SU1375301A1

SU1375301A1 - Heat-mass exchange apparatus

Info

Publication number: SU1375301A1
Application number: SU864070629A
Authority: SU
Inventors: Владимир Михайлович Косырев; Леонид Яковлевич Живайкин; Станислав Германович Дубинкин; Леонид Афанасьевич Бахтин; Иосиф Григорьевич Бляхер; Михаил Самуилович Гофман
Original assignee: Горьковский политехнический институт им.А.А.Жданова
Priority date: 1986-05-26
Filing date: 1986-05-26
Publication date: 1988-02-23

Description

Изобретение относитс к аппаратурному оформлению процессов тепломассообмена , протекающих в системе газ (пар) - жидкость, и может быть использовано дл проведени адсорб- щга, десорбции, ректификации, охлаждени и очистки газов в химической, нефтехимической и в смежных отрасл промышленности.The invention relates to the instrumentation of heat and mass transfer processes occurring in a gas (vapor) - liquid system, and can be used for carrying out adsorption, desorption, rectification, cooling and gas cleaning in the chemical, petrochemical and adjacent industries.

Цель изобретени - повышение эффективности тепломассообмена путем турбупизации стекающей пленки жидкости спутным газовым потоком и пульсирующей подачей жидкости. The purpose of the invention is to increase the efficiency of heat and mass transfer by turbuding a flowing film of liquid with a co-flowing gas flow and a pulsating supply of liquid.

. На фиг.1 приведен тепломассооб- менныр аппарат, продольный разрез, на фиг.2 - контактный элемент аппарата , разрез.. Figure 1 shows the heat and mass transfer apparatus, a longitudinal section, in Figure 2 - the contact element of the device, the section.

Аппарат содержит корпус 1, трубы 2 внутреннего теплообменника, распределительные камеры ввода 3 и 4 и вывода 5 жидкости, камеры 6 и 7 дл жидкости и газа, тарелки 8 с контактными элементами 9 в форме труб Вемтури, которые установлены соосно теплообменным трубам 2. Диффузоры 10 труб Вентури выполнены за одно целое с основанием тарелки 8, а кон- фузоры 1 Г установлены в его углуб- лени х 12. Горловины 13 труб Вентури имеют кольцевое сечение. В верхней 6 и нижней 7 распределительных камерах установлены вертикальные цилиндрические перегородки 14 и 15. Дл лучшего распределени газа по сечению аппарата цилиндрические перегородки 14 и 15 выполнены со скошенным нижним торцом (уклон в сторону места подвода или отвода газа). The apparatus includes a housing 1, pipes 2 of the internal heat exchanger, distribution chambers of the inlet 3 and 4 and outlet 5 of the liquid, chambers 6 and 7 for the liquid and gas, plates 8 with contact elements 9 in the form of Vmturi pipes, which are installed coaxially with the heat exchange pipes 2. Diffusers 10 Venturi tubes are made in one piece with the base of the plate 8, and 1 G diffusers are installed in its recesses 12. The necks of the 13 Venturi tubes have an annular section. Vertical cylindrical partitions 14 and 15 are installed in the upper 6 and lower 7 distribution chambers. In order to better distribute the gas over the cross section of the apparatus, the cylindrical partitions 14 and 15 are made with a beveled lower end (slope towards the gas inlet or outlet).

Дл прохода газа между нижними кра ми перегородки 14 и корпусом 1 предусмотрена кольцева щель. 16 переменной ширины. Щель 17 под пере- городкой 15 также имеет переменную ширину. Перегородки 14 и 15. могут быть выполнены с перфорацией. Распределительна камер-а 4 образована верхней трубной решеткой 18 и распреде- лительпой решеткой 19, в отверсти которой пропущены трубы 2 теплообменника . Решетка 19 снабжена кольцевой щелью 20 дл орошени перегородки 14 и подачи жидкости к верхней тарелке 8.An annular gap is provided for the passage of gas between the lower edges of the partition 14 and the housing 1. 16 variable width. The slot 17 under the partition 15 also has a variable width. Partitions 14 and 15. can be made with perforations. The distribution chamber-4 is formed by an upper tube grid 18 and a distribution grid 19, in the holes of which the heat exchanger pipes 2 are passed. The grille 19 is provided with an annular slot 20 for irrigating the partition 14 and supplying fluid to the upper plate 8.

