RU2456070C2

RU2456070C2 - Regular packing for heat-and-mass exchange apparatuses

Info

Publication number: RU2456070C2
Application number: RU2010139816/05A
Authority: RU
Inventors: Антон Александрович Харитонов (RU); Антон Александрович Харитонов; Александр Сергеевич Пушнов (RU); Александр Сергеевич Пушнов; Михаил Георгиевич Лагуткин (RU); Михаил Георгиевич Лагуткин
Priority date: 2010-09-29
Filing date: 2010-09-29
Publication date: 2012-07-20
Also published as: RU2010139816A

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to regular packings to be used in various industries. Regular packing consists of contact packs 1 arranged spaced apart along apparatus height and made up of corrugated sheets 2 mounted vertically and in parallel to stay in contact by extending crimps 3 so that free channels 4 are formed. Sets of spacings 6 are fitted between said contact packs and made up of bulk elements arranged in rows. Every said bulk element represents triangular prism 8 with two convex top faces and concave bottom face. Prism lattice surface features identical-shape holes with free area. Height of aforesaid packs 1 relates to that of set of spacings 6 as 2:1. Total height of said set makes, at least, two rows of prisms turned through 90° in adjacent rows. Corrugated sheets 2 of adjacent contact packs are turned through 60-120° relative to each other in horizontal plane.

EFFECT: higher efficiency.

2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к конструкциям регулярных насадок, которые применяются в процессах ректификации, абсорбции, очистки и осушки природного газа, а также в качестве смесителей жидких и газовых потоков, в качестве разделителей фаз в сепарационных устройствах, в качестве контактных элементов в конденсаторах смешения, в качестве оросителей градирен, и может найти применение практически во всех технологических процессах нефтяной, газовой, химической и других смежных отраслях промышленности.The invention relates to designs of regular nozzles that are used in the processes of rectification, absorption, purification and drying of natural gas, as well as liquid and gas flow mixers, as phase separators in separation devices, as contact elements in mixing condensers, as irrigators cooling towers, and can find application in almost all technological processes in the oil, gas, chemical and other related industries.

Известна регулярная насадка фирмы «Глитч» (патент EP 0130745: F28F 25/08, B01D 53/18, F28C 1/02 от 21.06.84), которая выполнена из вертикально установленных гофрированных листов, соприкасающихся выступающими гофрами друг с другом. Гофры соседних соприкасающихся друг с другом листов выполнены по диагонали в противоположных направлениях. Листы выполнены с отверстиями или просечками в виде арок, отогнутых треугольников, прямоугольников или четырехлистников, расположенными на сторонах гофр.Known regular nozzle company "Glitch" (patent EP 0130745: F28F 25/08, B01D 53/18, F28C 1/02 from 06.21.84), which is made of vertically mounted corrugated sheets in contact with the protruding corrugations with each other. The corrugations of adjacent sheets in contact with each other are made diagonally in opposite directions. The sheets are made with holes or perforations in the form of arches, bent triangles, rectangles or four-leaves, located on the sides of the corrugations.

Известна регулярная насадка фирмы «Зульцер» (патент США №4643853: 261-112 от 17.02.87), которая выполнена из вертикально установленных гофрированных листов, соприкасающихся выступающими гофрами друг с другом. Гофры на каждом из листов расположены по диагонали и выполнены с отверстиями или насечками вдоль или поперек гофр.Known regular nozzle company "Sulzer" (US patent No. 4643853: 261-112 from 02.17.87), which is made of vertically mounted corrugated sheets in contact with the protruding corrugations with each other. The corrugations on each sheet are located diagonally and are made with holes or notches along or across the corrugations.

