RU198655U1 - Packing for heat and mass transfer processes - Google Patents

Abstract

Предлагаемое техническое решение относится к насадкам, применяемым в колонных аппаратах, прежде всего для проведения тепло- и массообменных процессов ректификации и может найти применение в химической, нефтехимической, энергетической, металлургической, пищевой, фармакологической и других отраслях промышленности, а также в экологических процессах разделения нефтешламов, отработанных растворов углеводородов, растворителей и других веществ для их разделения и очистки на молекулярном уровне.Техническим результатом предлагаемой конструкции насадки для тепло- и массообменных процессов ректификации является увеличение производительности.Технический результат достигается тем, что насадка для тепло- и массообменных процессов, выполненная в виде расположенных одно внутри другого и соединенных на верхней торцевой части посредством двух пружин тел, имеющих форму цилиндрических поверхностей, и внутреннее тело расположено на расстоянии от наружного тела вращения, выполненного в виде колец Рашига, и соединены на торцовых частях посредством не менее двух пружин, а отношение наружного диаметра внутреннего тела к внутреннему диаметру кольца Рашига равно 0,7, причем внутреннее тело выполнено свернутым по спирали с зазором.The proposed technical solution refers to packing used in column apparatus, primarily for carrying out heat and mass transfer processes of rectification and can be used in chemical, petrochemical, energy, metallurgical, food, pharmacological and other industries, as well as in environmental processes for separating oil sludge. , spent solutions of hydrocarbons, solvents and other substances for their separation and purification at the molecular level. The technical result of the proposed design of the packing for heat and mass transfer processes of rectification is an increase in productivity. The technical result is achieved by the fact that the packing for heat and mass transfer processes, made in the form of bodies located one inside the other and connected on the upper end part by means of two springs having the shape of cylindrical surfaces, and the inner body is located at a distance from the outer body of revolution, made in the form of Raschig rings, and are connected at the end parts by at least two springs, and the ratio of the outer diameter of the inner body to the inner diameter of the Raschig ring is 0.7, and the inner body is made coiled in a spiral with a gap.

Description

Предлагаемое техническое решение относится к насадкам, применяемых в колонных аппаратах, прежде всего для проведения тепло- и массообменных процессов ректификации и может найти применение в химической, нефтехимической, энергетической, металлургической, пищевой, фармакологической и других отраслях промышленности, а также в экологических процессах разделения нефтешламов, отработанных растворов углеводородов, растворителей и других веществ для их разделения и очистки на молекулярном уровне.The proposed technical solution refers to packing used in column apparatus, primarily for carrying out heat and mass transfer processes of rectification and can be used in chemical, petrochemical, energy, metallurgical, food, pharmacological and other industries, as well as in environmental processes for separating oil sludge. , waste solutions of hydrocarbons, solvents and other substances for their separation and purification at the molecular level.

Известна насадка для тепло- и массообменных процессов, выполненная в виде расположенных одно внутри другого тел вращения из спиральной полосы, оба тела вращения имеют идентичную форму и выполнены в виде коаксиальных цилиндрических поверхностей, причем внутреннее тело вращения расположено на расстоянии от наружного тела вращения, а высота внутреннего и наружного тел вращения одинаковая (авторское свидетельство СССР №701675, МПК B01D 53/20, 05.12.1979 г.).Known nozzle for heat and mass transfer processes, made in the form of bodies of revolution located one inside the other from a spiral strip, both bodies of revolution have an identical shape and are made in the form of coaxial cylindrical surfaces, and the inner body of revolution is located at a distance from the outer body of revolution, and the height the inner and outer bodies of revolution are the same (USSR author's certificate No. 701675, IPC B01D 53/20, 05.12.1979).

К недостаткам этой насадки относится недостаточное увеличение поверхности контакта фаз из-за выполнения обоих тел вращения из спиральной полосы, а также невозможности совершать колебания из-за жесткого соединения внешнего в внутреннего тел вращения друг с другом, что уменьшает интенсивность тепло- и массообменных процессов и приводит к снижению производительности.The disadvantages of this packing include an insufficient increase in the contact surface of the phases due to the execution of both bodies of revolution from a spiral strip, as well as the impossibility of vibrating due to the rigid connection of the external to the internal bodies of rotation with each other, which reduces the intensity of heat and mass transfer processes and leads decrease in productivity.

