relates to the design of apparatus for mass and heat transfer and can be used to carry out rectification, absorption, desorption and heat transfer processes in the chemical, petrochemical, hydrolysis and food industries.
Известна горизонтальная массообменная колонна для противоточного контактирования газа и жидкости, корпус которой секционирован последовательно установленными по ходу газа верхними и нижними поперечными перегородками с барботирующими устройствами между ними [1]
Однако работа известной колонны основана на осуществлении массообмена между жидкостью и паром в барботажном режиме, эффективность которого существенно ниже, чем при восходящем прямотоке фаз.Known horizontal mass transfer column for countercurrent contacting of gas and liquid, the casing of which is partitioned sequentially installed along the gas upper and lower transverse partitions with sparging devices between them [1]
However, the operation of the known columns is based on the implementation of mass transfer between liquid and steam in a bubble mode, the efficiency of which is significantly lower than with the upward flow of phases.
Известен аппарат для массо- и теплообмена [2] состоящий из корпуса, разделенного на камеры вертикальными перегородками, не доходящими до его дна и крышки и образующими каналы для прохода пара (газа). В каждой камере смонтированы тарелки с установленными на них инжекционными элементами. Инжекционные элементы заглушенные сверху трубки имеют два ряда отверстий: нижние меньшего диаметра для входа жидкой фазы и верхние большего диаметра для выхода паро-(газо-)жидкостной смеси. Массообмен осуществляется за счет контакта между поднимающейся по стенкам жидкостью, инжектируемой паром (газом), и струей пара (газа). Known apparatus for mass and heat transfer [2] consisting of a housing divided into chambers by vertical partitions, not reaching its bottom and lid and forming channels for the passage of steam (gas). In each chamber, plates with injection elements mounted on them are mounted. Injection elements plugged at the top of the tube have two rows of holes: lower ones of a smaller diameter to enter the liquid phase and upper ones of a larger diameter to exit the vapor (gas) liquid mixture. Mass transfer occurs due to contact between the liquid rising along the walls, injected with steam (gas), and a stream of steam (gas).
Экспериментально установлено, что массообмен осуществляется эффективно в элементах диаметром, не превышающим 50 мм. При дальнейшем возрастании диаметра пар, поднимающийся в центральной части поперечного сечения элемента, неудовлетворительно участвует в массо- и теплообмене и снижает КПД элементов. It has been experimentally established that mass transfer is carried out effectively in elements with a diameter not exceeding 50 mm. With a further increase in the diameter of the vapor, rising in the central part of the cross section of the element unsatisfactorily participates in mass and heat transfer and reduces the efficiency of the elements.
Все тарелки в аппарате размещены в одной горизонтальной плоскости и снабжены расположенными под ними направляющими дисками со сливной трубкой для перетока жидкости из одной камеры в другую. All plates in the apparatus are placed in one horizontal plane and equipped with guide disks located under them with a drain pipe for the flow of fluid from one chamber to another.
Недостатками известного аппарата являются следующие:
1. Монтаж аппарата в едином корпусе обусловливает необходимость демонтажа и монтажа всего аппарата в случае ремонта и чистки и его остановки на длительное время. Тем самым возникает необходимость в резервном оборудовании.The disadvantages of the known apparatus are the following:
1. Installation of the device in a single housing necessitates the dismantling and installation of the entire device in case of repair and cleaning and its stop for a long time. Thus there is a need for redundant equipment.
2. Возможность расположения аппарата только в одной горизонтальной плоскости создает затруднения при его использовании в аппаратных отделениях сравнительно небольшой площади. 2. The ability to locate the device in only one horizontal plane creates difficulties when it is used in the hardware compartments of a relatively small area.
3. Недостаточно эффективный массо- и теплообмен в инжекционных элементах диаметром более 50 мм является причиной невозможности сооружения аппарата большой единичной мощности, что потребовало бы установки на тарелках большого числа элементов диаметром 50 мм, а значит, и неоправданного увеличения площади сечения секций. 3. The insufficiently effective mass and heat transfer in injection elements with a diameter of more than 50 mm causes the impossibility of constructing an apparatus of large unit power, which would require the installation of a large number of elements with a diameter of 50 mm on plates, and, therefore, an unjustified increase in the sectional area of the sections.