Недостатком таких насадок является то, что они недостаточно эффективно обеспечивают равномерное распределение газовых и жидкостных потоков по поперечному сечению аппарата.The disadvantage of such nozzles is that they are not efficient enough to ensure uniform distribution of gas and liquid flows over the cross section of the apparatus.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является регулярная насадка, (патент RU №2.300419, B01J 19/32, 25.10.2005), состоящая из расположенных с промежутками по высоте аппарата контактных пакетов, собранных из гофрированных листов, установленных вертикально и параллельно с наклоном гофр соседних листов под углом к горизонту в противоположные стороны, соприкасающихся выступающими гофрами друг с другом и образующих между собой свободные каналы сложной геометрической формы, и размещенных в промежутках по высоте между контактными пакетами блоков проставок. Блоки проставок выполнены в виде горизонтально уложенных в ряды параллельно друг другу объемных элементов, причем оси симметрии элементов, лежащих в соседних по высоте рядах, взаимно перпендикулярны, а общая высота блока проставок находится в пределах 1,0-4,0 эквивалентных диаметров одного элемента, при этом отношение высоты пакета из гофрированных листов к высоте блока проставки находится в пределах 2-5.Closest to the proposed invention is a regular nozzle, (patent RU No. 2.300419, B01J 19/32, 10.25.2005), consisting of contact packets arranged at intervals along the height of the apparatus, assembled from corrugated sheets installed vertically and parallel to the slope of the corrugations of adjacent sheets at an angle to the horizon in opposite directions, in contact with the protruding corrugations with each other and forming free channels of complex geometric shape, and placed in intervals in height between the contact packages of the blocks rostavok. The blocks of spacers are made in the form of volumetric elements horizontally stacked parallel to each other, and the axis of symmetry of the elements lying in rows adjacent in height are mutually perpendicular, and the total height of the block of spacers is in the range of 1.0-4.0 equivalent diameters of one element, the ratio of the height of the package of corrugated sheets to the height of the spacer block is in the range of 2-5.

К недостаткам этой конструкции относится отсутствие перемешивания и турбулизации газовых и жидкостных потоков внутри контактных пакетов насадки, что снижает увеличение эффективности тепло- и массообменных процессов.The disadvantages of this design include the lack of mixing and turbulization of gas and liquid flows inside the contact packages of the nozzle, which reduces the increase in the efficiency of heat and mass transfer processes.

Также недостатком известных конструкций насадок является то, что их наибольшая тепло- и/или массообменная эффективность проявляется при проведении определенных технологических процессов, что ограничивает область их применения.Another disadvantage of the known designs of nozzles is that their greatest heat and / or mass transfer efficiency is manifested during certain technological processes, which limits the scope of their application.

Задача изобретения: повысить интенсивность процессов тепло- и массообмена за счет:The objective of the invention: to increase the intensity of the processes of heat and mass transfer due to:

- турбулизации газовых потоков разрыва пленки жидкости в структуре объемных решетчатых призм проставки и создания дополнительной пленочно-капельной зоны контакта фаз;- turbulization of gas flows of rupture of a liquid film in the structure of volume lattice prisms of the spacer and the creation of an additional film-drop phase contact zone;

- перераспределения и поперечного перемешивания жидкости, поступающей из каналов пакета из гофрированных листов, с помощью ее дополнительного горизонтального перемещения в блоке проставки.- redistribution and transverse mixing of the liquid coming from the channels of the package of corrugated sheets, using its additional horizontal movement in the block spacers.

Технический результат, который может быть получен при использовании данного изобретения, заключается в достижении турбулизации потоков газа на входе в пакет регулярной насадки из гофрированных листов, разрыве пленки жидкости, получении дополнительной пленочно-капельной области взаимодействия газовой и жидкой фаз, достижении перемешивания жидкостных потоков в поперечном сечении аппарата перед входом в нижерасположенный пакет регулярной насадки из гофрированных листов и, как следствие, в повышении тепло- и массообменной эффективности известных регулярных насадок массообменных аппаратов и оросительных устройств градирен, а также в расширении сферы применения насадки.The technical result that can be obtained by using the present invention is to achieve turbulization of gas flows at the inlet of a packet of regular packing from corrugated sheets, rupture of a liquid film, obtaining an additional film-droplet region of interaction of gas and liquid phases, achieving mixing of the liquid flows in the transverse cross-section of the apparatus before entering the downstream package of regular packing from corrugated sheets and, as a result, in increasing heat and mass transfer efficiency and known regular nozzles of mass transfer apparatus and cooling tower irrigation devices, as well as expanding the scope of application of the nozzle.

