SU858855A1

SU858855A1 - Heat mass exchange apparatus

Info

Publication number: SU858855A1
Application number: SU792856528A
Authority: SU
Inventors: Валерий Арнольдович Вальдман; Галина Михайловна Мелешкина; Анатолий Захарович Приходько; Тамара Алексеевна Смычагина
Original assignee: Краснодарский политехнический институт
Priority date: 1979-12-21
Filing date: 1979-12-21
Publication date: 1981-08-30

Description

(54) МАССОТЕПЛООБМЕННЫЙ АППАРАТ(54) MASS HEAT EXCHANGE DEVICE

1one

Изобретение относитс к химическому и пищевому аппаратостроению, а более конкретно к массотеплообменным аппаратам дл контактировани газопарожидкостных систем с подводом и отводом тепла в зону контакта через стенку в процессах неадиабатической ректификации и абсорбции.The invention relates to chemical and food engineering, and more specifically to mass transfer heat exchangers for contacting gas-vapor-liquid systems with heat supply and removal to the contact zone through the wall in non-adiabatic rectification and absorption processes.

Известен массотеплообменный аппарат, содержащий цилиндрический корпус, снабженный по высоте вертикальными трубами, выполненными с меньшими диаметрами и соединенными коническими перекочниками с трубами больших диаметров 1.Known mass transfer apparatus containing a cylindrical body, provided with a height of vertical pipes, made with smaller diameters and connected by conical perekhochniki with large diameter pipes 1.

Недостатком известного аппарата вл ютс малоинтенсивные межфазный перенос и теплопередача при небольших нагрузках по газу (пару).A disadvantage of the known apparatus is low-intensity interfacial transfer and heat transfer with low gas loads (steam).

Наиболее близким к предлагаемому аппарату вл етс массотеплообменный аппарат , содержащий цилиндрический корпус, секционированный по высоте дисками с отверсти ми , н вертикальные трубы дл циркул ции теплоносител , установленные коаксиально в отверсти х дисков с кольцевыми зазорами дл прохода газа (пара) и жидкости 21.Closest to the proposed apparatus is a mass transfer apparatus comprising a cylindrical body partitioned in height by disks with holes, and vertical pipes for circulating the coolant installed coaxially in the holes of disks with annular gaps for the passage of gas (vapor) and liquid 21.

Недостатком этого аппарата вл етс снижение интенсивности межфазного массопереноса и теплопередачи при малой, скорости газа (пара), когда подпор газовым (паровым) потоком недостаточен дл задержки жидкости на дисках, при этом жидкость полностью протекает через кольцевые зазоры на нижерасположенные контактные ступени. При истечении потока жидкости из кольцевых зазоров происходит его деформаци и дробление с образованием пленок, струй и одиночных ка10 пель. Теплопередача осушествл етс , в основном , между пленками, стекающими вниз по наружным стенкам труб, и теплоносителем , циркулирующим внутри них; струи и капли оказываютс оторванными от основ15 ного течени потока и их участие в теплопередаче носит случайный характер. Восход щий поток газа (пара) соприкасаетс с пленками жидкости более длительное врем , поэтому межфазный массоперенос в пленках вл етс определ ющим; струи и капли The disadvantage of this device is to reduce the intensity of interfacial mass transfer and heat transfer at low gas (steam) speed, when the backwater gas (vapor) flow is not sufficient to retain the fluid on the disks, while the fluid completely flows through the annular gaps to the downstream contact steps. When the flow of fluid from the annular gaps expires, it is deformed and crushed to form films, jets and single cables. Heat transfer occurs mainly between the films flowing down the outer walls of the pipes and the coolant circulating inside them; jets and drops are detached from the main flow stream and their participation in heat transfer is random. The upward flow of gas (vapor) is in contact with the liquid films for a longer time, so the interfacial mass transfer in the films is decisive; jets and drops

20 в межтрубном пространстве, по существу, не участвуют в массопередаче между газом (паром) и жидкостью, что снижает общую20 in the annular space, in essence, do not participate in the mass transfer between gas (vapor) and liquid, which reduces the overall

эффективность массотеплообменного аппарата .the effectiveness of mass transfer apparatus.

Цель изобретени - повышение эффективности межфазного массопереноса и теплопередачи за счет увеличени поверхности и времени контакта фаз.The purpose of the invention is to increase the efficiency of interfacial mass transfer and heat transfer by increasing the surface and the contact time of the phases.