Известен аппарат [3] который состоит из разъемных, преимущественно на три части, камер, в каждой из которых установлены тарелки с закрепленными в них патрубками, выполненными с нижним и верхним рядами отверстий. В патрубке коаксиально размещены заглушенные с обоих концов дополнительные патрубки, образующие кольцевой канал для прохода парожидкостной смеси. Над тарелками размещены в каждой камере направляющие диски со сливными трубками. A known apparatus [3] which consists of detachable, mainly in three parts, chambers, in each of which there are plates with fixed nozzles made with the lower and upper rows of holes. In the nozzle, coaxially placed additional nozzles muffled at both ends, forming an annular channel for the passage of the vapor-liquid mixture. Above the plates, guide discs with drain tubes are placed in each chamber.
Пар (газ) и жидкость перемещаются в аппарате противотоком, например, жидкость справа налево, а пар (газ) слева направо, а массо- и теплообмен между фазами в восходящем прямотоке в инжекционных элементах. Steam (gas) and liquid move in a countercurrent apparatus, for example, liquid from right to left, and steam (gas) from left to right, and mass and heat exchange between the phases in the upward flow in the injection elements.
Экспериментально установлено, что высокий КПД инжекционных элементов сохраняется при диаметре до 50 мм. Как показано в прототипе, для исключения из массо- и теплообмена центральной части пара в элементах более 50 мм по диаметру, например, в элемент диаметром 100 мм был введен коаксиально заглушенный с обоих концов патрубок, благодаря чему массо- и теплообмен протекал только в кольцевом пространстве. It was experimentally established that a high efficiency of injection elements is maintained with a diameter of up to 50 mm. As shown in the prototype, to exclude from the mass and heat transfer the central part of the steam in the elements of more than 50 mm in diameter, for example, a pipe coaxially damped from both ends of the nozzle was introduced into the element with a diameter of 100 mm, due to which mass and heat transfer occurred only in the annular space .
Результаты испытаний элементов диаметром 50 и 100 мм конструкции прототипа приведены в таблице и подтверждают изложенный выше недостаток элементов диаметром более 50 мм. The test results of elements with a diameter of 50 and 100 mm of the prototype design are shown in the table and confirm the above disadvantage of elements with a diameter of more than 50 mm.
К недостаткам прототипа относится также расположение входных паропроводов внутри секций, что обусловливает излишние гидравлические сопротивления, затраты металла, а также исключение части площади тарелки для использования для массо- и теплообмена. The disadvantages of the prototype also include the location of the input steam lines inside the sections, which leads to excessive hydraulic resistance, metal costs, as well as the exclusion of part of the plate area for use for mass and heat transfer.
Цель изобретения интенсификация процесса массо- и теплообмена в инжекционных элементах без использования коаксиальных патрубков и снятие ограничения единичной мощности аппарата. The purpose of the invention is the intensification of the process of mass and heat transfer in the injection elements without the use of coaxial pipes and the removal of the unit power limit of the apparatus.
Указанная цель достигается тем, что в аппарате, содержащем камеры, выполненные в виде отдельных разъемных и взаимозаменяемых секций, соединенных между собой паровыми и переточными линиями с вмонтированными в них тарелками с заглушенными сверху инжекционными элементами и направляющими дисками, инжекционные элементы выполнены в виде трубок с переменным сечением, причем площадь сечения нижней части (10-20% от общей высоты элемента) составляет 0,4-0,6 площади сечения верхней части, имеют внизу два ряда отверстий для входа жидкой фазы: первый снизу ряд расположен в суженной части инжекционного элемента над тарелкой, а второй в расширенной его части, перед штуцерами для выхода пара из секций установлены перегородки, образующие сегментный канал для прохода пара. This goal is achieved by the fact that in the apparatus containing the cameras, made in the form of separate detachable and interchangeable sections, interconnected by steam and transfer lines with mounted plates with muffled injection elements and guide discs, the injection elements are made in the form of tubes with a variable cross-section, and the cross-sectional area of the lower part (10-20% of the total height of the element) is 0.4-0.6 cross-sectional areas of the upper part, have two rows of holes for the entrance of the liquid phase below: the first y is a number in the narrowed portion of the injection element over the plate, and the second part in an extended, front fittings to exit steam from the sections are installed partitions constituting a channel segment steam passage.