Указанный технический результат достигается тем, что в регулярной насадке для тепло- и массообменных аппаратов, состоящей из расположенных с промежутками по высоте аппарата контактных пакетов, собранных из гофрированных листов, установленных вертикально и параллельно друг другу, соприкасающихся выступающими гофрами друг с другом и образующих между собой свободные каналы, и размещенных в промежутках по высоте между контактными пакетами блоков проставок, которые выполнены в виде уложенных в ряды объемных элементов, согласно изобретению каждый объемный элемент выполнен в виде треугольной призмы, у которой две верхние грани выполнены выпуклыми, а нижняя - вогнутой, причем поверхность призмы выполнена решетчатой с отверстиями одинаковой формы и равной площади живого сечения, причем отношение высоты пакетов из гофрированных листов к высоте блока проставок равно 2:1, а общая высота блока проставок составляет по меньшей мере два ряда призм, установленных с поворотом на 90° в соседних рядах.The specified technical result is achieved in that in a regular nozzle for heat and mass transfer apparatus, consisting of contact packets arranged at intervals along the height of the apparatus, assembled from corrugated sheets mounted vertically and parallel to each other, in contact with the protruding corrugations with each other and forming between themselves free channels, and spaced apart in height between the contact packages of the blocks of spacers, which are made in the form of stacked in rows of volume elements, according to the invention Each volumetric element is made in the form of a triangular prism, in which the two upper faces are convex and the lower one is concave, and the surface of the prism is lattice with holes of the same shape and equal living area, and the ratio of the height of the packets of corrugated sheets to the height of the spacer block is 2: 1, and the total height of the block of spacers is at least two rows of prisms installed with a rotation of 90 ° in adjacent rows.

Гофрированные листы соседних по высоте аппарата контактных пакетов выполнены с поворотом в горизонтальной плоскости на угол 60-120° относительно друг друга.The corrugated sheets of the contact packets adjacent in height of the apparatus are rotated in a horizontal plane at an angle of 60-120 ° relative to each other.

На фиг.1 изображена регулярная насадка, снабженная блоком проставки из объемных элементов; на фиг.2 изображен в плане блок проставки из треугольных призм, у которых две верхние грани выполнены выпуклыми, а нижняя - вогнутой; на фиг.3 показан в изометрии объемный решетчатый элемент проставки.Figure 1 shows a regular nozzle equipped with a block spacers of volumetric elements; figure 2 shows in plan a block of spacers of triangular prisms, in which the two upper faces are convex and the bottom is concave; figure 3 shows in isometric volumetric lattice element spacers.

Регулярная насадка для тепло- и массообменных аппаратов, состоящая из расположенных с промежутками по высоте аппарата контактных пакетов 1, собранных из гофрированных листов 2, установленных вертикально и параллельно друг другу, соприкасающихся выступающими гофрами 3 друг с другом и образующих между собой свободные каналы 4, и размещенных в промежутках по высоте аппарата 5 между контактными пакетами 1 блоков проставок 6, которые выполнены в виде уложенных в ряды объемных элементов 7, выполненных в виде треугольной призмы 8, у которой две верхние грани выполнены выпуклыми, а нижняя - вогнутой, причем поверхность призмы 8 выполнена решетчатой с отверстиями одинаковой формы и равной площади живого сечения, причем отношение высоты пакетов 1 из гофрированных листов 2 к высоте блока проставок 6 равно 2:1, а общая высота блока проставок 6 составляет по меньшей мере два ряда призм 8, установленных с поворотом на 90° в соседних рядах.A regular nozzle for heat and mass transfer apparatus, consisting of contact packets 1 arranged at intervals along the height of the apparatus, assembled from corrugated sheets 2 mounted vertically and parallel to each other, in contact with the protruding corrugations 3 with each other and forming free channels 4, and placed in the intervals between the height of the apparatus 5 between the contact packages 1 blocks of spacers 6, which are made in the form of stacked in rows of volumetric elements 7, made in the form of a triangular prism 8, in which two the faces are convex and the bottom is concave, and the surface of prism 8 is lattice with holes of the same shape and equal living area, and the ratio of the height of the packages 1 of the corrugated sheets 2 to the height of the block of spacers 6 is 2: 1, and the total height of the block of spacers 6 comprises at least two rows of prisms 8 mounted rotatable 90 ° in adjacent rows.