Известна прозорная (щелевая) насадка, состоящая из опорной крестовины и насадки, причем насадка выполнена в виде спирали (Сокол Б.А., Чернышев А.К. и др. Насадки массообменных колонн. – М., 2009, 358с.).Known transparent (slotted) packing, consisting of a support cross and a packing, and the packing is made in the form of a spiral (Sokol BA, Chernyshev AK and others. Packing of mass transfer columns. - M., 2009, 358s.).

Недостатком данной прозорной насадки является невозможность проведения барботажа на самой поверхности насадки, что снижает производительность.The disadvantage of this transparent nozzle is the impossibility of bubbling on the very surface of the nozzle, which reduces productivity.

Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявленному объекту и принятому за прототип является насадка для тепло- и массообменных процессов, выполненная в виде расположенных одно внутри другого и соединенных тел вращения, имеющих форму цилиндрических поверхностей, и внутреннее тело вращения расположено на расстоянии от наружного тела вращения, при этом тела вращения выполнены в виде колец Рашига и соединены на торцовых частях посредством не менее двух пружин, а отношение наружного диаметра внутреннего кольца равно 0,7, а отношение их высот лежит в пределах:The closest technical solution in terms of a set of features to the declared object and taken as a prototype is a nozzle for heat and mass transfer processes, made in the form of bodies of revolution located one inside the other and having the shape of cylindrical surfaces, and the inner body of revolution is located at a distance from the outer body rotation, while the bodies of revolution are made in the form of Raschig rings and are connected at the end parts by at least two springs, and the ratio of the outer diameter of the inner ring is 0.7, and the ratio of their heights lies within:

где h и H – соответственно высоты внутреннего и наружного колец (Описание полезной модели к патенту РФ №148733, В01J 19/00, 2014 г.).where h and H are the heights of the inner and outer rings, respectively (Description of the utility model to the RF patent No. 148733, B01J 19/00, 2014).

К недостаткам этой конструкции относится недостаточная поверхность обоих тел вращения, выполненных в виде колец Рашига, что не позволяет интенсивно проводить на поверхности контакта фаз тепло- и массопередачу между паром и жидкостью, а значит снижает производительность по этому компоненту и всей конструкции в целом.The disadvantages of this design include the insufficient surface of both bodies of revolution made in the form of Raschig rings, which does not allow intensive heat and mass transfer between the vapor and liquid on the contact surface of the phases, and therefore reduces the performance for this component and the entire structure as a whole.

Техническим результатом предлагаемой конструкции насадки для тепло- и массообменных процессов ректификации является увеличение производительности.The technical result of the proposed design of packing for heat and mass transfer processes of rectification is to increase productivity.

Технический результат достигается тем, что насадка для тепло- и массообменных процессов, выполненная в виде расположенных одно внутри другого и соединенных на верхней торцевой части посредством двух пружин тел, имеющих форму цилиндрических поверхностей, и внутреннее тело расположено на расстоянии от наружного тела вращения, выполненного в виде колец Рашига, и соединены на торцовых частях посредством не менее двух пружин, а отношение наружного диаметра внутреннего тела к внутреннему диаметру кольца Рашига равно 0,7, а отношение их высот лежит в пределах:The technical result is achieved in that the nozzle for heat and mass transfer processes, made in the form of bodies located one inside the other and connected on the upper end part by means of two springs of bodies having the shape of cylindrical surfaces, and the inner body is located at a distance from the outer body of revolution, made in in the form of Raschig rings, and are connected at the end parts by at least two springs, and the ratio of the outer diameter of the inner body to the inner diameter of the Raschig ring is 0.7, and the ratio of their heights lies within:

(1)

(1)

где h и H – соответственно высоты внутреннего тела и кольца Рашига, мм, причем внутреннее тело выполнено свернутым по спирали с зазором, определяемым выражением:where h and H are, respectively, the heights of the inner body and the Raschig ring, mm, and the inner body is made coiled in a spiral with a gap determined by the expression:

∆=(0,08

0,12)d, (2)∆ = (0.08

0.12) d, (2)

где ∆ - зазор между витками спирали внутреннего тела, мм;where ∆ is the gap between the turns of the spiral of the inner body, mm;

d – наружный диаметр внутреннего тела, мм.d is the outer diameter of the inner body, mm.

