RU2232631C1

RU2232631C1 - Packing for heat-and-mass exchange apparatus

Info

Publication number: RU2232631C1
Application number: RU2003115752/15A
Authority: RU
Inventors: А.С. Горшков (RU); А.С. Горшков; А.А. Маркачева (RU); А.А. Маркачева; П.А. Стороженко (RU); П.А. Стороженко
Priority date: 2003-05-28
Filing date: 2003-05-28
Publication date: 2004-07-20

Abstract

FIELD: packed heat-and-mass exchange apparatus; chemical, petrochemical and other industries for conducting rectification and absorption processes.

SUBSTANCE: proposed packing consists of single-turn spiral cylindrical elements or spiral conical elements made from metal or plastic tape; diameter and pitch of spiral is more respectively than doubled width of tape and pitch of spiral is lesser than its diameter which is not limited. Diameter of packing is equal to 15 mm at conicity of 60 deg. and pitch of spiral equal to 10 mm; spiral is made from tape, 4 mm wide and 0.15 mm thick; its specific surface is equal to S=610m^-1 at free volume of φ=0.96; number of elements n=12^.10⁵ in 1 m of volume.

EFFECT: enhanced efficiency.

2 dwg

Description

Изобретение относится к насадочным тепломассообменным аппаратам и может быть использовано в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности для проведения процессов ректификации, абсорбции и др.The invention relates to packed heat and mass transfer apparatuses and can be used in chemical, petrochemical and other industries for carrying out rectification, absorption, and other processes

Насадки подразделяются на регулярные, выполненные в виде относительно крупных блоков, помещенных в аппарат, и нерегулярные, выполненные в виде отдельных элементов, засыпаемых внавал в аппарат.Nozzles are divided into regular, made in the form of relatively large blocks placed in the apparatus, and irregular, made in the form of separate elements, filled in the apparatus.

Насадочные элементы изготавливают из керамики, металлических или полимерных материалов. Керамические насадки дешевле в изготовлении, однако менее эффективны, т.к. обладают худшими характеристиками по удельной поверхности и свободному объему.Nozzle elements are made of ceramics, metal or polymeric materials. Ceramic nozzles are cheaper to manufacture, but less effective, because they have the worst characteristics in terms of specific surface and free volume.

Металлические насадки изготавливают из проволоки, сеток или из листовых заготовок. Проволочные и сетчатые насадочные элементы обладают более высокими значениями удельной поверхности свободного объема и удерживающей способностью по жидкости. Повышенная удерживающая способность связана с тем, что при малых межвитковых расстояниях для проволочных элементов и малых размерах ячеек в сетках эти пространства заполняются жидкостью, которая за счет сил поверхностного натяжения прочно удерживается в свободном объеме насадки. Это приводит к повышенному периоду выхода аппарата на стационарный режим и ухудшает четкость фракционного разделения многокомпонентных растворов. Следствием того является уменьшение выхода целевых продуктов из-за увеличения количества промежуточных фракций.Metal nozzles are made of wire, mesh or sheet blanks. Wire and mesh nozzle elements have higher values of the specific surface area of the free volume and the holding capacity of the liquid. The increased holding capacity is due to the fact that at small interturn distances for wire elements and small mesh sizes in the grids, these spaces are filled with liquid, which due to surface tension forces is firmly held in the free volume of the nozzle. This leads to an increased period of the apparatus reaching stationary mode and impairs the clarity of the fractional separation of multicomponent solutions. The consequence of this is a decrease in the yield of the target products due to an increase in the number of intermediate fractions.

В этом отношении насадки, изготовленные из листового материала или заготовок из труб, например кольцевые, спиральные, конические и др., более предпочтительны.In this regard, nozzles made of sheet material or blanks from pipes, for example annular, spiral, conical, etc., are more preferred.

Для увеличения удельной поверхности насадочные элементы сложной формы используют просечки листа-заготовки. При этом значительная часть заготовки не используется и идет в отходы, что увеличивает стоимость насадки.To increase the specific surface of the nozzle elements of complex shape use notch sheet blanks. At the same time, a significant part of the workpiece is not used and goes to waste, which increases the cost of the nozzle.

