RU2056933C1

RU2056933C1 - Fitting on for heat-mass-exchanging apparatuses

Info

Publication number: RU2056933C1
Application number: RU94004260A
Authority: RU
Inventors: В.И. Шейнман
Original assignee: Товарищество с ограниченной ответственностью - Научно-производственная компания "Кедр-89"
Priority date: 1994-02-10
Filing date: 1994-02-10
Publication date: 1996-03-27

Abstract

FIELD: heat-mass-exchanging processes. SUBSTANCE: fitting on for heat-mass-exchanging apparatuses has package, made of fixed to each other in their upper and lower parts layers of threads with canals for feeding and discharging liquid in the fixed parts. Fixed upper and lower parts of layers of threads have latticed supporting sites with bent ends located in fixed parts. In the case middle part of package is provided with distributors of liquid and limiters of engaging motion of threads. Distributors and limiters are made in the form of latticed sites of layers of threads. In the case canals for feeding and discharging of liquid in fixed parts are made both of separate layers of threads and with different height and width of latticed sites and of gaskets of capillary-porous material placed between layers of package. EFFECT: increased efficiency of heat-mass-exchange process due to increase of surface of contacting phases. 3 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к конструкциям насадок для проведения тепломассообменных процессов с системах газ-жидкость и может быть использовано в химической, нефтеперерабатывающей и газовой промышленности. The invention relates to designs of nozzles for conducting heat and mass transfer processes with gas-liquid systems and can be used in the chemical, oil refining and gas industries.

Известна насадка для тепломассообменных процессов, выполненная из многослойного пакета проволочных элементов, связанных в форме сетчатых рукавов и навитых на каркас в форме многогранника вплотную или внахлест с установкой между слоями дистанционных прокладок [1]
Недостатком известной конструкции является сравнительно невысокая производительность насадки по газовой фазе вследствие того, что струйки жидкости, стекающие по проволочным элементам вязаных сетчатых рукавов, укрупняются, при этом уменьшается эффективность процесса и уменьшается поверхность контакта фаз.Known nozzle for heat and mass transfer processes made of a multilayer package of wire elements connected in the form of mesh sleeves and wound on the frame in the form of a polyhedron close to or overlapping with the installation between the layers of spacers [1]
A disadvantage of the known design is the relatively low productivity of the nozzle in the gas phase due to the fact that the trickles of liquid flowing down the wire elements of knitted mesh sleeves are enlarged, while the process efficiency decreases and the contact surface of the phases decreases.

Известна также насадка, состоящая из параллельных нитей, навитых с некоторым шагом на жесткие рамки, которые с помощью дистанционных прокладок собираются в пакеты [2]
Недостатком [2] является сравнительно низкая эффективность при использовании ее для проведения процессов массообмена из-за ограниченной поверхности контакта фаз, определяемой только суммарной поверхностью кольцеобразных пленок жидкости, стекающей по нитям, и возможность байпасного прохода газа по сквозным прямолинейным каналам, образованным рядами параллельных нитей.A nozzle is also known, consisting of parallel threads, wound with a certain step on a rigid frame, which with the help of remote gaskets are collected in packages [2]
The disadvantage [2] is the relatively low efficiency when used for mass transfer processes due to the limited contact surface of the phases, determined only by the total surface of the ring-shaped liquid films flowing through the threads, and the possibility of bypass gas passage through straight-through channels formed by rows of parallel threads.

Кроме того, известна насадка (прототип) для тепломассообменных аппаратов, включающая блок вертикальных или наклонных нитей, по всей длине отстоящих друг от друга и рядами закрепленных между опорными поверхностями, в которых выполнены каналы для подвода и отвода жидкости с нитей, ограниченных с боковых сторон сплошными стенками [3]
Недостатком прототипа является ограниченная поверхность контакта фаз, определяемая общей поверхностью не соприкасающихся друг с другом жидкостных кольцеобразных пленок, стекающих по нитям, а также возможность прохода части легкой фазы без контакта с жидкостью по сквозным прямолинейным каналам, образованным рядами регулярно расположенных нитей, что снижает эффективность массообмена.In addition, there is a known nozzle (prototype) for heat and mass transfer apparatuses, including a block of vertical or inclined threads, spaced along the entire length of each other and rows fixed between supporting surfaces, in which channels are made for supplying and discharging liquid from the threads, which are continuous on the sides walls [3]
The disadvantage of the prototype is the limited contact surface of the phases, determined by the common surface of non-contacting liquid annular films flowing through the threads, as well as the possibility of passage of part of the light phase without contact with the liquid through straight-through channels formed by rows of regularly spaced threads, which reduces the efficiency of mass transfer .

Целью изобретения является повышение эффективности процесса массообмена за счет увеличения поверхности контактирующих фаз и предотвращения байпасных потоков газовой фазы при прохождении ею насадки. The aim of the invention is to increase the efficiency of the mass transfer process by increasing the surface of the contacting phases and preventing bypass flow of the gas phase during the passage of the nozzle.