Указанна цель достигаетс тем, что аппарат, содержащий цилиндрический корпус , секционированный по высоте дисками выполненными с отверсти ми и вертикальные трубы, коаксиально установленные в отверсти х дисков на рассто нии относительно их кромок, снабжен соосно расположенными перегородками и воронкообразными элементами, при этом воронкообразные элементы расположены снаружи труб, снабжены пружинными хомутиками и резьбовыми ст жками, а перегородки расположены между трубами и воронкообразными элементами .This goal is achieved by the fact that the apparatus comprising a cylindrical body partitioned in height by disks made with holes and vertical pipes coaxially mounted in the holes of the disks at a distance relative to their edges are provided with coaxially arranged partitions and funnel-shaped elements, while the funnel-shaped elements are located outside the pipes, provided with spring clips and threaded fasteners, and partitions are located between the pipes and funnel-shaped elements.

Целесообразно трубы в зоне между перегородками выполн ть с большим сечением .It is advisable to perform the pipes in the zone between the partitions with a large cross section.

На фиг. 1 изображен аппарат, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 2.FIG. 1 shows the apparatus, a longitudinal section; in fig. 2 shows section A-A in FIG. one; in fig. 3 shows a section BB in FIG. 2

Массотеплообменный аппарат содержит цилиндрический корпус 1, секционированный по высоте дисками 2, выполненными с отверсти ми, и вертикальные трубы 3, которые установлены коаксиально в отверсти х (перфорации), образу кольцевые зазоры 4. Трубы имеют переменный профиль , наружный диаметр утолшенных участков 5 меньше, чем диаметр отверстий дисков . На утолшенных участках труб закреплены попарно, с интервалом перегородки 6 с отверсти ми 7; обшее сечение отверстий в верхних перегородках несколько больше, чем в нижних. Щелевые перегородки охватываютс снаружи разъемными воронкообразными элементами 8 при помощи пружинных хомутиков 9 с резьбовыми ст жками 10.The mass and heat exchange apparatus contains a cylindrical body 1, partitioned in height by disks 2 made with holes, and vertical pipes 3, which are installed coaxially in the holes (perforations) to form annular gaps 4. The pipes have a variable profile, the outer diameter of thickened sections 5 is smaller, than the diameter of the holes of the disks. On the thickened pipe sections, they are fixed in pairs, with an interval of a partition 6 with holes 7; The total cross-section of the holes in the upper partitions is somewhat larger than in the lower ones. The slit partitions are covered from the outside by split funnel-shaped elements 8 by means of spring clamps 9 with threaded fasteners 10.

Массотеплообменный аппарат работает следующим образом.Mass transfer apparatus operates as follows.

Газ (пар) подают вниз аппарата, а жидкость сверху. Цоскольку аппарат не имеет переливных устройств, (газ) пар) и жидкость проход т противотоками на соседние контактные ступени через одни и те же кольцевые зазоры 4. При малой скорости газа (пара) жидкость не задерживаетс на дисках 2, а полностью протекает через кольцевые зазоры,при этом диспергируетс с образованием пленок, струй и одиночных капель. Пленки стекают по наружным поверхност м вертикальных труб 3 и конусным переходом утолщенных участков 5 на верхние щелевые перегородки 6. Струи и одиночные капли при истечении вниз улавливаютс , в основном, первым русом воронкообразных элементов 8 и перетекаютGas (steam) is fed down the apparatus, and the liquid on top. The apparatus does not have overflow devices, (gas) vapor) and the liquid passes countercurrent to adjacent contact stages through the same annular gaps 4. At low gas (vapor) speeds, the liquid does not retain on the disks 2, but completely flows through the annular gaps while dispersed to form films, jets and single drops. The films flow down the outer surfaces of the vertical pipes 3 and the conical transition of the thickened sections 5 to the upper slit partitions 6. The jets and single drops, when flowing down, are mainly caught by the first fairing of the funnel-shaped elements 8 and flow

в одном и том же потоке с пленками через отверсти 7 верхних перегородок в кольцевые полости между трубами и элементами; затем жидкость проваливаетс черезin the same flow with films through the openings 7 of the upper partitions into the annular cavities between the pipes and the elements; then the fluid falls through

щели нижних перегородок,течет вдоль переходов труб с обратным конусом и сливаетс в полости элементов нижерасположенного руса. Поток газа (пара) поднимаетс вверх в межтрубном пространстве, многократно огибает трубы с элементами, взаимодейству с жидкостью вблизи стенок труб; дл отвода (подвода) тепла внутри труб цирклирует теплоноситель (хладагент); теплопередача осуществл етс через стенки труб.the slits of the lower partitions flow along pipe transitions with a reverse cone and merge into the cavities of the elements of the underlying Rus. The gas flow (steam) rises up in the annular space, repeatedly rounds the pipes with elements, interacting with the liquid near the walls of the pipes; to remove (supply) heat inside the tubes, coolant (coolant) circulates; heat transfer takes place through pipe walls.