Аппарат имеет входной 21 и выходной 22 патрубки дл .газа, патрубки 23 и 24 дл ввода и вывода реакцион .ной жидкости, а также патрубки 25 и 26 дл ввода и вывода теплоносител The apparatus has an inlet 21 and outlet 22 nozzles for gas, nozzles 23 and 24 for the inlet and outlet of the reactive liquid, and also nozzles 25 and 26 for the inlet and outlet of the coolant

Нижние торцы труб 2 закреплены в трубной решетке 27. Углублени ;12 в основании тарелки выполнены в виде кольцевых приливов 28, выступающих над тарелкой. Внутренн конусообразна поверхность приливов составл ет, с наружной поверхностью конфузоров кольцевые каналы 29, входы 30 в которые образованы отогнутыми к тарелке верхними кромками 31 конфузоров, а выходы 32 размещены в горловине 13. Вход 30 в кольцевой капал размещен выше выхода 32. Дл эффективного орошени контактных элементов 9 и труб 2 при малых нагрузках по жидкости выполнены каналы 33, которые направлены по касательной к поверхности теплообменной трубы . Они же служат и дл дренажа. В углу блении 12 конфузор 11 установлен соосно трубе 2 и диффузору 10 посредством выступов 34.The lower ends of the pipes 2 are fixed in a tube sheet 27. The grooves; 12 at the base of the tray are made in the form of annular tides 28 protruding above the plate. The inner cone-shaped surface of the tides comprises, with the outer surface of the confuser, annular channels 29, the inlets 30 in which are formed by the upper edges 31 of the confusors bent to the plate, and the outlets 32 are located in the neck 13. The inlet 30 in the annular drop is placed above the outlet 32. For effective contact irrigation elements 9 and pipes 2 at low liquid loads are made channels 33, which are directed tangentially to the surface of the heat exchange pipe. They also serve for drainage. In the corner of the glue box 12, the confuser 11 is mounted coaxially to the pipe 2 and the diffuser 10 by means of projections 34.

В цел х снижени металлоемкости И трудоемкости изготовлени тарелки 8 выполнены из неметаллического ма- териала, например из кислотоупорной керамики, фарфора или пластических масс путем прессовани или лить в формы. Таким же образом могут быть изготовлены и конфузоры 11.In order to reduce metal consumption and laboriousness of manufacturing the plate 8, it is made of non-metallic material, for example, of acid-resistant ceramics, porcelain or plastics by pressing or casting into molds. In the same way can be made and confusor 11.

Тепломассообменный аппарат работает следующим образом.Heat and mass transfer apparatus operates as follows.

Реакционна жидкость и газ подаютс в аппарат пр мотоком. Пр мотоком также подаетс и теплойоси- тель. Реакционный газ через патрубок 21 поступает в распределительную камеру 6 и благодар вертикальной цилиндрической перегородке 14 через щель 16 переменной ширины равномерно распредел етс по всему периметру аппарата. Часть газа проводит через перфорацию в перегородке 14.The reaction liquid and gas are fed to the apparatus in a flow. A coil is also supplied with a coil. The reaction gas through the pipe 21 enters the distribution chamber 6 and due to the vertical cylindrical partition 14 through the slit 16 of variable width is evenly distributed throughout the perimeter of the apparatus. Part of the gas passes through the perforation in the partition 14.

Реакционна жидкость через патрубок 23 поступает в распределительную камеру 4. Через кольцевые зазоры, образованные распределительной решеткой 19 и трубами 2 теплообменника , она пленкой стекает по этим трубам . Часть жидкости по кольцевому зазору 20 стекает по перегородке 14. Газ, проход через отверсти перегородки 14, контактирует с текущей по ней жидкостью,срывает часть на тарелку 8 и вместе с газом, прошедшим через щель 16, поступает к контактным элементам 9,где вновь контактирует с жидкостью, котора по каналам 33 поступает в горловину 13 в виде струй, направленных по касательной к поверхности трубы, генериру на ее поверхности закрученное течение пленки жидкости. При больших нагрузках по жидкости нар ду с посто нным орошением по каналам 33 каналы 29 обеспечивают пульсирующую подачу орошени в горловину 13.The reaction liquid through pipe 23 enters the distribution chamber 4. Through the annular gaps formed by the distribution grid 19 and the heat exchanger tubes 2, it flows through these tubes with a film. Part of the fluid through the annular gap 20 flows through the partition 14. The gas, the passage through the openings of the partition 14, contacts with the liquid flowing through it, tears the part onto the plate 8 and, together with the gas that has passed through the slot 16, goes to the contact elements 9, where it contacts again with a liquid that flows through the channels 33 into the neck 13 in the form of jets directed tangentially to the surface of the pipe, generating a swirling flow of a liquid film on its surface. At high fluid loads, along with constant irrigation through the channels 33, the channels 29 provide a pulsating flow of irrigation to the neck 13.