Высота нижней части инжекционных элементов принята 10-20% от общей их высоты, исходя из того, что высота менее 10% не обеспечивает конструктивное размещение нижнего ряда отверстий, а при высоте свыше 20% сокращается время массо- и теплообмена, а следовательно и эффективность работы инжекционных элементов. Площадь сечения нижней части элемента ограничена 40-60% от площади сечения верхней части: при площади сечения нижней части менее 40% скорость паровой (газовой) фазы будет слишком велика и обусловит факельный выброс жидкости вдоль оси элемента, сократит время контакта и эффективность массообмена; при площади сечения свыше 0,6 сечения верхней части будет недостаточен перепад скоростей и нарушено распределение жидкой фазы по всему сечению элемента. The height of the lower part of the injection elements is assumed to be 10-20% of their total height, based on the fact that a height of less than 10% does not provide constructive placement of the bottom row of holes, and at a height of more than 20%, the mass and heat transfer time is reduced, and therefore the work efficiency injection elements. The cross-sectional area of the lower part of the element is limited to 40-60% of the cross-sectional area of the upper part: when the cross-sectional area of the lower part is less than 40%, the speed of the vapor (gas) phase will be too high and will cause a flare discharge of liquid along the axis of the element, reduce contact time and mass transfer efficiency; with a cross-sectional area of more than 0.6 of the upper section, the speed difference will be insufficient and the distribution of the liquid phase over the entire cross section of the element will be violated.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемое устройство отличается наличием новых конструктивных элементов и их связей с отдельными элементами аппарата, позволяющих достичь цель изобретения. Comparative analysis with the prototype shows that the proposed device is characterized by the presence of new structural elements and their relationships with individual elements of the apparatus, allowing to achieve the purpose of the invention.
1. Выполнение инжекционного элемента в виде трубки с переменным сечением и двумя рядами отверстий для входа жидкости позволяет разделить поступающую в элемент жидкость на два потока соответственно числу отверстий: первый 25-50% общего объема, входящий в суженную часть элемента, подхватываемый струей пара и понимающийся по центральной зоне сечения инжекционного элемента, вступает в массо- и теплообмен с паром в этой части, второй 75-50% входящий в отверстия расширенной части инжекционного элемента, подхватывается паром, поднимается по стенкам и контактирует с паром аналогично тому, как и в прототипе. Разделение потока жидкости на две части обеспечивает организацию массо- и теплообмена по всему сечению инжекционного элемента, исключает необходимость в коаксиальном патрубке в прототипе и снимает ограничение в площади сечения инжекционного элемента, а значит, и мощности единичного аппарата. 1. The implementation of the injection element in the form of a tube with a variable cross-section and two rows of openings for liquid inlet allows you to divide the liquid entering the element into two streams, respectively, the number of holes: the first 25-50% of the total volume included in the narrowed part of the element, picked up by a stream of steam and understood along the central sectional zone of the injection element, it enters mass and heat exchange with steam in this part, the second 75-50% entering the holes of the expanded part of the injection element, is picked up by steam, rises along the walls and is in contact with steam in the same way as in the prototype. The separation of the fluid flow into two parts ensures the organization of mass and heat transfer over the entire cross section of the injection element, eliminates the need for a coaxial nozzle in the prototype and removes the restriction in the cross-sectional area of the injection element, and hence the power of a single apparatus.
2. Вынесение паровых линий из секций позволяет вдвое сократить их длину и снизить соответственно величину гидравлических сопротивлений для прохода пара, что особенно важно при проведении процесса ректификации при пониженном давлении, одновременно на 12% сокращаются затраты металла на изготовление секций и создается возможность смонтировать в секциях на освободившейся площади тарелки дополнительное количество инжекционных элементов, а значит, увеличить производительность аппарата ≈на 10%
3. Установка перед штуцером выхода паровой фазы из секций перегородок, отсекающих сегментный канал, предотвращает унос большей части диспергированной жидкой фазы паром и повышает укрепление летучих компонентов на 5 отн.2. Removing the steam lines from the sections allows to halve their length and reduce the corresponding hydraulic resistance for steam passage, which is especially important when carrying out the rectification process under reduced pressure, while the metal costs for manufacturing sections are reduced by 12% and it is possible to mount sections in the free plate area an additional number of injection elements, which means to increase the productivity of the apparatus by 10%
3. The installation in front of the fitting of the exit of the vapor phase from the partition walls that cut off the segment channel prevents the ablation of most of the dispersed liquid phase with steam and increases the strength of the volatile components by 5 rel.
Таким образом, предлагаемое устройство соответствует критерию изобретения "Новизна". При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие предлагаемое изобретение от прототипа, не были выявлены, и потому они обеспечивают предлагаемому техническому решению соответствие критерию "Изобретательский уровень". Thus, the proposed device meets the criteria of the invention of "Novelty." When studying other well-known technical solutions in this technical field, the features that distinguish the proposed invention from the prototype were not identified, and therefore they provide the proposed technical solution with the criterion of "Inventive step".
