ГОРИЗОНТАЛЬНЫЙ НАСАДОЧНЫЙ ТЕПЛОМАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ

Настоящее изобретение относится к области тепломассообменной аппаратуры и может быть использовано в различных отраслях промышленности и энергетики, например в качестве абсорбера, скруббера или градирни.
Из существующего уровня техники известен горизонтальный абсорбер, включающий цилиндрический корпус с патрубками подвода и отвода контактирующих фаз, входную и выходную вертикальные поперечные перегородки с сегментными вырезами, установленные между ними горизонтальную опорно-распределительную решетку, ороситель, сепаратор, секционирующие перегородки, продольные вертикальные боковые перегородки (RU 2022627 С1, опубл. 15.11.1994). Недостатком данного технического решения является значительный унос капельной жидкости, т.к. поток газа, двигаясь снизу вверх, на выходе из слоя насадки проходит через зону орошения, где подхватывает мелкие капли жидкости, распыляемые из оросителя на насадку, и уносит их из абсорбера.
Также известна градирня, содержащая корпус, снабженная вентилятором, водосборником с патрубком отвода воды в нижней части корпуса, оросителем, водораспределителем и водоуловителем. (RU 2155919 С2, опубл. 10.09.2000). Недостатком данного технического решения является наличие зазора между водораспределителем и верхним слоем оросителя (насадки) и как следствие байпасное течение воздуха в этом зазоре, из-за чего увеличивается высота градирни. Также, недостатком данной конструкции является значительный унос капельной жидкости из-за того, что воздух проходя через факел распыла форсунок, при этом подхватывает и уносит из аппарата мелкие капли жидкости. Кроме того, форсунки не позволяют достичь равномерного орошения всей поверхности оросителя (насадки), так как факел распыла имеет коническую форму, а продольное сечение градирни представляет собой прямоугольник, из-за чего часть поверхности насадки будет орошаться несколькими соседними форсунками, а часть - только одной.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение является создание компактного тепломассообменного аппарата с малым уносом орошающей жидкости и с равномерным орошением поверхности насадки.
Данная задача решается за счет того, что горизонтальный насадочный тепломассообменный аппарат включает корпус с распределителем жидкости и насадкой, причем в качестве насадки используются вертикально установленные металлические листы с горизонтальным гофрированием в несколько рядов, причем каждый ряд гофр сдвинут относительно соседнего ряда гофр, за счет чего между соседними в рядах гофрами образованы щели, а распределитель жидкости выполнен в виде горизонтально расположенной над насадкой плиты с параллельными направлению движения газа пазами, ширина которых находится в соотношении δ≤b≤1,5δ, где b - ширина пазов, δ - высота гофр элемента насадки, причем элементы насадки установлены в пазы распределителя жидкости, а для подачи орошающей жидкости на насадку, в некоторых местах пазов выполнены расширения.
Расширения пазов могут иметь форму сегмента круга.
Расширения пазов могут иметь форму прямоугольника.
Расширения пазов могут иметь форму прямоугольника со скругленными углами.
Расширения пазов могут иметь форму трапеции.
Расширения пазов могут быть расположены симметрично относительно продольной оси паза.
Расширения пазов могут быть расположены в шахматном порядке относительно продольной оси паза.
В нижней части аппарата элементы насадки могут быть зафиксированы в опорной плите, конструкция которой аналогична распределителю жидкости.
Достигаемый технический результат заключается в уменьшение уноса жидкости из аппарата газовым потоком и равномерном распределении жидкости по насадке.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:
На фиг. 1 - общий вид горизонтального насадочного тепломассообменного аппарата,
На фиг. 2 - общий вид единичного элемента насадки;
На фиг. 3 - общий вид оросителя с расширениями пазов в виде сегмента круга;
На фиг. 4 - общий вид оросителя с расширениями пазов в виде прямоугольника;
На фиг. 5 - общий вид оросителя с расширениями пазов в виде прямоугольника со скругленными углами;
На фиг. 6 - общий вид оросителя с расширениями пазов в виде трапеции;
На фиг. 7 - общий вид оросителя с расширениями пазов в виде сегмента круга, расположенными симметрично относительно продольной оси паза;
Горизонтальный насадочный тепломассообменный аппарат включает корпус 1 с распределителем жидкости 2 и насадкой 3, причем в качестве насадки 3 используются вертикально установленные металлические листы с горизонтальным гофрированием в несколько рядов, причем каждый ряд гофр сдвинут относительно соседнего ряда гофр, за счет чего между соседними в рядах гофрами 4 и 5 образованы щели 6, а распределитель жидкости 2 выполнен в виде горизонтально расположенной над насадкой плиты с параллельными направлению движения газа пазами 7, ширина которых находится в соотношении δ≤b≤1,5δ, где b - ширина пазов, δ - высота гофр элемента насадки, причем элементы насадки установлены в пазы 7 распределителя жидкости 2, а для подачи орошающей жидкости на насадку 3, в некоторых местах пазов выполнены расширения 8.