Пульсации орошени создаютс следующим образом.Irrigation pulsations are generated as follows.

Пусть вначале на тарелке имеетс уровень жидкости, достигающий кромок 31 конфузора 11. Жидкость по каналу 29 не проходит. По мере поступлени жидкости с верхней тарелки уровень ее поднимаетс вначале до верхней кромки прилива 28, а затем до верхней кромки канала 29. Весь канал 29 заполн етс жидкостью.Благодар разрежению, имеющемус в горловине 13 контактного элемента 9, возникаклцему за счет высокой скорости газа в ней, сюда начинает подсасыватьс жидкость с тарелки. Вступает в работу сифон, образованный изогнутым кольцевым каналом 29. В короткий промежуток времени жидкость кольцевой струей впрыскиваетс в горловину 13 и поступает на трубу 2. . За счет зтого уровень жидкости на тарелке снова падает до уровн кромки 31. Поскольку с верхней тарелки продолжает поступать жидкость, ее уровень вновь поднимаетс . Описан- ньм цикл повтор етс .Suppose first that there is a liquid level on the plate that reaches the edges 31 of the confuser 11. The liquid does not pass through the channel 29. As the liquid from the top plate enters, its level rises first to the upper edge of tide 28 and then to the upper edge of channel 29. The entire channel 29 is filled with liquid. Thanks to the negative pressure in the throat 13 of the contact element 9, it, liquid begins to be sucked from the plate. A siphon formed by a bent annular channel 29 comes into operation. In a short period of time, the liquid is injected in an annular jet into the neck 13 and enters the pipe 2.. Due to this, the liquid level on the plate drops again to the level of the edge 31. As the liquid continues to flow from the upper plate, its level rises again. The cycle described is repeated.

Пульсирующа подача жидкости обеспечивает более качественное орошение , при котором сухих участков j теплообменной поверхности не остаетс . Пульсирующа подача орошени дополнительно турбулизирует стекающую пленку, нарушает пристенную ламинарную структуру жидкости, усиливает волнообразование, чем способствует повышению эффективности тепломассообмена .The pulsating fluid supply provides better irrigation, in which dry sections j of the heat exchange surface do not remain. The pulsating supply of irrigation additionally turbulizes the flowing film, disrupts the near-wall laminar structure of the liquid, enhances wave formation, which contributes to an increase in the efficiency of heat and mass transfer.

В горловине 13 скорость газа достигает 20-40 м/с. Благодар этому пленка жидкости, стекающа по трубе 2, сильно турбулизируетс . Скбрость течени пленки увеличиваетс , а толщина пленки уменьшаетс . Ламинарный подслой разрушаетс , чем достигаетс высока интенсивность теплоотдачи со стороны пленки и теплообмена в целом. В горловине 13 часть жидкости диспергируетс газом на мелкие частицы, контактирует с газом в элементах 9 ив пространстве между тарелками. Благодар тому, что смоченный периметр контактных элементов 9 велик, а скорость газа относительно труб значительна., про-In the throat 13, the gas velocity reaches 20-40 m / s. Due to this, the liquid film flowing down pipe 2 is highly turbulized. The creep of film flow increases and the film thickness decreases. The laminar sublayer is destroyed, which achieves a high heat transfer rate from the side of the film and heat exchange in general. In the throat 13 a part of the liquid is dispersed by the gas into fine particles, it contacts with the gas in the elements 9 and in the space between the plates. Due to the fact that the wetted perimeter of the contact elements 9 is large, and the gas velocity relative to the pipes is significant.