Выполнение внутреннего тела свернутым по спирали с зазором в пределах, соответствующих выражению (2), позволит увеличить поверхность контакта фаз, что способствует увеличению скорости тепло- и массопередачи, а значит и производительности.The execution of the inner body coiled in a spiral with a gap within the limits corresponding to expression (2), will increase the contact surface of the phases, which contributes to an increase in the rate of heat and mass transfer, and hence productivity.

Уменьшение нижнего предела соотношения (2) увеличивает гидравлическое сопротивление, вызывает неравномерность орошения жидкостью и скорости газа внутри витков спирали внутреннего тела, что снижает поверхность тепло- и масообмена, а значит и производительность.A decrease in the lower limit of the ratio (2) increases the hydraulic resistance, causes uneven irrigation with liquid and the gas velocity inside the turns of the spiral of the inner body, which reduces the surface of heat and mass exchange, and therefore productivity.

Увеличение верхнего предела соотношения (2) уменьшает число витков спирали внутреннего тела, а значит поверхность, что также снижает производительность.An increase in the upper limit of the ratio (2) reduces the number of turns of the spiral of the inner body, which means the surface, which also reduces productivity.

На фиг. 1 в разрезе изображено кольцо Рашига с внутренним телом, выполненным свернутым по спирали, на фиг.2 изображен вид сверху на насадку.FIG. 1 in section shows a Raschig ring with an internal body made coiled in a spiral, figure 2 shows a top view of the nozzle.

Насадка для тепло- и массообменных процессов состоит из наружного тела вращение в виде кольца Рашига 1 с внутренним диаметром D и высотой H и внутреннего тела 2, выполненного свернутым по спирали с наружным диаметром d и высотой h, с зазором между витками ∆, подчиняющимся выражению (2). Отношение наружного диаметра d внутреннего тела 2 к внутреннему диаметру D кольца Рашига 1 равно 0,7, а отношение их высот подчиняется условию (1). Верхние торцы обоих тел 1 и 2 соединены между собой двумя пружинами 3. Насадка может укладываться в навал внутри аппарата или упорядоченно в ряды. Торцы наружных тел – колец Рашига 1 – не взаимодействуют с торцами внутренних тел 2, и последние могут свободно колебаться на пружинах 3 внутри колец Рашига 1.The nozzle for heat and mass transfer processes consists of an outer body rotating in the form of a Raschig ring 1 with an inner diameter D and a height H and an inner body 2 made coiled in a spiral with an outer diameter d and height h, with a gap between the loops ∆ obeying the expression ( 2). The ratio of the outer diameter d of the inner body 2 to the inner diameter D of the Raschig ring 1 is 0.7, and the ratio of their heights obeys condition (1). The upper ends of both bodies 1 and 2 are interconnected by two springs 3. The nozzle can be stacked inside the apparatus or ordered in rows. The ends of the outer bodies - Raschig rings 1 - do not interact with the ends of the inner bodies 2, and the latter can freely oscillate on springs 3 inside the Raschig rings 1.

Насадка для тепло- и массообменных процессов работает следующим образом. The packing for heat and mass transfer processes works as follows.

