RU2133140C1

RU2133140C1 - Compact heat- and mass-transfer apparatus

Info

Publication number: RU2133140C1
Application number: RU98104147A
Authority: RU
Inventors: В.А. Майоров; Д.В. Майоров
Original assignee: Пензенская государственная архитектурно-строительная академия
Priority date: 1998-03-05
Filing date: 1998-03-05
Publication date: 1999-07-20

Abstract

FIELD: apparatuses for processes of heat- and mass-transfer in gas-liquid system such as absorption-desorption, heating- cooling, moistening-drying and gas cleaning in chemical, food processing and allied industries. SUBSTANCE: apparatus has body provided with device in its upper part for distribution of spraying liquid and gas discharge outlet pipe and located in its lower part branch pipes for liquid discharge and gas supply separated in middle part by layers of fibrous permeable packing with devices for individual supply of spraying liquid to each layer. Layer of fibrous packing is enclosed between flexible metals nets and made in the form of flexible corrugated plate spacer with horizontal corrugations tightly installed in vertical channel and their corrugation tops pressed to its wall. Upper end of layer of fibrous packing is introduced into trough for supply of spraying liquid. EFFECT: higher intensity of processes of heat- and mass-transfer, reduced hydraulic resistance and apparatus overall dimensions. 1 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для проведения процессов тепломассообмена в системе газ(пар)-жидкость, таких как абсорбция - десорбция, нагрев - охлаждение, увлажнение - осушение и очистка газов при использовании в химической, пищевой и смежных с ними отраслях промышленности. The invention relates to devices for carrying out heat and mass transfer processes in a gas (steam)-liquid system, such as absorption - desorption, heating - cooling, humidification - drying and purification of gases when used in chemical, food and related industries.

Известен тепломассообменный аппарат в виде корпуса с расположенными в верхней части устройством для распределения орошающей жидкости и патрубком отвода газа и размещенными в нижней части патрубками отвода жидкости и подвода газа, разделенными находящимися в средней части слоями проницаемой насадки. Недостатком его является низкая интенсивность процессов теплобмассообмена вследствие грубого диспергирования потоков жидкости и газа при их движении сквозь насадку и, как следствие, большие габариты аппарата. (Рамм В.М. Абсорбция газов. М., Химия, 1976, с. 310). A heat and mass transfer apparatus is known in the form of a housing with a device for distributing irrigating liquid and a gas outlet pipe located in the upper part and pipes for liquid and gas supply located in the lower part separated by layers of a permeable nozzle located in the middle part. Its disadvantage is the low intensity of heat and mass transfer processes due to the coarse dispersion of fluid and gas flows as they move through the nozzle and, as a consequence, the large dimensions of the apparatus. (Ramm V.M. Gas Absorption. M., Chemistry, 1976, p. 310).

Интенсификация процессов тепломассообмена достигается при использовании насадки из волокнистого материала, отличающейся очень высокой удельной поверхностью - поверхностью насадки в единице объема. Из таких устройств наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к данному изобретению является компактный тепломассообменный аппарат в виде корпуса с расположенными в верхней части устройством для распределения орошающей жидкости и патрубком отвода газа и размещенными в нижней части патрубками отвода жидкости и подвода газа, разделенными находящимися в средней части слоями волокнистой проницаемой насадки с устройствами для индивидуальной подачи орошающей жидкости на каждый слой (RU 2043143, B 01 D 53/18, 1995 г.)
Жидкость с помощью устройств для индивидуальной подачи равномерно орошает насадку каждого слоя и затем стекает по волокнистой насадке вниз навстречу потоку газа. Количество стекающей жидкости увеличивается по мере движения ее вниз от слоя к слою. Процессы тепломассообмена протекают при встречном движении потоков жидкости и газа внутри волокнистой насадки, где поверхность раздела фаз газ - жидкость чрезвычайно развита. Недостатком данного тепломассообменного аппарата является высокое гидравлическое сопротивление движению газового потока, т.к. последний последовательно проходит все слои смоченной насадки. Кроме того, здесь имеет место существенная неравномерность орошения слоев - плотность орошения линейно возрастает по мере течения жидкости вниз от слоя к слою.The intensification of heat and mass transfer is achieved by using a nozzle of fibrous material, characterized by a very high specific surface - the surface of the nozzle in a unit volume. Of these devices, the closest in technical essence and the achieved result to this invention is a compact heat and mass transfer apparatus in the form of a housing with a device for distributing irrigating liquid and a gas outlet located in the upper part and located in the lower part of the liquid outlet and gas inlet pipes, separated by the middle part in layers of a fiber permeable nozzle with devices for individually supplying irrigation fluid to each layer (RU 2043143, B 01 D 53/18, 1995)
The fluid, using individual feed devices, uniformly irrigates the nozzle of each layer and then flows down the fibrous nozzle down to meet the gas flow. The amount of flowing liquid increases as it moves down from layer to layer. Heat and mass transfer processes occur in the opposite direction of fluid and gas flows inside the fibrous nozzle, where the gas-liquid phase interface is extremely developed. The disadvantage of this heat and mass transfer apparatus is the high hydraulic resistance to the movement of the gas stream, because the latter passes successively through all layers of the moistened nozzle. In addition, there is a significant unevenness of the irrigation of the layers — the irrigation density increases linearly as the fluid flows down from layer to layer.