исходит интенсивный тепломассообмен. В межтарельчатом пространстве поверхность контакта фаз образована .пет щи- ми капл ми жидкости разной дисперсности и поверхностью труб 2. С верхней тарелки жидкость и газ поступа- , ют на нижележащую тарелку. Кажда тарелка 8 обеспечивает таким образом равномерное перераспределение контактирующих газа и жидкости поIntensive heat and mass transfer occurs. In the inter-tray space, the contact surface of the phases is formed by liquid droplets of different dispersion and the surface of the tubes 2. From the top plate, the liquid and gas flow onto the underlying plate. Each plate 8 thus ensures a uniform redistribution of the contacting gas and liquid over

сечению аппарата. На нижележащих тарелках в межтарельчатом простр-анстве процесс повтор етс .section of the apparatus. On the underlying plates in the inter-lobe space, the process is repeated.

По патрубку 24 жидкость выводитс из аппарата. Газ, проход через кольцевую щель 17, равномерно распредел етс по периметру камеры 7, где осп вобождаетс от частиц жидкости, и по патрубку 22 вьшодитс из аппарата. Повьшение эффективности тепломассообмена в предлагаемом решении достигаетс за счет того, что при указанном размещении труб в горловинах контактных элементбв скорость спут- ного газового потока, воэдействующего на стекающую пленку жидкости, соответствует скорости в горловине контактных элементов и составл ет. 20-40 м/с, т.е. имеет место сильное взаимодействие фаз. На участкеBy pipe 24, the liquid is withdrawn from the apparatus. The gas, the passage through the annular gap 17, is evenly distributed around the perimeter of the chamber 7, where the pox is discharged from the liquid particles, and through the pipe 22 is removed from the apparatus. The efficiency of heat and mass transfer in the proposed solution is achieved due to the fact that, with the specified placement of pipes in the necks of the contact elements, the velocity of the co-flowing gas flow acting on the flowing film of liquid corresponds to the velocity in the neck of the contact elements and is. 20-40 m / s, i.e. there is a strong interaction of phases. Location on

между тарелками скорость газаgas speed between plates

5-8 м/с,как и в известном устройстве. Газовый поток, воздейству на пленку жидкости, турбулизирует ее, разрушает пристенн 51й ламинарный слой.5-8 m / s, as in the known device. The gas flow, acting on the liquid film, turbulizes it, destroys the boundary layer.

Дл его восстановлени необходим достаточный по высоте участок, но такого участка нет, так как по высоте аппарата установлены тарелки. В результате сильного воздействи га-A sufficiently high section is necessary for its restoration, but there is no such section, as the plates are mounted along the height of the apparatus. As a result of the strong impact of gas

зового потока на стекающую пленку в контактном элементе скорость ее стекани возрастает, толщина уменьшаетс . Часть жидкости с поверхности пленки в виде брызг уноситс в межтарельчатое пространство аппарата . Описанные влени способствуют возникновению развитой поверхности контакта фаз, интенсивному тепло- и массообмену. The flow rate on the flowing film in the contact element increases its speed, the thickness decreases. A part of the liquid from the surface of the film in the form of splashes is carried away into the interdigital space of the apparatus. The described phenomena contribute to the emergence of a developed contact surface of the phases, intensive heat and mass transfer.

Благодар тому, что высокие скорости газа воздействуют на пленку жидкости лишь в контактных элементах , сопротивление.аппарата не вьпие, чем у известного.Due to the fact that high gas velocities affect the liquid film only in the contact elements, the resistance of the device is not greater than that of the known.

Claims

Invention Formula

A heat and mass transfer apparatus that includes a housing inside which is placed a tubular heat exchanger equipped with plates with contact elements in the form of Venturi tubes, distribution chambers for the input and output of liquid and gas, the contact elements are installed coaxially with heat exchange pipes, and diffusers are made

integrally with the base of the plate, characterized in that, in order to increase the efficiency of heat and mass transfer by turbulizing a flowing liquid film by a coherent gas flow and a pulsating supply of liquid, the confusors are installed in recesses of the base made in the form of tides protruding over the plate, the inner cone-shaped surface of which consists of annular channels with the confuser surface, the inlet of which is formed by the upper edges of the confuser bent to the plate and the body of the tide, and the outlet is placed in the neck e contact element.

21

five./

25 / Heat carrier

Liquid

"

23

26 heat carrier

23

12

.2