Компоновка регулярной насадки в аппарате 8 выполнена так, что гофрированные листы 2 соседних по высоте аппарата 8 контактных пакетов 1 выполнены с поворотом в горизонтальной плоскости на угол 60-120° относительно друг друга.The arrangement of the regular nozzle in the apparatus 8 is made so that the corrugated sheets 2 of the contact packets 1 adjacent to the height of the apparatus 8 are rotated in a horizontal plane by an angle of 60-120 ° relative to each other.

Регулярная насадка работает следующим образом. Жидкая фаза подается на верхний торец пакета 1, собранного из гофрированных листов 2 и стекает по их поверхности в виде тонкой пленки, контактируя с восходящими по свободным каналам 4 пакета 1, образованным взаиморасположением гофрированных листов 2, потоками газа, таким образом, массообмен между жидкостью и газом происходит в пленочном режиме.A regular nozzle works as follows. The liquid phase is fed to the upper end of the package 1, assembled from corrugated sheets 2 and flows down on their surface in the form of a thin film, in contact with ascending through the free channels 4 of the package 1, formed by the relative position of the corrugated sheets 2, gas flows, thus, mass transfer between the liquid and gas occurs in film mode.

Расположение гофр 3 в листах 2 обеспечивает рациональное использование рабочего объема аппарата 5 вследствие увеличенного пути прохождения жидкости и ее перераспределения в местах соприкосновения гофр 3 соседних листов 2 пакета 1.The location of the corrugations 3 in the sheets 2 ensures the rational use of the working volume of the apparatus 5 due to the increased path of the liquid and its redistribution at the points of contact of the corrugations 3 of the adjacent sheets 2 of the package 1.

Пройдя пакет 1 из гофрированных листов 2, жидкость перетекает в блок простаки 6, выполненный, например, из уложенных в ряды с зазором относительно друг друга с поворотом на 90° в соседних рядах. Жидкость равномерно растекается по поверхности объемных решетчатых элементов. Пленки жидкости при этом в объеме проставки разрываются, режим течения жидкости становится пленочно-капельным. Газовый поток в объеме решетчатой проставки турбулизируется.After passing the package 1 from the corrugated sheets 2, the liquid flows into the unit 6, made, for example, from laid in rows with a gap relative to each other with a rotation of 90 ° in adjacent rows. The liquid spreads evenly on the surface of the volumetric lattice elements. In this case, the liquid films break in the volume of the spacer, and the liquid flow regime becomes film-droplet. The gas flow in the volume of the lattice spacer is turbulized.

Размещение проставок между пакетами из гофрированных листов позволяет:Placing spacers between packages of corrugated sheets allows you to:

- повысить интенсивность процессов тепло- и массообмена за счет турбулизации газовых потоков, поступающих из закрытых каналов расположенного ниже проставки пакета из гофрированных листов, с помощью дополнительного перемешивания в блоке проставки,- to increase the intensity of the processes of heat and mass transfer due to the turbulence of the gas flows coming from the closed channels located below the spacer package of corrugated sheets, using additional mixing in the block spacers,

- создать дополнительную пленочно-капельную зону контакта фаз, что ведет к увеличению массообменной эффективности насадки и уменьшению капитальных затрат,- create an additional film-droplet phase contact zone, which leads to an increase in the mass transfer efficiency of the nozzle and a decrease in capital costs,

- повысить интенсивность процессов тепло- и массообмен за счет перераспределения жидкости, поступающей из закрытых каналов расположенного выше проставки пакета из гофрированных листов, с помощью ее дополнительного перемещения по поверхности элементов блока проставки в горизонтальном направлении, что обеспечивает перемешивание жидкости и ее равномерное распределение по поперечному сечению аппарата.- to increase the intensity of the processes of heat and mass transfer due to the redistribution of the liquid coming from the closed channels of the spacer package from the corrugated sheets located above, with the help of its additional movement along the surface of the spacer block elements in the horizontal direction, which ensures mixing of the liquid and its uniform distribution over the cross section apparatus.

