RU2205063C1

RU2205063C1 - Packet-type vortex packing for heat-and mass-transfer apparatuses

Info

Publication number: RU2205063C1
Application number: RU2002103854/12A
Authority: RU
Inventors: В.Н. Блиничев (RU); В.Н. Блиничев; О.В. Чагин (RU); О.В. Чагин; А.М. Кутепов (RU); А.М. Кутепов; Януш КРАВЧИК (PL); Януш Кравчик
Original assignee: Блиничев Валерьян Николаевич; Чагин Олег Вячеславович; Кутепов Алексей Митрофанович; Януш Кравчик
Priority date: 2002-02-18
Filing date: 2002-02-18
Publication date: 2003-05-27

Abstract

FIELD: designs of packet-type packings for heat-and mass- transfer apparatuses applicable in conduction of process of absorption, desorption, wet-type dust collecting chemical, petrochemical, power, metallurgical and other allied industries. SUBSTANCE: packet-type vortex packing consists of many similar rectangular cells interconnected into a single packet. In this case, walls of each cell are displaced relative to one another in vertical to cover frontal slot at cell inlet owing to lengthened and bent inside ends forming vortex generator. Ends of both wall at outlet of gas flow from cell are also lengthened and bent inside cell to cover frontal slot end to form the second vortex generator. Surface of each cell is fully or partially having regular roughness and/or perforation of any shape. EFFECT: higher efficiency of operation of heat- mass-transfer apparatus with low power consumption. 2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к конструкциям пакетных насадок для тепло- и массообменных аппаратов, используемых для проведения процессов абсорбции, десорбции, мокрого пылеулавливания в химической, нефтехимической, энергетической, металлургических и других смежных отраслях промышленности. The invention relates to designs of bag nozzles for heat and mass transfer apparatuses used for the processes of absorption, desorption, wet dust collection in the chemical, petrochemical, energy, metallurgical and other related industries.

Известны пакетные насадки для тепло- и массообменных аппаратов: пакетная насадка [Патент Великобритании 1520868, B1R] представляет собой множество ячеек, образующих вертикальные каналы, со стенками, выполненными из сетки. Batch nozzles for heat and mass transfer apparatuses are known: batch nozzle [British Patent 1520868, B1R] is a plurality of cells forming vertical channels with walls made of mesh.

Недостатком этой насадки является то, что она создает недостаточную турбулизацию фаз и межфазную поверхность при значительной анизотропности потоков по диаметру аппарата. The disadvantage of this nozzle is that it creates insufficient phase turbulence and an interphase surface with significant anisotropic flows along the diameter of the apparatus.

Пакетная насадка [Патент РФ 814419, B 01 D 53/20] представляет набор вертикальных каналов с перераспределяющими устройствами внутри этих каналов, которые значительно исправляют последний недостаток предыдущей пакетной насадки, незначительно увеличивая турбулизацию фаз и межфазную поверхность. Packet nozzle [RF Patent 814419, B 01 D 53/20] represents a set of vertical channels with redistributing devices inside these channels, which significantly correct the last drawback of the previous packet nozzle, slightly increasing phase turbulence and interfacial surface.

Пакетная насадка [Патент ПР 101424] представляет собой множество одинаковых ячеек прямоугольной формы с загнутыми окончаниями боковых стенок с одной стороны ячейки, образуя фронтальную щель, и соединенных между собой в единый пакет с размерами, равными диаметру аппарата. Packet nozzle [Patent PR 101424] is a set of identical rectangular cells with curved ends of the side walls on one side of the cell, forming a frontal slit, and connected together in a single package with dimensions equal to the diameter of the apparatus.

Общим недостатком этих пакетных насадок является также то, что они допускают вероятность проскока больших газовых пузырей, и при интенсивных режимах работы наблюдается большой брызгокапельный унос. A common drawback of these packet nozzles is that they allow the probability of a breakthrough of large gas bubbles, and during intensive operating conditions there is a large splash-and-droplet entrainment.

Известна пакетная насадка [Патент SU 1204240, В 01 J 19/32], которая по технической сущности наиболее близка к заявляемой. Данная насадка представляет собой множество одинаковых ячеек прямоугольной формы с загнутыми окончаниями боковых стенок ячейки. При этом стенки каждой ячейки смещены относительно друг друга по вертикали, перекрывая фронтальную щель на входе ячейки за счет удлиненных загнутых внутрь окончаний, образующих завихритель. На выходе из ячейки верхний конец одной стенки выполнен отогнутым внутрь. Known batch nozzle [Patent SU 1204240, 01 J 19/32], which in technical essence is closest to the claimed. This nozzle is a lot of identical cells of a rectangular shape with curved ends of the side walls of the cell. In this case, the walls of each cell are shifted vertically relative to each other, blocking the frontal slit at the cell inlet due to elongated inwardly curved ends forming a swirler. At the exit from the cell, the upper end of one wall is bent inward.

