SU1150008A1 - Насадка дл тепломассообменных аппаратов - Google Patents

Abstract

НАСАДКА ДЛЯ ТЕПЛОМАССООБМЕННЫХ АППАРАТОВ с трехфазным псевдоожиженным слоем, каждьй элемент которой выполнен в виде многозаход- ного винта, отличающа с  тем, что с целью улучшени  однородности псевдоожижени  путем выравнивани  гидравлического сопротивлени  элемента насадки при различной ориентации его к потоку газа, винт выполнен с отношением площадей проекций на плоскость, параллельную оси винта, и на плоскость, перпендикул рную оси винта, равным 0,85-1,00.

Description

«

изобретение относитс  к аппаратурному оформлению процессов теплообмена , абсорбции, ректификации, кристаллизации, в которых используетс  принцип псевдоожижени , в частности к насадкам тепломассообменных аппаратов с трехфазным псевдоожиженным слоем (газ-насадка-жидкость ) .

Известна насадка, выполненна  в виде пустотелого цилиндра с лопаст ми , расположенными под углом к образующей цилиндра (Т .

Указанна  насадка, име  развитую поверхность контакта фаз, сложна в изготовлении. Кроме того, на внутренних поверхност х насадки возможны отложени  продуктов реакций, так как внутренние поверхности насадки не могут очищатьс  другими элементами насадки, что приводит к ухудшению ее характеристики, а это, в свою очередь, влечет ухудшение тепломассообмена .

Известна насадка, выполненна  в виде тела вращени  с наружными лопаст ми, расположенньми под углом -,к образующей тела вращени , и содержаща  во внутренней полости дополнительный элемент в форме гиперболическо .го параболоида jfj .

К недостаткам данной насадки сле -дует отнести сложность конструкции, что делает невозможным изготовление ее в массовых количествах. Кроме того , на внутренних поверхност х насадки возможны отложени  з.агр знений и продуктов реакций, а это, в свою очередь , приводит к снижению эффективности аппарата.

Известна насадка, каждый элемент которой вьшолнен в виде многозаходного винта (У) .

Эта насадка предназначена дл  использовани  в аппаратах с неподвижным слоем насадочных элементов. Применение ее в аппаратах с трехфазньм псевдоожиженньм слоем невозможно, так как при условии малых значений отношени  высоты элемента насадки к диаметру она потоком газа отбрасываетс  к стенке аппарата и не псевдоожижаетс , а при больших значени х указанного отношени  псевдоожижение неосуществимо вообще.

Цель изобретени  - улучшение однородности псевдоожижени  путем выравнивани  гидравлического сопротивле500082

ни  элемента насадки при различной ориентации его к потоку газа.

Цель достигаетс  тем, что в насадке , каждый элемент которой выполнен 5 в виде многозаходного винта, последний выполнен с отношением площадей проекций на плоскость, параллельную оси винта, и на плоскость, перпендикул рную оси винта, равным 0,85-1,00. (О Эффективность работы тепломассообменного аппарата с трехфазным псевдоожиженным слоем в сильной мере зависит от однородности псевдоожижени . В случае псевдоожижени  твердых тел 5 газом неоднородность сло  всегда

имеет место и про вл етс  в том, что через слой систематически прорываютс  нераздробленные пузыри газа, взвешенные твердые тела неравномерно распредел ютс  по высоте сло , высота сло  колеблетс  с большой амплитудой. Все это ухудшает контактирование газовой фазы с жидкой, и с взвешенными твердьми телами (насадкой) и приводит к уменьшению эффективной поверхности контакта фаз. Последнее ухудшает протекание тепломассообмена.

Известно, что с отклонением псевдоожижаемых тел от сферической Q неоднородности сло  увеличиваютс . Объ сн етс  это неодинаковым гидравлическим сопротивлением несферического тела при различной его ориентации к направлению движени  газа.

На фиг. 1 изображен элемент предлагаемой насадки-, общий вид, на фиг. 2 - вид в плане ,на фиг. 3 - вид в плаi не с учетом поворота винта;па фиг. 4 его фронтальна  проекци , на фиг. 5 график зависимости площадей от сил сопротивлени .

Насадка представл ет собой многозаходный винт 1 с числом винтовых лопастей 2 не меньше трех. Высота элемента насадки выбираетс  из услови  обеспечени  соотношени  площади проекции фронтальной к площади проекции в плане от 0,85 до 1,

Насадка работает следую1и11м образом .

Под действием потока газа жидкость начинает врап1атьс , что способствует турбулизации слоев.