Это обеспечивается тем, что в насадке для тепломассообменных аппаратов, включающей пакет из скрепленных между собой вверху и внизу слоев нитей с каналами для подвода и отвода жидкости в скрепленных частях, скрепленные части слоев нитей выполнены вверху и внизу с сетчатыми несущими участками с загнутыми концами, расположенными в скрепленных частях, при этом в средней части пакет снабжен распределителями жидкости и ограничителем взаимного перемещения нитей, выполненными в виде сетчатых участков слоев нитей. Каналы для подвода и отвода жидкости в скрепленных частях могут быть образованы как отдельными слоями нитей с различной высотой и шириной сетчатых участков, так и прокладками из капиллярно-пористого материала, расположенными между слоями пакета. This is ensured by the fact that in the nozzle for heat and mass transfer apparatus, comprising a package of layers of threads fastened together at the top and bottom with channels for supplying and discharging liquid in the fastened parts, the fastened parts of the thread layers are made at the top and bottom with mesh supporting sections with bent ends located in fastened parts, while in the middle part the package is equipped with liquid distributors and a limiter for the mutual movement of the threads, made in the form of mesh sections of the layers of threads. The channels for supplying and discharging liquid in the fastened parts can be formed by separate layers of threads with different heights and widths of mesh sections, and gaskets made of capillary-porous material located between the layers of the bag.

На фиг.1 изображена насадка, общий вид спереди; на фиг.2 вид А на фиг.1; на фиг. 3 вариант выполнения, вид спереди; на фиг.4 вариант выполнения, вид сбоку; на фиг.5 вид Б на фиг.5. Figure 1 shows the nozzle, a General front view; figure 2 view a in figure 1; in FIG. 3 embodiment, front view; figure 4 embodiment, side view; figure 5 view B in figure 5.

Насадка для тепломассообменых аппаратов состоит из пакетов, каждый из которых состоит из скрепленных между собой вверху и внизу сложенных стопкой слоев 1, состоящих из нитей 2, концы которых соединены между собой сетчатыми несущими частями 3 с загнутыми концами 4. Упомянутые концы 4 размещены между слоями 1 и являются для нитей соседних слоев дистанциоирующими прокладками. Сетчатые несущие части 3 слоев нитей 2 скреплены между собой любым известным способом, например, фиксаторами 4, точечной сваркой и т.п. и образуют гибкий каркас в виде многослойного пакета. The nozzle for heat and mass transfer apparatuses consists of packets, each of which consists of layers 1 fastened together at the top and bottom, consisting of threads 2, the ends of which are interconnected by mesh supporting parts 3 with bent ends 4. The said ends 4 are placed between layers 1 and are for strands of adjacent layers spacer spacers. Mesh supporting parts 3 of the layers of threads 2 are bonded to each other by any known method, for example, clamps 4, spot welding, etc. and form a flexible frame in the form of a multilayer package.

Каналы для подвода и отвода жидкости в каркасе пакета образуются при его изготовлении за счет того, что сетчатые части 3 отдельных слоев выполнены с вырезами, т.е. за счет различной ширины а и высоты b сетчатых несущих участков. Кроме того, загнутые концы 4 отдельных слоев могут быть выполнены укороченными по сравнению с незагнутой частью сетчатой части 3 (см. фиг.5). Это также позволяет организовать каналы с для прохода жидкости. Дополнительно для улучшения распределения жидкости в упомянутых каналах при необходимости могут быть размещены прокладки 6 из капиллярно-пористого материала. Channels for supplying and discharging liquid in the package frame are formed during its manufacture due to the fact that the mesh parts of 3 separate layers are made with cutouts, i.e. due to the different width a and height b of the mesh supporting sections. In addition, the bent ends 4 of the individual layers can be made shortened in comparison with the non-bent part of the mesh part 3 (see figure 5). It also allows you to organize channels with for the passage of fluid. Additionally, to improve the distribution of liquid in the said channels, if necessary, gaskets 6 made of capillary-porous material can be placed.

В средней части слой нитей, составляющих пакет, выполнен с сетчатыми участками 7, ограничивающими взаимное перемещение нитей 2, при этом эти участки являются распределителями жидкости нижней части слоев нитей. In the middle part, the layer of threads making up the bag is made with mesh sections 7 restricting the mutual movement of threads 2, while these sections are liquid distributors of the lower part of the layers of threads.

Монтаж насадки внутри аппарата может быть осуществлен путем подвешивания ее пакетов, при этом натяжение слоев нитей определяется весом подвешенной части пакета. Installation of the nozzle inside the apparatus can be carried out by suspending its packages, while the tension of the layers of threads is determined by the weight of the suspended part of the package.

Данная насадка может быть использована и как массообменный, и как сепарационный элемент массообменного аппарата. This nozzle can be used both as a mass transfer and as a separation element of the mass transfer apparatus.