Расширения пазов имеют форму сегмента круга.
Расширения пазов имеют форму прямоугольника.
Расширения пазов имеют форму прямоугольника со скругленными углами.
Расширения пазов имеют форму трапеции.
Расширения пазов расположены симметрично относительно продольной оси паза.
Расширения пазов расположены в шахматном порядке относительно продольной оси паза.
В нижней части аппарата элементы насадки зафиксированы в опорной плите, конструкция которой аналогична распределителю жидкости.
Достигаемый технический результат заключается как в уменьшении уноса жидкости из аппарата газовым потоком, так как в аппарате отсутствует зона орошения, а жидкость подается непосредственно на насадку в виде пленки, так и в равномерном распределении жидкости по насадке, так как расход жидкости из всех отверстий распределителя жидкости приблизительно одинаковый и пропорциональный высоте столба жидкости над распределителем жидкости.
Работает устройство следующим образом. Поток газа движется в аппарате горизонтально через насадку. Жидкость подается на распределитель жидкости сверху и образует на нем слой жидкости определенной высоты. Подача жидкости на насадку осуществляется при ее гравитационном отекании через отверстия, образованные расширениями пазов и элементами насадки. Из отверстий жидкость вытекает в виде отдельных струй и на определенной высоте при достаточной плотности орошения струи смыкаются, образуя сплошную пленку жидкости. Частично, жидкость при отекании по насадке перетекает с одной стороны элемента насадки на другую, за счет чего увеличивается перемешивание в пленке жидкости и следовательно интенсивность массообмена в жидкости. При этом количество брызг мало, так как жидкость попадает из распределителя жидкости непосредственно на насадку и между насадкой и распределителем жидкости не образуется зона орошения с витающими в воздухе частицами жидкости. Процесс тепломассообмена между газом и жидкостью происходит на поверхности пленки жидкости, стекающей по насадке. Стекая по впадинам и выступам гофр на поверхности насадки, жидкость, повторяя форму гофр, образует на границе с газом волновую поверхность с множеством волн. За счет наличия волн увеличивается поверхность тепломассообмена между газом и жидкостью по сравнению с гладкой поверхностью пленки жидкости, стекающей в ламинарном режиме по гладкой вертикальной поверхности. Выполнение гофр на насадке в несколько рядов, со сдвигом соседних рядов гофр друг относительно друга, позволяет лучше удерживать жидкость на насадке от ее смещения под воздействием напора газового потока. Стекающая с насадки жидкость удаляется из нижней части аппарата, где также поддерживается слой жидкости некоторой высоты. Поток газа после контакта с пленкой жидкости выводится из аппарата.
Высота слоя жидкости на насадке должна быть минимальной, но достаточной, чтобы жидкость стекала через все отверстия, и на распределителе жидкости не образовывалось сухих пятен. Зависимость высоты слоя жидкости на распределителе жидкости от расхода жидкости и площади всех отверстий определяется по формуле:
3
2
2
отв
где h - высота слоя жидкости на насадке, м; L - расход жидкости, м/с; n - число отверстий; F - площадь одного отверстия, м; g - ускорение свободного падения, м/с; µ - безразмерный коэффициент расхода из отверстия. Коэффициент µ представляет собой отношение действительного расхода жидкости из отверстия к тому расходу, который имел бы место при отсутствии гидравлического сопротивления и сжатия струи в отверстии. Он зависит от формы отверстия и критерия Рейнольдса жидкости в отверстии и находится опытным путем. В первом приближении, коэффициент µ можно принять равным коэффициенту расхода из круглого отверстия, который находится в диапазоне от 0,6 до 0,67 [Френкель Н.З. Гидравлика. - М.: ГЭИ, 1956. - с. 337, табл. 20-1].
Таким образом, заявленный насадочный тепломассообменный аппарат позволяет проводить процесс тепломассообмена при меньшем уносе жидкости из аппарата газовым потоком, и равномерном распределении жидкости по насадке.