SU1036338A1

SU1036338A1 - Heat mass exchange apparatus

Info

Publication number: SU1036338A1
Application number: SU823425160A
Authority: SU
Inventors: Александр Иванович Ершов; Андрей Петрович Голдар; Анатолий Иванович Карпович; Вячеслав Васильевич Агеев; Геннадий Михайлович Яковлев; Владимир Александрович Лецко
Original assignee: Белорусский Ордена Трудового Красного Знамени Технологический Институт Им.С.М.Кирова
Priority date: 1982-04-16
Filing date: 1982-04-16
Publication date: 1983-08-23

Abstract

} 1. ТЕПЛОМАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ , состо щий из корпуса с установленными по его высоте переточными контактными устройствами,включающими полотно с расположёнными (Над ним коническим патрубком с за вихрителем, отбойным элементом, теплообменным элементом и переливнымк трубами, отличающийс тем, что, с целью увеличени эф-- ,, фективности тепломассообмена и снижени гидравлического сопротив .дени , теплообменный элемент усмановлен на уровне конического патрубка, и аппарат снабжен. обечайкой, перфорированной в нижней и установленной на полотне тарелки между теплообменным элементом и коническим патрубком и образующей с нижним основанием конического патрубка кольцевой зазор, (Л а участок полотна тарелки под ним выполнен неперфорированным. оо а со 00 оо} 1. A HEAT / MASS EXCHANGE DEVICE consisting of a housing with overflow contact devices installed at its height, including a canvas with located (above it, a conical sleeve with a swirl, breaker element, heat exchange element and overflow pipes, characterized in that - ,, the efficiency of heat and mass transfer and the reduction of hydraulic resistance. The heat exchanger element is fixed at the level of the conical nozzle, and the apparatus is equipped with a shell perforated in the lower part and installed on the web of the plate between the heat exchange element and the conical nozzle and the annular gap forming the conical nozzle with the lower base, (A and the section of the web of the plate under it is made of non-perforated. oo and 00 oo

Description

2. Аппарат по п. 1, о т л и чающийс тем, что верхний срез обечайки расположен между верхними срезами конического патрубка и теппообменного элемента, а сечение ее перфорации выполнено не более равновеликих площадей кольцевого зазора и зазора между коническим патрубком и полотном и.не менее сечени переливной трубы.2. The apparatus according to claim 1, about tl and the fact that the upper section of the shell is located between the upper sections of the conical pipe and the heat exchanger element, and the cross section of its perforation is no more than equal areas of the annular gap and the gap between the conical pipe and the canvas and not less cross section overflow pipe.

3. Аппарат по пп. 1 и 2, о т дичающий с тем, что переливна труба установлена эксцент рично оси аппарата, при этом концы ее расположены внутри обечайки.3. Apparatus according to paragraphs. 1 and 2, this is due to the fact that the overflow pipe is installed eccentrically to the axis of the apparatus, while its ends are located inside the shell.

Изобретение относитс к аппаратам дл проведени тепломассообменных реакционных процессов в системе газ(пар) - жидкость, протекающих с большими тепловыми эффектами , например хемосорбции окислов азота.The invention relates to apparatus for carrying out heat and mass transfer reaction processes in a gas (vapor) - liquid system proceeding with large thermal effects, for example chemisorption of nitrogen oxides.

Известно тепломассообмекное устройство , состо щее из корпуса с укрепленными по высоте тарелками, имеющими перфорированное полотно,на (Котором устаноЕпен сужающийс конический патрубок с сепарационным устройством . Слив жидкости с тарелок осуществл етс по переливным трубам ,A heat and mass transfer device is known, consisting of a body with plates of reinforced height, with perforated cloth, on (with which a tapered tapered cone pipe with a separation device is installed. The drain of the liquid from the plates is carried out by means of overflow pipes,

Недостатками указанного устройства вл ютс низка эффективность массообмена из-эа малого времени контакта фаз и невозможность прове .дени процессов, протекающих с большими тепловыми эффектами.The disadvantages of this device are the low efficiency of mass transfer due to the short phase contact time and the impossibility of conducting the processes that occur with large thermal effects.

Известна колонна, включающа корпус и контактные устройства, выполненные в виде ситчатых тарелок, на каждой из которых, установлен коническ1 й патрубок с завихрителем в верхней части и расположенными по центру переливными трубами, в зоне завихрител под углом к корпусу установлен змеевик с нисход щим направлением навивки, совпадающей с круткой потока, и выполн ющий роль отбойного элемента .A known column comprising a housing and contact devices made in the form of sieve plates, on each of which a conical pipe with a swirl ring is installed in the upper part and overflow pipes located in the center, a coil with a downward direction of winding is installed in the swirl zone. , coinciding with the twist of the flow, and acting as a breaker element.