Изобретение направлено на снижение гидравлического сопротивления потоку газа. Это достигается тем, что в тепломассообменном аппарате слой волокнистой насадки заключен между упругими металлическими сетками и выполнен в виде упругой гофрированной пластины-проставки с горизонтальными гофрами, плотно установленной в вертикальном канале и прижатой вершинами гофр к его стенкам, а верхний горизонтальный торец слоя волокнистой насадки заведен в желоб для подвода орошающей жидкости. The invention is aimed at reducing hydraulic resistance to gas flow. This is achieved by the fact that in the heat and mass transfer apparatus the fiber nozzle layer is enclosed between elastic metal grids and is made in the form of an elastic corrugated spacer plate with horizontal corrugations, tightly installed in the vertical channel and pressed by the corrugation vertices to its walls, and the upper horizontal end of the fiber nozzle layer is wound into the gutter for supplying irrigation fluid.

На чертеже представлен вертикальный разрез компактного тепломассообменного аппарата: 1 - корпус; 2 - устройство для распределения орошающей жидкости; 3 - патрубок отвода газа; 4 - патрубок отвода жидкости; 5 - патрубок подвода газа; 6 - вертикальный канал; 7 - вертикальные параллельные стенки канала; 8 - заключенный между упругими металлическими сетками слой волокнистой насадки в виде упругой гофрированной пластины-проставки с горизонтальными гофрами; 9 - желоб для подвода орошающей жидкости. The drawing shows a vertical section of a compact heat and mass transfer apparatus: 1 - housing; 2 - a device for distributing irrigation fluid; 3 - pipe gas outlet; 4 - pipe drain fluid; 5 - gas supply pipe; 6 - vertical channel; 7 - vertical parallel walls of the channel; 8 - a layer of a fibrous nozzle enclosed between elastic metal grids in the form of an elastic corrugated plate-spacer with horizontal corrugations; 9 - a trench for supplying irrigation fluid.

Компактный тепломассообменный аппарат содержит корпус 1 с расположенными в верхней его части устройством 2 для распределения орошающей жидкости и патрубком 3 отвода газа и размещенными в нижней части корпуса 1 патрубками отвода жидкости 4 и подвода газа 5. Верхняя и нижняя части корпуса 1 разделены находящимися в средней его части вертикальными каналами 6, образованными параллельными вертикальными стенками 7, в которые плотно установлены и прижаты вершинами гофр к стенкам 7 упругие гофрированные пластины-проставки 8 с горизонтальными гофрами. Пластины-проставки 8 выполнены из двух упругих металлических сеток с находящимся между ними слоем волокнистой проницаемой насадки. Верхние горизонтальные торцы пластин-проставок 8 заведены в желоба 9 для подвода орошающей жидкости. The compact heat and mass transfer apparatus comprises a housing 1 with a device 2 for distributing the irrigating liquid and a gas outlet 3 located in its upper part and nozzles for discharging the liquid 4 and the gas inlet 5 located in the lower part of the housing 1. The upper and lower parts of the housing 1 are separated in its middle parts with vertical channels 6 formed by parallel vertical walls 7, in which elastic corrugated plate-spacers 8 with horizontal corrugation are tightly mounted and pressed by the corrugation tops to the walls 7 mi Spacer plates 8 are made of two elastic metal grids with a layer of fibrous permeable nozzle located between them. The upper horizontal ends of the plates-spacers 8 are inserted into the grooves 9 for supplying irrigation fluid.

Корпус 1 компактного теплобмассообменного аппарата в плане имеет форму прямоугольника. В качестве волокнистой насадки могут быть использованы ткани из различных материалов, в том числе и стеклоткани, а также волокнистые нетканые иглопробивные войлоки из натуральных и синтетических волокон. The housing 1 of the compact heat and mass transfer apparatus in the plan has the shape of a rectangle. As a fibrous nozzle can be used fabrics of various materials, including fiberglass, as well as fibrous non-woven needle-punched felts of natural and synthetic fibers.