На фиг. 1 представлен аппарат для массо- и теплообмена, общий вид; на фиг.2 продольный разрез инжекционного элемента. In FIG. 1 shows an apparatus for mass and heat transfer, a general view; figure 2 is a longitudinal section of an injection element.
Предложенный аппарат состоит из разъемных секций 1, в которых смонтированы тарелки 2 с укрепленными в них заглушенными сверху инжекционными элементами 3 и направляющие диски 4. Секции соединены между собой паровыми разъемными линиями 5 и разъемными же переточными линиями 6 для жидкости. The proposed apparatus consists of
Инжекционные элементы 3 представляют собой трубки с переменным сечением: нижняя часть высотой 10-20% от общей высоты элемента сужена и имеет площадь сечения 0,4-0,6 от площади сечения верхней части инжекционного элемента. Последний имеет внизу два ряда отверстий меньшего сечения для входа жидкой фазы: нижний ряд 7 в суженной части элемента и верхний 8 в расширенной его части. Вверху элемент имеет ряд отверстий большего сечения 9 для выхода парожидкостной смеси. The
Аппарат, применительно к осуществлению в нем процесса ректификации, снабжен патрубками 10 для входа исходной питающей жидкости, патрубком 11 для выхода паро-(газовой) фазы, патрубком 12 для входа паровой фазы и патрубком 13 для выхода исчерпанной по летучим компонентам жидкости. The apparatus, with regard to the implementation of the rectification process in it, is equipped with
Аппарат работает следующим образом. The device operates as follows.
Исходная жидкость поступает в секцию А через патрубок 10 на тарелку 2 и через два нижних ряда отверстий меньшего течения 7 и 8 в инжекционные элементы 3. Часть жидкости (25-50% по объему), поступившая через отверстия 7, подхватывается струей пара и приходит в массо- и теплообмен с паром в центральной зоне площади сечения инжекционного элемента, оставшаяся часть потока через отверстия 8 поднимается по стенкам и контактирует с паром в расширенной части инжекционного элемента, где скорость пара, например, в 2 раза ниже, чем в суженной части, аналогично тому, как и в прототипе. The initial liquid enters section A through
Парожидкостная смесь через отверстия 9 в верху расширенной части инжекционного элемента 3 выбрасывается в паровое пространство секции А над направляющим диском 4 и разделяется на жидкую и паровую фазы. Последняя выводится из аппарата через патрубок 11 в конденсационную систему, а жидкая фаза опускается на направляющий диск 4 и по переточной линии 6 поступает на тарелку 2 следующей (по ходу жидкости) секции. The vapor-liquid mixture through the
Пар для подогрева аппарата поступает в аппарат через штуцер 12 и распределяется между инжекционными элементами 3. Парожидкостная смесь по выходе из последних через отверстия 9 разделяется в паровом пространстве над направляющим диском 4 на жидкую фазу, удаляющуюся по переточным линиям 6 из секции в секцию или из аппарата через штуцер 13, а паровая фаза освобождается с помощью перегородок 14 от основной массы увлеченных капель жидкости и по паропроводам 5 проходит последовательно через все секции до секции А. Steam for heating the apparatus enters the apparatus through the
В аппарате предусмотрена возможность изменения точки ввода питания и отбора фракций летучих компонентов из любой секции. С точки зрения эксплуатации и возможности монтажа аппарата произвольной геометрии предлагаемая конструкция имеет все преимущества прототипа. The apparatus provides the ability to change the power entry point and the selection of fractions of volatile components from any section. From the point of view of operation and the possibility of mounting an arbitrary geometry apparatus, the proposed design has all the advantages of a prototype.
В таблице сопоставлены экспериментальные данные по исследованию эффективности массо- и теплообмена в инжекционных элементах диаметром 100 мм прототипа и в предлагаемой конструкции аппарата. The table compares the experimental data on the study of the effectiveness of mass and heat transfer in injection elements with a diameter of 100 mm of the prototype and in the proposed design of the apparatus.
Для подтверждения достижения поставленной цели в таблице приведены два показателя, характеризующих преимущества предлагаемой конструкции против прототипа, а именно КПД и производительность единичного элемента. To confirm the achievement of the goal, the table shows two indicators characterizing the advantages of the proposed design against the prototype, namely the efficiency and productivity of a single element.