Повышение эффективности процесса теплопередачи происходит за счет улучшени гидродинамических условий контакта между жидкостью и поверхност ми теплосъема; струи и одиночные капли улавливаютс воронкообразными элементами и стекают вImproving the efficiency of the heat transfer process is due to the improvement of the hydrodynamic conditions of contact between the liquid and the heat removal surfaces; jets and single drops are captured by funnel-shaped elements and flow into

одном и том же потоке с пленками по оребренным поверхност м, сформированным из вертикальных труб переменного профил и горизонтальных кольцевых перегородок на утолщенных участках, следовательно, наthe same flow with films along the orebranny surfaces formed from vertical pipes of variable profile and horizontal ring partitions in thickened areas, therefore, on

каждой контактной ступени происходит теплопередача между всей стекающей вниз жидкостью и высокоразвитыми поверхност ми теплосъема. Переменный профиль труб улучшает гидравлические услови теплоотдачи со стороны теплоносител (хладагента ) за счет возникаюших турбулентных пульсаций в пограничном слое, прилегающем к внутренним стенкам труб, при этом увеличиваетс общий коэффициент теплопередачи .at each contact stage, heat transfer occurs between the entire liquid flowing downward and highly developed heat removal surfaces. The variable profile of the pipes improves the hydraulic conditions of heat transfer from the coolant (coolant) side due to the occurring turbulent pulsations in the boundary layer adjacent to the inner walls of the tubes, thus increasing the overall heat transfer coefficient.

В аппарате расщир етс зона межфазного массопереноса вдоль развитой поверхности теплосъема благодар многократной задержки жидкости в кольцевых полост х, возникающей при уменьшенном общем сечении щелей в нижних перегородках; задержка жидкости улучшает гидравлические услови взаимодействи фаз и способствует повыщению эффективности массопереноса. Таким образом, в предлагаемом массотеплообменном аппарате создаютс более благопри тные услови дл улучшени теплопередачи между жидкостью и теплоносителем , что одновременно повышает и эффективность массопереноса между газом (паром ) и жидкостью.In the apparatus, the zone of interfacial mass transfer along the developed heat removal surface is lined up due to multiple fluid retention in the annular cavities, which occurs with a reduced total cross section of the slots in the lower partitions; fluid retention improves the hydraulic conditions of phase interaction and contributes to an increase in mass transfer efficiency. Thus, in the proposed mass transfer apparatus, more favorable conditions are created for improving heat transfer between the liquid and the coolant, which simultaneously increases the mass transfer efficiency between the gas (vapor) and the liquid.

ПредлагаемыйМассотеплообменныйProposed Mass and Heat Exchange

аппарат имеет технико-экономические преимущества перед известным.the device has technical and economic advantages over the known.

Проведены технологические испытани лабораторной модели абсорбера 200 мм и высотой 1,8 м, в котором были размещены контактные ступени, выполненные конструктивно в соответствии с предложением авторов; исследовали процесс абсорбции аммиака водой.Technological tests of the laboratory model of the absorber 200 mm and a height of 1.8 m were carried out, in which contact steps were placed, which were made constructively in accordance with the proposal of the authors; investigated the absorption of ammonia by water.

Сравнива результаты испытаний предлагаемого массотеплообменного аппарата с имеющимис данными по изучению эффективности работы прототипа, установлено, что средний коэффициент теплопередачи между жидкостью в двухфазной системе и хладагентом (водой) возрастает в 1,4 раза, а повышение эффективности массопереноса между газом и жидкостью составл ет 30%. На основе предварительных расчетов ожидаема экономическа эффективность от внедрени промышленного абсорбера составит 35 тыс. руб. в год.Comparing the test results of the proposed mass transfer apparatus with the available data on the study of the efficiency of the prototype, it was found that the average heat transfer coefficient between the liquid in a two-phase system and the refrigerant (water) increases 1.4 times, and the increase in mass transfer efficiency between gas and liquid is 30% . On the basis of preliminary calculations, the expected economic efficiency from the introduction of an industrial absorber will be 35 thousand rubles. in year.

Claims

Invention Formula

. A mass and heat exchange apparatus containing a cylindrical body partitioned in height by disks made with holes and vertical pipes coaxially mounted in the holes of the disks at a distance from their edges, characterized in that in order to increase the efficiency of interfacial mass transfer and heat transfer by increasing the surface and the time of contact of the phases, it is equipped with coaxially located foothills and funnel-shaped elements, while the funnel-shaped elements are located outside the pipes, equipped with zhinnymi clamps and threaded tie rods and partitions are apertured and disposed between the pipe and the funnel-shaped elements.

2. Mass heat exchanger according to claim 1, characterized in that the pipes in the zone between the partitions are made with a large cross section.

Sources of information taken into account during the examination 1. USSR Author's Certificate No. 482181. class. On 01 D 53/20, 1973.

p 2. “Chemical Industry, 1966, No. 3, p. 178-181.

(Rig.1

eight

(rig 2

5 B

ten

(rig. 3