Недостатком прототипа является недостаточная эффективность работы тепломассообменного аппарата из-за слабой турбулизации контактирующих фаз, а именно слаборазвитого вихревого движения внутри ячейки особенно при малых расходах, в результате чего не обеспечивается высокая эффективность процессов тепломассопереноса и процесса пылеулавливания. Также при повышенных расходах фаз происходит резкий рост брызгокапельного уноса из-за отсутствия сепарационного эффекта в верхней части ячейки. Наоборот, верхняя загнутая часть поджимает газовый поток, тем самым увеличивая его скорость и нарушая форму его течения. Это также приводит к тому, что верхняя загнутая часть становиться генератором капель. Вышеприведенные причины способствуют значительной диссипации энергии газового потока и поэтому - резкому росту гидравлического сопротивления насадки. The disadvantage of the prototype is the lack of efficiency of the heat and mass transfer apparatus due to the weak turbulization of the contacting phases, namely the underdeveloped vortex movement inside the cell, especially at low flow rates, as a result of which the heat and mass transfer processes and the dust collection process are not highly efficient. Also, with increased phase flow rates, there is a sharp increase in spray droplet entrainment due to the absence of a separation effect in the upper part of the cell. On the contrary, the upper bent part compresses the gas flow, thereby increasing its speed and disrupting the shape of its flow. This also leads to the fact that the upper bent part becomes a droplet generator. The above reasons contribute to a significant dissipation of the energy of the gas stream and therefore to a sharp increase in the hydraulic resistance of the nozzle.

Задачей изобретения является повышение эффективности работы тепломассообменного аппарата за счет снижения гидравлического сопротивления насадки. The objective of the invention is to increase the efficiency of the heat and mass transfer apparatus by reducing the hydraulic resistance of the nozzle.

Указанная задача достигается тем, что в пакетной вихревой насадке для тепло- и массообменных аппаратов, состоящей из множества одинаковых ячеек прямоугольной формы, соединенных между собой в единый пакет, стенки каждой ячейки смещены относительно друг друга по вертикали, перекрывая фронтальную щель на входе в ячейку за счет удлиненных, загнутых внутрь окончаний, образующих завихритель, при том, что на выходе из ячейки окончания обеих стенок также выполнены удлиненными и загнутыми внутрь, перекрывая фронтальную щель и образуя второй завихритель. При этом поверхность каждой ячейки полностью или частично покрыта регулярной шероховатостью и/или перфорацией любой формы. This problem is achieved by the fact that in a packet vortex nozzle for heat and mass transfer apparatus, consisting of many identical rectangular cells connected to each other in a single package, the walls of each cell are displaced vertically relative to each other, blocking the frontal slit at the entrance to the cell behind account of elongated, inwardly bent ends forming a swirl, while at the outlet of the cell, the ends of both walls are also made elongated and bent inward, overlapping the frontal slit and forming a second curl the chitter. Moreover, the surface of each cell is completely or partially covered by regular roughness and / or perforation of any shape.

На фиг. 1 представлен общий вид пакетной вихревой насадки. На фиг.2а представлен вид сбоку ячейки прототипа, на фиг.2б представлен вид сбоку заявляемой ячейки с двумя завихрителями. На фиг.3 представлен график зависимости гидравлического сопротивления прототипа от расхода фаз, а на фиг.4 - график зависимости гидравлического сопротивления заявляемой насадки от расхода фаз. In FIG. 1 shows a general view of a packet vortex nozzle. On figa presents a side view of the cell of the prototype, on figb presents a side view of the inventive cell with two swirlers. Figure 3 presents a graph of the hydraulic resistance of the prototype from the flow rate of the phases, and figure 4 is a graph of the hydraulic resistance of the inventive nozzles from the flow rate of the phases.