Компоновка насадки в виде чередующихся пакетов и проставок как основных составляющих регулярной насадки таким образом, что при уменьшении пределов менее 2:1 наступает снижение эффективности от использования этих проставок, а при увеличении пределов более 2:1 теряется развиваемая удельная поверхность насадки.The nozzle layout in the form of alternating bags and spacers as the main components of the regular nozzle in such a way that when the limits are less than 2: 1, the efficiency of using these spacers decreases, and when the limits increase more than 2: 1, the developed specific surface of the nozzle is lost.

Выполнение гофрированных листов соседних по высоте аппарата контактных пакетов с поворотом в горизонтальной плоскости на угол 60-120° относительно друг друга обусловлено тем, что при угле меньше 60° равномерность плотности орошения каплями жидкости нижележащего блока насадки снижается. То же имеет место при угле больше 120°.The implementation of the corrugated sheets of the adjacent contact packets of the machine with a rotation in the horizontal plane at an angle of 60-120 ° relative to each other is due to the fact that at an angle of less than 60 ° the uniformity of the density of irrigation with droplets of liquid of the underlying nozzle block decreases. The same is true for angles greater than 120 °.

Выполнение блока проставки из объемных элементов, представляющих собой треугольные призмы, у которых две верхние грани выполнены выпуклыми, а нижняя вогнутой способствует увеличению поверхности контакта фаз и увеличению времени контакта взаимодействующих фаз. Кроме того, этот прием позволяет увеличить жесткость решетчатых элементов.The implementation of the block spacers from volumetric elements, which are triangular prisms, in which the two upper faces are convex, and the lower concave one increases the contact surface of the phases and increase the contact time of the interacting phases. In addition, this technique allows you to increase the rigidity of the lattice elements.

Предлагаемая регулярная насадка позволяет повысить эффективность тепло- и массообмена на 18-24% в процессах испарительного охлаждения оборотной воды в градирнях, проста в изготовлении и может быть получена при реконструкции известных регулярных насадок, собранных из гофрированных листов, согласно изобретению путем размещения по высоте между пакетами из гофрированных листов соответствующих проставок, позволяющих интенсифицировать процессы тепло- и массообмена за счет турбулизации газовых потоков и перераспределения потоков жидкости.The proposed regular nozzle allows to increase the heat and mass transfer efficiency by 18-24% in the processes of evaporative cooling of the circulating water in the cooling towers, is simple to manufacture, and can be obtained by reconstructing the known regular nozzles assembled from corrugated sheets according to the invention by placing in height between the packets from corrugated sheets of the corresponding spacers, allowing to intensify the processes of heat and mass transfer due to turbulence of gas flows and redistribution of fluid flows.

Claims

1. A regular nozzle for heat and mass transfer apparatus, consisting of contact packets spaced at intervals along the height of the apparatus, assembled from corrugated sheets mounted vertically and parallel to each other, in contact with the protruding corrugations with each other and forming free channels, and placed in gaps in height between the contact packages of blocks of spacers, which are made in the form of stacked in rows of volumetric elements, characterized in that each volumetric element is made in the form of a triangular a prism in which the two upper faces are convex and the concave lower, and the surface of the prism is lattice with holes of the same shape and equal living area, the ratio of the height of the packets of corrugated sheets to the height of the block of spacers is 2: 1, and the total height of the block of spacers comprises at least two rows of prisms mounted 90 ° in adjacent rows.

2. The regular nozzle according to claim 1, characterized in that the corrugated sheets of the contact packets adjacent in height of the apparatus are rotated in a horizontal plane at an angle of 60-120 ° relative to each other.