КОНТАКТНОЕ УСТРОЙСТВО С ПЛЕНОЧНЫМ ТЕЧЕНИЕМ ЖИДКОСТИ ДЛЯ ТЕПЛОМАССООБМЕННЫХ АППАРАТОВ

Полезная модель предназначена для проведения тепломассообменных процессов в системе газ-жидкость и может найти применение в химической, нефтехимической, металлургической, пищевой промышленности и энергетике.
Аналогом является струйно-барботажное контактное устройство для тепломассообменных процессов, состоящее из сливных стаканов, расположенных в поперечном и продольном сечениях в шахматном порядке [Патент RU 156379, B01D 3/20, от 10.11.2015]. Сливные стаканы имеют вертикальные стенки, открыты с верхнего своего конца, а нижний конец снабжен некоторым множеством сливных отверстий для жидкости. Стаканы в каждом ряду соединены между собой с помощью стержня, при этом расстояние между сливными стаканами равняется ширине сливного стакана, то есть сливные стаканы в поперечном сечении имеют форму квадрата.
Недостатком аналога является относительно невысокая эффективность тепломассообменных процессов, протекающих в пространствах между двумя соседними по высоте сливными стаканами, где реализуется взаимодействие падающих струй и капель жидкости с восходящим потоком газа.
Прототипом является струйно-пленочное контактное устройство, состоящее из параллельных квадратных сливных стаканов, имеющие вертикальные стенки [Патент RU 165690, B01D 3/20 от 27.10.2016]. Сливные стаканы расположены в поперечном и продольном сечениях в шахматном порядке, открыты с верхнего своего конца, а нижний конец снабжен некоторым множеством сливных прорезей для жидкости. Опорами для сливных стаканов являются вертикальные перегородки, установленные параллельно и перекрестно относительно друг друга, проходящие через центр сливных стаканов. Вертикальные перегородки имеют прорези, предназначенные для установки соответствующих сливных стаканов. В днище сливных стаканов выполнены лепестки в виде круговых сегментов отогнутые таким образом, чтобы проходное сечение было направлено на поверхность вертикальных перегородок.
Недостатком прототипа является низкая интенсификация пленочного течения жидкости по поверхности вертикальных перегородок, приводящая к снижению эффективности тепломассообменных процессов. Кроме того, предложенная конструкция контактного устройства обладает повышенной металлоемкостью.
Задачей полезной модели является разработка контактного устройства с пленочным течением жидкости для тепломассообменных аппаратов, в котором устранены недостатки аналога и прототипа.
Техническим результатом является повышение эффективности тепломассообменных процессов в системе газ-жидкость за счет интенсификации пленочного течения жидкости по поверхности вертикальных перегородок и снижения металлоемкости конструкции за счет конструктивных решений в виде поверхностей перегородок с множеством отверстий.
Технический результат достигается тем, что в контактном устройстве с пленочным течением жидкости, которое состоит из параллельных квадратных сливных стаканов, имеющих вертикальные стенки, сливные стаканы расположены в поперечном и продольном сечениях в шахматном порядке, открыты с верхнего своего конца, а нижний конец снабжен некоторым множеством сливных прорезей для жидкости. Опорами для сливных стаканов являются вертикальные перегородки, установленные параллельно и перекрестно относительно друг друга, проходящие через центр сливных стаканов. Вертикальные перегородки имеют прорези, предназначенные для установки соответствующих сливных стаканов. В днище сливных стаканов выполнены лепестки в виде круговых сегментов, отогнутые таким образом, чтобы проходное сечение было направлено на поверхность вертикальных перегородок, согласно настоящей полезной модели, дополнительно в вертикальных перегородках выполнено множество отверстий.
Отверстия в вертикальных перегородках расположены по вершинам равносторонних треугольников.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором приведено контактное устройство с пленочным течением жидкости для тепломассообменных аппаратов.
Цифрами на чертеже обозначены:
1 - сливной стакан,
2 - вертикальные перегородки с множеством отверстий,
3 - отогнутые лепестки.
Контактное устройство с пленочным течением жидкости состоит из параллельных квадратных сливных стаканов 1, имеющие вертикальные стенки, необходимые для поддержания уровня жидкости внутри них. Опорами для сливных стаканов 1 являются вертикальные перегородки 2, имеющие прорези, предназначенные для установки соответствующих сливных стаканов 1. Сливные стаканы 1 открыты с верхнего своего конца, а в днище выполнены отогнутые лепестки 3 в виде круговых сегментов, необходимые для распределения жидкости по поверхности вертикальных перегородок 2.
Отличием предлагаемого устройства является то, что в вертикальных перегородках 2 выполнено множество отверстий.
Предлагаемое контактное устройство с пленочным течением жидкости для тепломассообменных аппаратов работает следующим образом.
Жидкость через множество отогнутых лепестков 3, выполненных в днище сливных стаканов 1, распределяется на расположенные ниже вертикальные перегородки 2 с образованием устойчивой пленки. При этом на указанных сливных стаканах поддерживается уровень жидкости за счет их вертикальных стенок. Благодаря шахматному расположению сливных стаканов 1 газ, поступающий снизу, приобретает зигзагообразный характер движения. При этом восходящий поток газа контактирует со стекающей пленкой жидкости. Далее пленка, соударяясь о слой жидкости, находящейся внутри сливных стаканов 1, создает развитую постоянно обновляющуюся поверхность контакта фаз, которая определяется наличием относительно небольших газовых пузырей в слое жидкости и вылетающими из него каплями. Для обеспечения максимальной эффективности тепломассопереноса и снижения металлоемкости конструкции отверстия в вертикальных перегородках расположены по вершинам равносторонних треугольников.
Наличие отверстий в вертикальных перегородках приводит к турбулизации стекающей пленки жидкости, благодаря чему уменьшается толщина ее вязкого пограничного слоя. Кроме того, интенсификация лимитирующей стадии массообменного процесса приводит к значительному росту эффективности. Так, например, проведенные экспериментальные исследования по определению эффективности массообменного процесса предлагаемого контактного устройства показывают, что выполнение отверстий в перегородках приводит к повышению эффективности массообмена в среднем на 10,5…38,7% по сравнению с прототипом.
Таким образом, интенсификация пленочного течения жидкости за счет множества отверстий в вертикальных перегородках контактного устройства приводит к снижению металлоемкости конструкции и повышению эффективности тепломассообменных процессов в системе газ-жидкость.