55 Изложим методику определени  требуемой высоты элемента насадки на примере четырехзаходиоги пинта (фиг. 3 и ) . Yioir )т-а винтовой 5 линии отсчитьгеаем от оси z в направлении против часовой стрелки. При Ч 2 подъеме по винту (ось х), на h/4, где h - шаг вин та, происходит полное перекрытие сечени  лопаст ми, в плоскости zoy и площадь проекции насадки в плане составит 8„ (1) где d - диаметр насадки. Фронтальную площадь проекции насадки (в плоскости хоу) можно пр ставить в виде суммы двух заштрихо ванных площадей 8ф S, + Sg. Использу  параметрическое уравнение винтовой при условии, что искома  элемента насадки h., имеем , 5, 2 асо5|4х , . Ь, Sj 2 (i-ein| X , h/8 где b у-в. .. 2d8(.inf coe -cosf) ( Если, например, требуетс  рассчитать насадку с соотношением БФ/ЗП, то, приравн в выражени  (1) и (2), получаем уравнение с одним неизвестным hj. Откуда .)Аналогично решаетс  задача с бо шим или меньшим четьфех числом вин товых лопастей. При двухзаходном винте, как показывают расчеты, получаютс  малые соотношени  h:d, что делает невозможным изготовление насадки из пол мерного материала методом непрерыв ной экструзии с последующей, резкой винтового стержн . Указанное соотношение площадей проекции от 0,85 до 1 обеспечивает одинаковую силу сопротивлени  элемента насадки движущейс  среде при {.различной ориентации его к направленито движрни  газа. 08 , . . 4 , Сила лобового сопротивлени  насадки R равна - коэффициент лобового сопротивлени  элемента насадки, завис щей от формы насадки, числа Рейнольда и других параметров; площадь проекции тела на плоскость, перпендикул рную направлению движени  газа, р - плотность газа, со - скорость газа. В случае равенства сил сопротивлени  .элемента насадки в двух основных его положени х, изображенных на фиг. 3, имеем f. R или с учетом (3) при одинаковых со, д i(f,-S n-Sn. Отношение сил сопротивлени  в этом случае равно Rep Чд)-5ф п п-5п На фиг. 5 представлена полученна  на стенде опытна  зависимость отношени  сил сопротивлени  п отно шени  площадей проекций S а /S „ дл  одиночного элемента насадки, из которой следует, что равенство R К„ имеет место при Sm / S 0,91. Визуальные наблюдени  характера псевдоожижени  насадки с соотношением от 0,8 до 1,05 показали, что в этом диапазоне однородность псевдоожижени , оцениваема  амплитудой колебани  динамической высоты сло  и распределением насадки по высоте сло , имеет примерно одинаковое значение. Вне заштрихованного диапазона однородность псевдоожижени  заметно ухудшаетс . Так, при 8ф/5„ 0,6 элементы насадки ориентируютс  к потоку газа фронтальной проекцией, отбрасываютс  к стенке аппарата, где остаютс  неподвижными. Образовавшийс  колодец устойчив- и это делает невозможные псевдоожижение. С увеличением Sj,/Sj, сверх 1,1 при псевдоожижении наблюдаетс  интенсивное поршнеобразование; часть сло  насадки движетс  в виде поршн , амплитуда колебаний уровн  сло  достигает 100%-ного значени  динамической высоты сло .

Таким образом, при соблюдении Соотношени  от 0,85 до 1,00 (эти значени  принимаем дл  гарантированного достижени  результата) слой элементов винтовой насадки нормально псевдоожижаетс  с достаточной однородностью.

Поток газа, воздейству  на лопасти элемента насадки, вьшуждает его вращатьс  вокруг собственной оси. Вращение элементов насадки обуславливает увеличение степени турбулентности потоков, чем оказьюает интенсифицирующее воздействие на процессы теплообмена, массообмена и химических реакций. Интенсивность вихревых

потоков, во никающих вокру каждого из элементов насадки при их вращении, увеличиваетс  с увеличением частоты вращени  элемента насадки, т.е. с

увеличением скорости набегающего на лопасти потока сжижающего агента. Так как данна  насадка не имеет внутренних поверхностей, то при интенсивном ее движении в слое отложени ,

образующиес  на поверхности винтовых лопастей, очищаютс  другими элементами насадки и вынос тс  жидкостным потоком, т.ё данна  насадка эффективно работает на запыленных средах

ив услови х образовани  тверДых продуктов реакций.

Испытани  винтовой насадки в колонне поликонденсации карбамидной смолы показали, что предлагаема 

насадка эффективна в работе, а отложени  на поверхности насадки практически отсутствуют.

Фиб.г

Фие.У

Фиг А

Claims (1)

1. НАСАДКА ДЛЯ ТЕПЛОМАССООБМЕННЫХ АППАРАТОВ с трехфазным псевдоожиженным слоем, каждый элемент которой выполнен в виде многозаходного винта, отличающаяся тем, что с целью улучшения однородности псевдоожижения путем выравнивания гидравлического сопротивления элемента насадки при различной ориентации его к потоку газа, винт выполнен с отношением площадей проекций на плоскость, параллельную оси винта, и на плоскость, перпендикулярную оси винта, равным 0,85-1,00.

   \О ί