Известны насадки в виде колец, однако недостатком таких насадок является малая эффективность из-за того, что внутренняя полость в них не используется для развития удельной поверхности насадки. Этот недостаток в какой-то степени устраняется в металлических кольцах Палля (Рамм В.М. “Абсорбция газов”. М.: Химия, 1975) Кольца Палля изготавливают из трубчатых заготовок с просечкой боковой поверхности в нескольких местах и загибом внутрь кольца образованных просечкой лепестков. Такая насадка сложнее в изготовлении, и, кроме того, недостатком ее является то, что за счет образования отверстий несколько уменьшается величина наружной поверхности элемента насадки.Known nozzles in the form of rings, however, the disadvantage of such nozzles is low efficiency due to the fact that the internal cavity in them is not used for the development of the specific surface of the nozzle. This drawback is to some extent eliminated in the Pall metal rings (Ramm V.M. “Gas Absorption”. M .: Chemistry, 1975). Pall rings are made of tubular blanks with a side surface notch in several places and bent into the ring formed by the notched petals . Such a nozzle is more difficult to manufacture, and, in addition, its disadvantage is that due to the formation of holes, the outer surface of the nozzle element slightly decreases.

Известна насадка для тепломассообменных аппаратов, изготовленная из металлической ленты (а.с. № 1057084, кл. B 01 J 19/30, 1983 г.). Данное изобретение является наиболее близким к предложенному по технической сущности и принято нами в качестве прототипа. Насадка по а.с. № 1057084 выполнена из ленты в виде кольца с поворотом одного конца на 180° и с поворотом другого конца ее на 180° в противоположную сторону. Для такой насадки характерно то, что отношение диаметра ее к высоте больше, чем у других кольцевых насадок, и при засыпке элементов насадки в аппарат во внутреннюю полость одного элемента могут входить смежные элементы, что увеличивает удельную поверхность насадки. Однако ввиду того, что насадка представляет собой кольцо, то заполнение внутреннего объема ее возможно не более чем одним-двумя смежными элементами. Это не позволяет эффективно использовать объем для развития удельной поверхности.Known nozzle for heat and mass transfer apparatus made of metal tape (AS No. 1057084, class B 01 J 19/30, 1983). This invention is the closest to the proposed technical essence and adopted by us as a prototype. A. nozzle No. 1057084 is made of tape in the form of a ring with a turn of one end 180 ° and with a turn of the other end 180 ° in the opposite direction. For such a nozzle, it is characteristic that the ratio of its diameter to height is greater than that of other annular nozzles, and when filling the nozzle elements into the apparatus, adjacent elements may enter the internal cavity of one element, which increases the specific surface of the nozzle. However, due to the fact that the nozzle is a ring, the filling of its internal volume is possible with no more than one or two adjacent elements. This does not allow the effective use of volume for the development of the specific surface.

Задачей данного изобретения является повышение удельной поверхности и свободного объема насадки для увеличения межфазной поверхности контактируемых сред и соответственно повышения эффективности тепломассообмена в аппарате.The objective of the invention is to increase the specific surface and free volume of the nozzle to increase the interfacial surface of the contacted media and, accordingly, increase the efficiency of heat and mass transfer in the apparatus.

Для решения указанной задачи предложена насадка для тепломассообменных аппаратов, включающая отдельные элементы, выполненные из ленты, в которой согласно изобретению металлическая или пластмассовая лента изготовлена спирально-цилиндрической или спирально-конической формы, а элементы насадки выполнены из ленты в виде одновитковой спирали, при этом диаметр и шаг спирали соответственно больше двойной величины ширины ленты, а шаг спирали меньше ее диаметра, причем диаметр спирали не лимитирован.To solve this problem, a nozzle for heat and mass transfer apparatuses is proposed, including individual elements made of tape, in which according to the invention a metal or plastic tape is made of a spiral-cylindrical or spiral-conical shape, and the nozzle elements are made of tape in the form of a single-turn spiral, the diameter and the pitch of the spiral, respectively, is greater than twice the width of the tape, and the pitch of the spiral is smaller than its diameter, and the diameter of the spiral is not limited.