Насадка засыпается в навал или устанавливается в ряды внутри аппарата. Сверху насадка орошается жидкостью, а снизу подается газ. Под действием потока газа каждое внутреннее тело 2, свернутое по спирали, совершает колебания, которые передаются стекающей по нему пленке жидкости, тем самым увеличивая скорость ее течения по насадке и площадь поверхность. Это обстоятельство приводит к интенсификации тепло- и массообмена на границе раздела фаз газа и жидкости, а значит и к увеличению производительности тепло- и массообменных процессов в целом. Так как высота h внутреннего тела 2 меньше высоты H наружного кольца Рашига 1, и отношение этих высот соответствует условию (1), то смежные торцы наружного кольца Рашига 1 не соприкасаются с торцами внутреннего тела 2, выполненного свернутым по спирали, позволяя ему под действием потока газа совершать свободные колебания с высокой амплитудой. Это обстоятельство приводит к еще большему увеличению производительности тепло- и массообменных процессов. Механическую прочность предлагаемой насадки обеспечивают наружные кольца Рашига 1. Кроме того, при заявленном отношении наружного диаметра d внутреннего тела 2 к внутреннему диаметру D наружного кольца Рашига 1 равного 0,7, площади g внутреннего тела 2 и кольцевого зазора между наружным кольцом Рашига 1 и внутренним телом 2 равны, что обеспечивает одинаковые скорости газового и жидкостного потоков в этих сечениях, предотвращает образование застойных зон и увеличивает производительность тепло- и массообменных процессов в целом.The nozzle is poured into a bulk or installed in rows inside the apparatus. The top is sprayed with liquid, and the bottom is supplied with gas. Under the action of the gas flow, each internal body 2, coiled in a spiral, makes vibrations, which are transmitted to the liquid film flowing down it, thereby increasing the speed of its flow along the nozzle and the surface area. This circumstance leads to the intensification of heat and mass transfer at the interface between the phases of gas and liquid, and hence to an increase in the productivity of heat and mass transfer processes in general. Since the height h of the inner body 2 is less than the height H of the outer ring of Raschig 1, and the ratio of these heights corresponds to condition (1), then the adjacent ends of the outer ring of Raschig 1 do not come into contact with the ends of the inner body 2, made coiled in a spiral, allowing it under the action of the flow gas to make free vibrations with high amplitude. This circumstance leads to an even greater increase in the productivity of heat and mass transfer processes. The mechanical strength of the proposed packing is provided by the outer Raschig rings 1. In addition, with the declared ratio of the outer diameter d of the inner body 2 to the inner diameter D of the outer Raschig ring 1 equal to 0.7, the area g of the inner body 2 and the annular gap between the outer Raschig ring 1 and the inner body 2 are equal, which ensures the same velocity of gas and liquid flows in these sections, prevents the formation of stagnant zones and increases the productivity of heat and mass transfer processes in general.

Таким образом, изготовление наружного кольца Рашига 1 вместе с внутренним телом 2, выполненным свернутым по спирали, с зазором между витками, определяемым выражением (2), приводит к увеличению поверхности тепло- массопередачи предлагаемой конструкции, а также упросщает в изготовлении саму конструкцию, что способствует увеличению производительности.Thus, the manufacture of the outer Raschig ring 1 together with the inner body 2, made coiled in a spiral, with a gap between the turns determined by expression (2), leads to an increase in the surface of heat and mass transfer of the proposed design, and also simplifies the design itself, which contributes to increased productivity.

Claims (7)

Насадка для тепло- и массообменных процессов, выполненная в виде расположенных одно внутри другого и соединенных на верхней торцевой части посредством двух пружин тел, имеющих форму цилиндрических поверхностей, и внутреннее тело расположено на расстоянии от наружного тела вращения, выполненного в виде колец Рашига, и соединены на торцовых частях посредством не менее двух пружин, а отношение наружного диаметра внутреннего тела к внутреннему диаметру кольца Рашига равно 0,7, а отношение их высот лежит в пределах:A nozzle for heat and mass transfer processes, made in the form of bodies located one inside the other and connected on the upper end part by means of two springs, bodies having the shape of cylindrical surfaces, and the inner body is located at a distance from the outer body of revolution, made in the form of Raschig rings, and connected on the end parts by means of at least two springs, and the ratio of the outer diameter of the inner body to the inner diameter of the Raschig ring is 0.7, and the ratio of their heights lies within:

где h и H – соответственно высоты внутреннего тела и кольца Рашига, мм,where h and H are respectively the heights of the inner body and the Raschig ring, mm, отличающаяся тем, что внутреннее тело выполнено свернутым по спирали с зазором, определяемым выражением:characterized in that the inner body is made coiled in a spiral with a gap defined by the expression: ∆=(0,08

0,12)d,∆ = (0.08

0.12) d, где ∆ - зазор между витками спирали внутреннего тела, мм;where ∆ is the gap between the turns of the spiral of the inner body, mm; d – наружный диаметр внутреннего тела, мм.d is the outer diameter of the inner body, mm.

Images