Недостатками аппарата вл ютс низка эффективность процесса тепломассообмена из-за малого времени пребывани жидкости в зоне контакта с газом и малой поверхности контакта фаз; малой поверхности тепообменного элемента (змеевика), становленного только в зоне заихри тел , ограниченной в высотеThe drawbacks of the apparatus are low efficiency of the heat and mass transfer process due to the short residence time of the liquid in the zone of contact with gas and the small surface of the contact of phases; the small surface of the heat exchange element (coil), installed only in the zone of the whirl of bodies, limited in height

и поперечном сечении аппарата услови ми обеспечени сепарации фаз, и значительного межтарельчатого уно.са жидкости из кольцевого провтран5 ства между змеевиком и завихрителем , высокое гидравлическое сопротивление из-за дифрагмировани аппарата неперфорированным полотном вне .конического патрубка дл размещени периферийных переливных труб.and a cross section of the apparatus with conditions for phase separation, and a significant inter-junctional fluid from the annular space between the coil and swirl device, high flow resistance due to the diffraction of the apparatus with a non-perforated web outside the cone pipe to accommodate peripheral overflow pipes.

Цель изобретени - увеличение эффективности и снижение гидросопротивлени .The purpose of the invention is to increase the efficiency and decrease the hydroresistance.

Поставленна цель достигаетс The goal is achieved

5 тем, что в тепломассообменном аппарате , состо щем из корпуса с установленными по его высоте переточными контактными устройствами, включающими полотно с расположенными н.ад ним коническим патрубком с завихрителем, отбойным элементом, теплообменным элементом и переливными трубами, теплообменный элемент установлен на уровне конического патрубка, и аппар ат5 by the fact that in a heat and mass transfer apparatus consisting of a housing with overflow contact devices installed at its height, including a canvas with a conical spout with a swirler, a fender element, a heat exchanger element and overflow pipes located at the back, the heat exchanger element is installed at the level of the conical nipple and appar at

5 снабжен обечайкой, перфорированной в нижней части и установленной на полотне тарелки между теплообменным элементом и коническим патрубком и образующий с нижним основанием конического патрубка кольцевой зазор, а участок полотна тарелки под ним выполнен неперфорированным.5 is provided with a shell, perforated in the lower part and mounted on the web of the plate between the heat exchange element and the conical nozzle and forming an annular gap with the lower base of the conical nozzle, and the portion of the web of the dish under it is made unperforated.

При этом верхний срез обечайки расположен между верхними срезами 5 конического патрубка и теплообменного элемента,- а сечение ее перфорации выполнено не более равновеликих площадей кольцевого зазора и зазора между коническим патрубком иIn this case, the upper section of the shell is located between the upper sections 5 of the conical pipe and the heat exchange element, and the cross section of its perforation is no more than equal areas of the annular gap and the gap between the conical pipe and

ПОЛОТНОМ и не менее сечени переливной трубы.STRIPED and no less than the cross section of the overflow pipe.