Компактный тепломассообменный аппарат работает следующим образом. Орошающая жидкость из расположенного в верхней части теплообменного аппарата устройства 2 для ее распределения поступает в желоба 9 и через заведенные в них верхние горизонтальные торцы слоев волокнистой насадки 8 внутрь слоев. Под действием силы тяжести жидкость течет вниз внутри слоя волокнистой насадки и через ее нижний горизонтальный торец, касающийся вертикальной стенки 7, вытекает из насадки на стенку, движется по ней в виде пленки и затем стекает на дно корпуса 1 и по отводящему патрубку 4 выводится из аппарата. Compact heat and mass transfer apparatus operates as follows. The irrigation fluid from the device 2 located in the upper part of the heat exchanger for its distribution enters the grooves 9 and through the upper horizontal ends of the layers of the fiber nozzle 8 inserted into the layers. Under the action of gravity, the liquid flows downward inside the layer of the fiber nozzle and through its lower horizontal end, touching the vertical wall 7, flows out of the nozzle onto the wall, moves along it in the form of a film and then flows to the bottom of the housing 1 and is discharged from the apparatus through the outlet pipe 4 .

Поток газа I поступает на обработку в нижнюю часть корпуса 1 через подводящий патрубок 5, распределяется по вертикальным каналам 6, по ним движется вверх и затем по патрубку 3 выводится из аппарата. Вследствие того, что гофрированные пластины-проставки 8 с горизонтальными гофрами плотно установлены в вертикальных каналах 6 и прижаты вершинами гофр к их стенками 7, газ при движении вверх по каналам 6 последовательно проходит сквозь каждые пересекающие каналы 6 участки проницаемых гофрированных пластин-простановок 8 между двумя соседними вершинами гофра. The gas stream I enters the processing in the lower part of the housing 1 through the inlet pipe 5, is distributed along the vertical channels 6, moves upward through them and then is discharged from the apparatus through the pipe 3. Due to the fact that the corrugated plate-spacers 8 with horizontal corrugations are tightly mounted in the vertical channels 6 and pressed by the corrugated tops to their walls 7, the gas, when moving upward through the channels 6, passes through each intersecting channels 6 sections of permeable corrugated installation plates 8 between two adjacent corrugated peaks.

Процессы тепломассообмена между жидкостью и газом протекают при фильтрации газа сквозь слой насыщенной стекающей жидкостью проницаемой волокнистой насадки. Вследствие чрезвычайно развитой поверхности раздела фаз газ - жидкость внутри частично насыщенной жидкостью волокнистой структуры насадки процессы тепломассообмена отличаются предельной интенсивностью. Достаточно большое число пересечений потоком газа проницаемой насадки в каждом канале позволяет завершить эти процессы при малой длине каналов. Это и обеспечивает компактность тепломассообменного аппарата. Наличие большого числа параллельных каналов позволяет разделить поток газа на отдельные струи, тем самым уменьшить расход газа через каждый канал и, следовательно, снизить перепад давления при течении газа сквозь заданное количество слоев насадки, необходимое для завершения процессов тепломассообмена. The processes of heat and mass transfer between a liquid and a gas proceed during gas filtration through a layer of a permeable fibrous packing saturated with a flowing liquid. Due to the extremely developed gas-liquid interface, the heat and mass transfer processes are characterized by extreme intensity inside the partially saturated liquid of the fibrous structure of the nozzle. A sufficiently large number of gas flow intersections of the permeable nozzle in each channel allows these processes to be completed with a small channel length. This ensures the compactness of the heat and mass transfer apparatus. The presence of a large number of parallel channels allows you to split the gas stream into separate jets, thereby reducing the gas flow through each channel and, therefore, reducing the pressure drop during gas flow through a given number of nozzle layers, necessary to complete heat and mass transfer processes.

Claims

A compact heat and mass transfer apparatus comprising a housing with a device for distributing irrigation liquid and a gas outlet pipe located in the upper part and with pipes for liquid and gas supply located in the lower part, separated by layers of a fibrous permeable nozzle located in the middle part with devices for individually supplying irrigation liquid to each layer, characterized in that the layer of the fibrous nozzle is enclosed between elastic metal grids and made in the form of an elastic corrugated sheet s-spacers with horizontal corrugations, firmly installed in the vertical channel and pressed against the corrugation peaks to its walls and the upper end face of the fiber wound in the layer of packing trough for feeding the scrubbing liquid.