Насадка изготовлена путем нарезания спирально-цилиндрической или спирально-конической ленты на отдельные элементы. В отличие от кольцевых насадок такие элементы имеют разомкнутые концы, и при загрузке их в аппарат концы элементов беспрепятственно входят во внутреннюю полость друг друга, что создает переплетенную структуру и обеспечивает увеличение поверхности насадки в единице объема. Для обеспечения максимально возможного количества размещения во внутренней полости одного насадочного элемента другим элементом диаметр их должен быть больше двойной величины ширины ленты. Максимальный диаметр не лимитирован и определяется технологией изготовления насадки. Шаг спирали должен быть больше двух величин ширины ленты и меньше величины диаметра спирали.The nozzle is made by cutting a spiral-cylindrical or spiral-conical tape into individual elements. Unlike ring nozzles, such elements have open ends, and when loading them into the apparatus, the ends of the elements freely enter each other's internal cavity, which creates an intertwined structure and provides an increase in the surface of the nozzle per unit volume. To ensure the maximum possible amount of placement in the internal cavity of one nozzle element with another element, their diameter should be greater than twice the width of the tape. The maximum diameter is not limited and is determined by the manufacturing technology of the nozzle. The pitch of the spiral should be greater than two values of the width of the tape and less than the diameter of the spiral.

На фиг.1, 2 представлены общий вид элемента насадки и насадки в объеме.Figure 1, 2 presents a General view of the element of the nozzle and nozzle in volume.

Насадка работает следующим образом. На решетку массообменного аппарата насыпают элементы насадки. За счет геометрической формы выполнения элементов насадки происходит предельно плотное заполнение свободного объема аппарата.The nozzle works as follows. The nozzle elements are poured onto the grate of the mass transfer apparatus. Due to the geometric shape of the nozzle elements, extremely dense filling of the free volume of the apparatus occurs.

Снизу через насадку подают парогазовую фазу, а сверху орошают жидкой фазой. Последняя в виде пленки обтекает поверхность насадки, при этом происходит тепломассообмен между парогазовой и жидкой фазами.The vapor-gas phase is fed through the nozzle from below, and the liquid phase is sprayed from above. The latter in the form of a film flows around the surface of the nozzle; in this case, heat and mass transfer occurs between the vapor-gas and liquid phases.

Была изготовлена одновитковая спирально-коническая насадка диаметром 15 мм с конусностью 60° и шагом спирали 10 мм из ленты шириной 4 мм и толщиной 0,15 мм, которая имеет удельную поверхность S=610 м^-1 при свободном объеме φ=0,96, число элементов насадки в 1 м³ объема составляет n=12×10⁵, что свидетельствует о ее высокой эффективности.A single-turn spiral-conical nozzle with a diameter of 15 mm with a taper of 60 ° and a spiral pitch of 10 mm was made of a tape 4 mm wide and 0.15 mm thick, which has a specific surface area S = 610 m ^-1 with a free volume of φ = 0.96, the number of nozzle elements in 1 m ^{3 of} volume is n = 12 × 10 ⁵ , which indicates its high efficiency.

Для сравнения параметры металлических кольцевых насадок такого же диаметра составляют S=350-380 м^-1, φ=0,9-0,92, n=2,3-2,4×10⁵ (В.М.Рамм “Абсорбция газов”. М.: Химия, 1975).For comparison, the parameters of metal ring nozzles of the same diameter are S = 350-380 m ^-1 , φ = 0.9-0.92, n = 2.3-2.4 × 10 ⁵ (V.M. Ramm “Gas absorption ". M.: Chemistry, 1975).

Claims

Nozzle for heat and mass transfer apparatus, including individual elements made of tape, characterized in that the metal or plastic tape is made of a spiral-cylindrical or spiral-conical shape, and the nozzle elements are made of tape in the form of a single-turn spiral, with the diameter and pitch of the spiral correspondingly larger double the width of the tape, and the pitch of the spiral is less than its diameter.