Кроме того, переливна труба установлена эксцентрично оси аппарата при этом концы ее расположены внутри обечайки. На чертеже изображено предлагаемое устройство. Тепломассообмениый аппарат состоит из корпуса 1 с установленными по его высоте перетомными контактными устройствами , включающими перфорированное полотно 2 с расположенными над теплообменным элементом 3 нап- . ример, змеевиком) и коническим пат рубком 4 с завихрителем 5.Между кони ческим патрубком и полотном имеетс зазор 6. В зоне завихрител у стенк корпуса размещен отбойный элемент 7 (например, усеченный конус). На поло не, жестко установлена обечайка 8, имеюща на l/B-V своей высоты перф рацию 9 и образующа с нижним основанием конического патрубка кольцевой зазор 10, под которым участок по лотна 11 неперфорирован. Контактные устройства снабжены переливными трубами 12. Теплообменный аппарат работает сл дующим образом. Газ, поднима сь по тепломассообменному аппарату, на входе каждого контактного устройства раздел етс н два потока. Один поток проходит чере отверсти перфорированного полотна 2 вне обечайки 8, образу газожидко.стную смесь, обтекающую с большой скоростью Теплообменный элемент 3. Другой поток газа, пройд перфорированное полотно 2, попадает в конический патрубок i, куда с неперфорирова ного участка полотна 11 через кольцевой зазор 10 и равновеликий ему з«зор 6 под гидростатическим напором поступает жидкость. Диспергированный газожидкостный поток в завихрителе 5 .приобретает импульс вращени , в результате чего легка фаза отдел етс и уходит на следующую ступень, а т жела под действием центробежных сил отбрасываетс на отбойный элеме 7, образу -между ним- и завихрителем гидродинамический фильтр в виде сплошной вращающейс струи, пересека которую газ первого потока отдел етс от жидкости и направл етс на следующую ступень. Жидкость, попавша на отбойный элемент ., под действием инерционных и гравитационных сил направл етс в виде сплошной фазы по стенке корпуса к полотну, где диспергируетс и 10 84 увлекаетс газом к верхнему срезу обечайки, перелива сь в пространство между ней и коническим патрубком. При этом газожидкостна смесь разрушаетс и на неперфорированном участке полотна 11, соответственно высоте переливных труб 12, образуетс столб жидкости, определ ющий ее расход в коническом патрубке, т.е. кратность циркул ции жидкости на ступени.Запуск аппарата имеет свои особенности в том, что вс подаваема переливным трубам 12 жидкость поступает в конический патрубок Ц, откуда уноситс газом, сепарируетс и сливаетс вне цилиндрической обечайки 8 на перфорированное полотно 2, где обра-; зуетс слой газожидкостной смеси.По достижению слоем перфорации 9, площадь которой больше сечени переливных труб 12., газожидкостна смесь начинает перетекать внутрь обечайки 8, причем пузырьки газа на перфорации 9 деформируютс и разрушаютс . В результате на неперфорированном участке поглотна 11 образуетс уровень светлой жидкости, повышающий ее расход в коническом патрубке, ,следовательно , и его гидравлическое сопротивление проходу газа. В свою очередь, это увеличивает расход газа и исключает провал жидкости с перфорированного полотна в зоне расположени теплообменного элемента 3. Аппарат выходит на режим с началом перетока газожидкостной смеси внутрь обечайки 8 через ее верхний срез и повышени в ней уровн жидкости до высоты переливных труб12 . После запуска направление перетока жидкости через перфорацию 9 измен етс на противоположное, а ее , определ емый соотношением высот обечайки 8 и переливных труб 12, а также площадей перфорации 9 и кольцевого зазора 10, незначителен в сравнении с расходом жидкости в коническом патрубке 4 и не оказывает существенного вли ни на работу аппарата . Предлагаема конструкци по сравнению с известной позвол ет в ,5-2 раза интенсифицировать массообмен за счет увеличени времени контакта и поверхности раздела фаз, что достигаетс установкой обечайки с указанной площадью перфорации на 1/3-1/ ее высоты между коническим патрубком и теплообменным элементом и наличием непёрфорированного участка полбтна под кольцевым зазором. Благодар этому внутри обечайки создаетс высокий уровень жидкости, обеспечивающий ее большую кратность циркул ции на ступени:и.большое врем ;контакта с газом, ei газовый поток образует два дисперсных потока: один внутри конического патрубка, как у известного устройства, а второй, отделенный обечайкой, Ёне его. При этом,значительно возрастает межфазНа поверхность. Максимальна высота зоны второго дисперсного потока опре дел етс высотой конического патрубк и допускает установку, теплообменного элемента с поверхностью в 5-10 раз большее, чем у известного устройства в зоне завихрител . Одновременно высока скорость обтекани тепло обменного элемента газожидкостной смесью позвол ет достичь больших коэффициентов теплоотдачи, и таким образом , знaчитeльt o увеличив теплосъем с единицы объёма аппарата, использовать его дл реакционных процессов, протекающих с большими тепловыми эффектами. Предложенное размещение переливных труб и перфораци полотна, диафрагмировавшего ранее .сечение аппарата вне конического патрубка, позволили в 1,2-1, раза снизить гидравлическое сопротивление аппарата, а также уменьшить габариты завихрител и скорость газа в зоне сепарации, между завихрителем и отбойным конусом , что Привело к снижению межта-рельчатого уноса и увеличению движу- щей силы.In addition, the overflow pipe is installed eccentrically to the axis of the apparatus, with its ends located inside the shell. The drawing shows the proposed device. The heat and mass transfer apparatus consists of a housing 1 with adjustable contact devices installed along its height, including a perforated web 2 with nap. 3 located above the heat exchange element. Example, coil) and a conical staple 4 with a swirler 5. There is a gap 6 between the taper nipple and the blade. In the swirl zone near the wall of the housing there is a fender element 7 (for example, a truncated cone). A shell 8 is rigidly mounted on the floor, having a perforation 9 on l / B-V of its height and forming an annular gap 10 with the lower base of the conical nipple, under which the portion of the flange 11 is not perforated. The contact devices are equipped with overflow pipes 12. The