Предлагаемая пакетная вихревая насадка работает следующим образом. В рабочем режиме, когда фазы движутся противотоком, образуются интенсивные вихревые движения за счет взаимодействия газа и жидкости внутри вихревой ячейки, что приводит к высокой турбулизации фаз и созданию развитой межфазной поверхности, большей, чем создают известные пакетные насадки. Это происходит, во-первых, из-за завихрителей, а во-вторых, из-за регулярной шероховатости или перфорации на стенках ячеек. Данное вихревое движение характеризуется огромными скоростями сдвига, которые позволяют резко интенсифицировать тепломассообменные процессы, а также резко понизить эффективную вязкость улавливающей суспензии в процессе пылеулавливания, что влечет за собой значительное повышение кпд процесса. Характер взаимодействия газа с жидкостью носит вид, при котором не происходит резкого роста гидравлического сопротивления в рабочем диапозоне плотностей орошения и скорости газа. Форма ячейки такова, что практически не дает возможности прямого попадания жидкости в нее, а также внутри ее образуется вихрь, движение которого поддерживается в основном за счет энергии газового потока, расход которой невелик. Образующиеся капли внутри ячейки тут же отбрасываются к стенкам, смоченным стекающей жидкостью, поэтому внутри ячейки преобладает пленочное течение жидкости, которое обладает наименьшим гидравлическим сопротивлением из всех возможных течений. Подобная форма ячейки наделяет насадку сепарационным эффектом, что приводит, даже при высоких параметрах вихревого движения внутри ячейки, к резкому снижению брызгокапельного уноса. Конфигурация и форма завихрителей, а также образующихся при этом боковых окон такова, что даже при смоченных поверхностях не происходит поджатие газового потока ни на входе в ячейку, ни внутри нее, ни на выходе, а только изменение направления его движения. Форма ячейки приводит к разделению потоков на входе и выходе из нее на равные части, каждая из которых поступает в соседние ячейки следующего пакета, тем самым достигается изотропность потоков по диаметру аппарата. Отсутствие прямолинейных каналов вдоль вертикальной оси снижает вероятность проскока больших газовых пузырей. The proposed packet vortex nozzle works as follows. In the operating mode, when the phases move in countercurrent, intense vortex movements are formed due to the interaction of gas and liquid inside the vortex cell, which leads to high phase turbulence and the creation of a developed interphase surface, larger than the known packet nozzles. This occurs, firstly, due to swirls, and secondly, due to regular roughness or perforation on the cell walls. This vortex motion is characterized by huge shear rates, which can sharply intensify heat and mass transfer processes, as well as sharply lower the effective viscosity of the trapping suspension during the dust collection process, which entails a significant increase in the process efficiency. The nature of the interaction of gas with a liquid is of the form in which there is no sharp increase in hydraulic resistance in the working range of irrigation densities and gas velocity. The shape of the cell is such that it practically does not allow direct liquid to enter it, and also inside it a vortex is formed, the movement of which is supported mainly by the energy of the gas stream, the flow rate of which is small. The resulting droplets inside the cell are immediately discarded to the walls moistened with the flowing liquid, therefore, the film flow of the liquid prevails inside the cell, which has the least hydraulic resistance from all possible flows. Such a shape of the cell gives the nozzle a separation effect, which leads, even at high parameters of the vortex motion inside the cell, to a sharp decrease in spray droplet entrainment. The configuration and shape of the swirls, as well as the side windows that are formed in such a way, are such that even with wetted surfaces, there is no compression of the gas stream either at the inlet to the cell, neither inside it, nor at the outlet, but only a change in the direction of its movement. The shape of the cell leads to the separation of flows at the input and output from it into equal parts, each of which enters the neighboring cells of the next packet, thereby achieving isotropic flows along the diameter of the apparatus. The absence of rectilinear channels along the vertical axis reduces the likelihood of a breakthrough of large gas bubbles.

Таким образом, из представленных графиков следует, что при одинаковых расходах фаз заявляемая пакетная вихревая насадка обладает меньшими энергетическими затратами, выражаемыми через гидравлическое сопротивление. Также из графиков видно, что характеристика гидравлического сопротивления у заявляемой пакетной вихревой насадки более удобна для работы насадочной колонны и резко не растет при повышенных расходах фаз. Thus, from the presented graphs it follows that at the same phase flow rate the claimed packet vortex nozzle has lower energy costs expressed through hydraulic resistance. It can also be seen from the graphs that the hydraulic resistance characteristic of the claimed packet vortex nozzle is more convenient for the operation of the packed column and does not increase sharply with increased phase flow rates.

Claims

1. A batch vortex nozzle for heat and mass transfer apparatus, consisting of many identical rectangular cells connected to each other in a single package, while the walls of each cell are displaced vertically relative to each other, overlapping the frontal slit at the entrance to the cell due to bent inwards endings forming a swirl, characterized in that at the exit of the gas stream from the cell, the ends of both walls are also made curved into the cell, blocking the frontal slit and forming a second swirl.

2. Batch vortex nozzle according to claim 1, characterized in that the surface of each cell is completely or partially covered with regular roughness and / or perforation of any shape.