При работе в качестве массообменного устройства тяжелая фаза (жидкость) подается сверху на торец пакета и стекает вниз, проходя по каналам и щелям между нитями сетчатых частей слоев. Далее жидкость поступает на нити и, стекая по ним, вступает в контакт с легкой фазой (газом-паром). Поскольку нити насадки натянуты незначительно, в процессе контакта нити начинают вибрировать, при этом в объеме насадки в одной или нескольких точках пленки жидкости на соседних нитях сливаются, приходя в соприкосновение и увеличения этим сопротивление прохождению легкой фазы, поток которой перераспределяется. Далее этот процесс развивается в других точках объема и т.д. т.е. в объеме насадки развиваются устойчивые колебания нитей, приводящие к интенсивному слиянию и разрушению пленок жидкости, что значительно интенсифицирует массообмен. Проходя через распределительные устройства в средней части насадки, являющиеся одновременно и ограничителями взаимного перемещения нитей, жидкость из верхней части насадки равномерно распределяется по нитям в ее нижней части, где развивается такой же процесс, как и в ее нижней части. Далее жидкость попадает в каналы нижней скрепленной части пакета и отводится на нижерасположенную массообменную ступень, а газ-пар уходит вверх на следующую ступень массообмена. Сетчатые части 7 слоев нитей в средней части пакета, являясь средством для равномерного распределения жидкости по слоям нитей 2, в то же время являются средством, позволяющим упорядоченно расположить нити 2 в слоях пакета, ограничивая их взаимное перемещение. When working as a mass transfer device, the heavy phase (liquid) is supplied from above to the end of the packet and flows downward, passing through the channels and slots between the threads of the mesh parts of the layers. Further, the liquid enters the filaments and, flowing down them, comes into contact with the light phase (gas vapor). Since the nozzle threads are slightly stretched, the threads begin to vibrate during the contact process, while in the nozzle volume at one or more points the liquid films on adjacent threads merge, coming into contact and increasing the resistance to the passage of the light phase, the flow of which is redistributed. Further, this process develops at other points in the volume, etc. those. In the volume of the nozzle, stable oscillations of the threads develop, leading to intensive coalescence and destruction of the liquid films, which significantly intensifies mass transfer. Passing through the switchgear in the middle part of the nozzle, which are simultaneously the limiters of the mutual movement of the threads, the liquid from the upper part of the nozzle is evenly distributed over the threads in its lower part, where the same process develops as in its lower part. Next, the liquid enters the channels of the lower fastened part of the package and is discharged to the downstream mass transfer stage, and the gas vapor goes up to the next mass transfer stage. The mesh parts 7 of the layers of threads in the middle part of the bag, being a means for evenly distributing the liquid across the layers of threads 2, at the same time are a means for ordering the threads 2 in the layers of the bag, limiting their mutual movement.

При проведении процессов сепарации, например, двухфазных систем каналы в верхней части пакета служат для подачи промывочной жидкости, а каналы в нижней части пакета служат для отвода отсепарированной и промывочной жидкости из пакета насадки. When conducting separation processes, for example, two-phase systems, the channels in the upper part of the bag serve to supply washing liquid, and the channels in the lower part of the bag serve to drain the separated and washing liquid from the nozzle bag.

Особенностью предложенной насадки является одновременное протекание в ней двух противоположных процессов, а именно, дисперсирование и слияние капель, которые возникают одновременно по всему объему насадки, причем эти процессы протекают динамично и, соответственно, динамично перераспределяется по объему насадки газовая фаза, т.е. насадка работает в режиме саморегуляции. При использовании предложенной насадки за счет гибкости ее несущих частей, составляющих каркас, можно образовать насадку внутри массообменного аппарата практически любой формы, в том числе в форме, конгруэнтной внутренней поверхности аппарата. Это позволяет повысить коэффициент заполнения объема аппарата, что в свою очередь, уменьшает его габариты. Снижаются также материалоемкость и энергоемкость. A feature of the proposed nozzle is the simultaneous occurrence of two opposite processes in it, namely, the dispersion and coalescence of droplets that occur simultaneously throughout the entire volume of the nozzle, and these processes proceed dynamically and, accordingly, the gas phase is dynamically redistributed throughout the nozzle volume, i.e. the nozzle works in self-regulation mode. When using the proposed nozzle due to the flexibility of its bearing parts that make up the frame, it is possible to form a nozzle inside the mass transfer apparatus of almost any shape, including in the form congruent to the inner surface of the apparatus. This allows you to increase the fill factor of the volume of the apparatus, which, in turn, reduces its size. Material consumption and energy consumption are also reduced.

Claims

1. NOZZLE FOR HEAT AND MASS EXCHANGE APPLIANCES, comprising a package of layers of threads bonded together at the top and bottom with channels for supplying and discharging fluid in the bonded parts, characterized in that the bonded parts of the thread layers are made with mesh supporting sections with curved ends located in the bonded parts while in the middle part the package is equipped with liquid distributors and limiters for the mutual movement of the threads, made in the form of mesh sections of the layers of threads.

2. The nozzle according to claim 1, characterized in that the channels for supplying and discharging liquid in the fastened parts are formed by separate layers of threads with different heights and widths of the mesh bearing sections.

3. The nozzle according to claim 1, characterized in that the channels for supplying and discharging liquid are made in the form of gaskets of capillary-porous material located between the layers of the package.