heat exchanger operates as follows. The gas, rising through the heat and mass transfer apparatus, is separated into two streams at the inlet of each contact device. One stream passes through the aperture of the perforated web 2 outside the shell 8, forming a gas-liquid mixture flowing at high speed. Heat exchange element 3. Another gas flow, passing through the perforated web 2, enters the conical nipple i, where from the non-perforated portion of the web 11 through an annular the gap 10 and is equal to him z zor 6 under hydrostatic pressure enters the liquid. The dispersed gas-liquid flow in the swirler 5 acquires a rotational impulse, as a result of which the light phase separates and goes to the next step, and by the action of centrifugal forces, it is thrown onto the breaker element 7, forming a continuous rotating filter in the form of an alternator and swirler. the jet, the intersection of which the gas of the first stream is separated from the liquid and directed to the next stage. Under the action of inertial and gravitational forces, the liquid trapped on the breaker element is directed in the form of a continuous phase along the wall of the housing to the web, where it is dispersed and 1084 is carried by the gas towards the upper section of the shell, overflowing into the space between it and the conical nozzle. In this case, the gas-liquid mixture is destroyed and on the non-perforated portion of the blade 11, respectively, the height of the overflow pipes 12, a column of liquid is formed, which determines its flow in the conical tube, i.e. the multiplicity of fluid circulation at the stage. The launch of the apparatus has its own characteristics in that the liquid supplied to the overflow pipe 12 enters the conical tube C, from where it is carried away by gas, separated and drained outside the cylindrical shell 8 to the perforated web 2, where it is formed; a layer of gas-liquid mixture is formed. Upon reaching the perforation layer 9, the area of which is larger than the cross section of the overflow pipe 12., the gas-liquid mixture begins to flow into the shell 8, and the gas bubbles in the perforation 9 are deformed and destroyed. As a result, in the non-perforated area of the absorbed 11, a level of the clear liquid is formed, increasing its flow rate in the conical port, and, consequently, its hydraulic resistance to the passage of gas. In turn, this increases the gas consumption and eliminates the failure of the liquid from the perforated web in the zone of the heat exchanging element 3. The device enters the mode with the beginning of the flow of gas-liquid mixture into the shell 8 through its upper cut and raising the level of liquid in it to the height of the overflow pipes 12. After start-up, the direction of flow of fluid through perforation 9 is reversed, and its direction, determined by the ratio of the heights of the shell 8 and overflow pipes 12, as well as the areas of perforation 9 and annular gap 10, is insignificant in comparison with the flow rate in the conical nipple 4 and does not have significant influence on the operation of the apparatus. The proposed design, in comparison with the known, allows to intensify mass transfer by a factor of 5-2 by increasing the contact time and the interface, which is achieved by setting the shell with a specified perforation area of 1 / 3-1 / its height between the conical pipe and the heat exchange element and the presence of the unperforated area is half a bt under the annular gap. Due to this, a high level of liquid is created inside the shell, which ensures its greater circulation ratio at the stage: longer time; contact with gas, ei the gas stream forms two dispersed streams: one inside the conical pipe, as in the known device, and the second, separated by a shell Jonah it. At the same time, the interphase is greatly increased. The maximum height of the zone of the second dispersed flow is determined by the height of the conical nozzle and allows the installation of a heat exchange element with a surface 5-10 times greater than that of the known device in the swirl zone. At the same time, a high flow rate of the heat exchange element by a gas-liquid mixture allows one to achieve high heat transfer coefficients, and thus, increasing the heat removal per unit volume of the apparatus, and using it for reaction processes with large thermal effects. The proposed placement of overflow pipes and perforation of the cloth that previously diaphragmed the apparatus’s cross section outside the conical nipple allowed a 1.2–1 fold reduction in the hydraulic resistance of the apparatus, as well as a decrease in the dimensions of the swirler and the gas velocity in the separation zone, between the swirl and the breaker cone, which It led to a decrease in inter-rail fly ash and an increase in driving force.

Claims

1. HEAT AND MASS TRANSFER APPARATUS, consisting of a housing with regrind contact devices installed along its height, including a web with a conical pipe located above it with a swirl, a breaker element, a heat exchange element and overflow • pipes, characterized in that, in order to increase the effec * the efficiency of heat and mass transfer and * the reduction of hydraulic resistance. pressure, the heat exchange element is installed at the level of the conical pipe, and the apparatus is equipped with a shell perforated in the lower part and mounted on lotne plates between the heat exchange element and a tapered nozzle and forming a lower base Ko §.

nical branch pipe an annular gap, 1 ^. and the portion of the plate cloth under it | v is non-perforated.

SO about>

SO with oo

2. The apparatus by π. 1, the case being that the upper cut of the shell is located between the upper cuts of the conical pipe and the heat exchange element, and the section of its perforation is made of no more than equal areas of the annular gap and the gap between the conical pipe and the web and at least the cross section of the overflow pipe.

3. The device according to paragraphs. 1 and 2, which is characterized in that the overflow pipe is mounted eccentrically to the axis of the apparatus, while its ends are located inside the shell.