Из сопоставления результатов испытаний инжекционных элементов диаметром 100 мм, представленных в таблице, явствует, что предлагаемая новая конструкция инжекционных элементов позволила достичь предложенную цель повысить эффективность процесса массо- и теплообмена с доведением ее до величины, полученной в элементах диаметром 50 мм, и повысить производительность почти в 2 раза. Это означает, что при сохранении габаритов секций единичная мощность аппарата может быть удвоена, или для заданной мощности представляется возможным сократить в 2 раза число инжекционных элементов в секции и соответственно уменьшить площадь поперечного сечения секций, в том числе и за счет освобождения части площади тарелки, при вынесении паропроводов за пределы секции. Повышение эффективности массо- и теплообмена сказывается и на сокращении удельного расхода пара, не превышающего для предлагаемой конструкции элемента диаметром 100 мм и 10% от веса питания. From a comparison of the test results of injection elements with a diameter of 100 mm presented in the table, it is clear that the proposed new design of injection elements allowed us to achieve the proposed goal to increase the efficiency of the mass and heat transfer process by bringing it to the value obtained in elements with a diameter of 50 mm and to increase productivity by almost 2 times. This means that while maintaining the dimensions of the sections, the unit power of the apparatus can be doubled, or for a given power it seems possible to reduce by 2 times the number of injection elements in the section and, accordingly, reduce the cross-sectional area of the sections, including by freeing up part of the plate area, at removal of steam pipelines outside the section. The increase in the efficiency of mass and heat transfer also affects the reduction of the specific steam consumption, which does not exceed for the proposed design an element with a diameter of 100 mm and 10% of the power supply.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5006022 RU2049513C1 (en) | 1991-08-28 | 1991-08-28 | Mass-transfer and heat-exchange apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5006022 RU2049513C1 (en) | 1991-08-28 | 1991-08-28 | Mass-transfer and heat-exchange apparatus |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2049513C1 true RU2049513C1 (en) | 1995-12-10 |
Family
ID=21587186
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU5006022 RU2049513C1 (en) | 1991-08-28 | 1991-08-28 | Mass-transfer and heat-exchange apparatus |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2049513C1 (en) |
-
1991
- 1991-08-28 RU SU5006022 patent/RU2049513C1/en active
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 1. Авторское свидетельство СССР N 593705, кл. B 01D 3/20, 1978. * |
| 2. Авторское свидетельство СССР N 321130 B 01D 3/20, 1971. * |
| 3. Авторское свидетельство СССР N 856477, кл. B 01 D 3/26, 1981. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4349360A (en) | Fluid treating column and apparatus for treating mixtures of liquid and gas | |
| US4359329A (en) | Oil separator for compressors of heat pumps and chillers | |
| US4732585A (en) | Fluid treating for removal of components or for transfer of heat, momentum-apparatus and method | |
| USRE33444E (en) | Fluid treating for removal of components or for transfer of heat, momentum-apparatus and method | |
| JP2004512924A (en) | Efficiency enhanced fractionation trays and processes | |
| JP2016523179A (en) | Distribution tray for gas-liquid contact tower with secondary distribution system | |
| NL8102439A (en) | DEVICE FOR DISTRIBUTING A LIQUID AS A THIN LAYER IN VERTICAL HEAT EXCHANGER. | |
| US3174914A (en) | Tandem flash distilling plant | |
| RU2049513C1 (en) | Mass-transfer and heat-exchange apparatus | |
| RU2075020C1 (en) | Apparatus for heat exchange and diffusion processes | |
| RU2196830C1 (en) | Saturator for sugar production | |
| US3658484A (en) | Countercurrent contact apparatus | |
| SU816519A1 (en) | Horisontal adsorber | |
| SU1110464A1 (en) | Mass-exchange apparatus | |
| SU1001985A1 (en) | Horisontal mass exchange column | |
| SU929134A1 (en) | Horisontal mass exchange apparatus | |
| CN219368442U (en) | Vertical condenser of sludge drying system | |
| SU1456741A1 (en) | Shell-and-tube heat exchanger | |
| US1958586A (en) | Method of dissolving and apparatus therefor | |
| SU1165441A1 (en) | Sprayer heat-mass-transfer apparatus | |
| SU701654A1 (en) | Extractor | |
| US3401502A (en) | Process and apparatus for scrubbing gases | |
| SU939917A1 (en) | Multistep mixing condenser | |
| SU1240428A1 (en) | Heat and mass exchange apparatus | |
| RU18646U1 (en) | ATTACHED MASS TRANSFER CROSS CROSS COLUMN |