Регулярна насадка з зубчастими отворами

Регулярна насадка з зубчастими отворами, що містить листи, у яких виконані видовжені прямокутні отвори з верхніми зубчастими краями, розміщені горизонтальними рядами в шаховому порядку, яка відрізняється тим, що оптимальні співвідношення між розмірами отворів узгоджені між собою і з фізико-хімічними властивостями ро бочих продуктів за допомогою величини капілярної Корисна модель відноситься до конструкцій регулярних пакетних насадок, у листах яких виготовлені перфорації у вигляді зубчастих отворів, призначених для використання як контактних пристроїв при проведенні процесів тепломасообміну, таких як дистиляція, ректифікація, абсорбція, охолодження і мокре очищення газів, і може бути використана у хімічній, харчовій, нафтопереробній та інших галузях промисловості. Відома регулярна пластинчаста насадка [за А.с. СРСР 440147, М. Кл. В01D53/20, опубл. 25.08.74р., Бюл. №31] з розміщеними в листах насадки в шаховому порядку прямокутними отворами з зубчастими верхніми краями, в одному з варіантів якої відношення висоти зубців до ширини прорізів між ними для верхніх країв отворів дорівнює приблизно двом. Недоліком цієї насадки є недостатня ефективність масообміну внаслідок відсутності чітких рекомендацій щодо отриманих співвідношень між розмірами елементів зубчастих отворів та розмірів отворів. Виготовлення зубців занадто великими чи занадто малими порушує організацію течії рідини по насадці з утворенням крапель і насадка втрачає переваги перед плоскопаралельною насадкою з суцільними неперфорованими листами і може працювати навіть гірше за неї. Важливе значення мають і співвідношення між елементами перфора ції, від яких не меншою мірою залежить характер течії та інтенсивність взаємодії рідини з газовим потоком. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення ефективності масообміну в апаратах з регулярними насадками, перфорованими зубчастими отворами, за допомогою встановлення оптимальних співвідношень між розмірами елементів перфорації та визначення відправної обумовлюючої лінійної величини, узгодженої з фізикохімічними властивостями контактуючих продуктів, за допомогою якої встановлюються оптимальні співвідношення. Регулярна насадка з зубчастими отворами складається з листів, у яких виконано розміщені горизонтальними рядами в шаховому порядку видовжені прямокутні отвори з верхніми зубчастими краями. Поставлена задача досягається тим, що згідно корисної моделі оптимальні співвідношення між розмірами отворів узгоджені між собою і з фізикохімічними властивостями робочих продуктів за допомогою величини капілярної сталої a 2 /( g) і приймаються такими: висота зубців дорівнює а, ширина зубців, відстань між ними і між отворами по горизонталі однакові і близькі до розміру 1,3а, відстань по висоті від нижніх країв (19) UA (11) 11669 (13) U 2 /( g) , сталої a де - коефіцієнт поверхневого натягу на границі фаз рідина – газ, Н/м; - різниця густини рідини і газу, кг/м3; 2 g - прискорення вільного падіння, м/с , і прийняті такими: висота зубців дорівнює a , ширина зубців, відстань між ними і між отворами по горизонталі однакові і близькі до розміру 1,3a , відстань по висоті від нижніх країв зубців до нижніх країв отворів дорівнює 1,8a , а відстань по висоті між горизонтальними рядами отворів дорівнює (15... 2,0)a. , 3 зубців до нижніх країв отворів дорівнює 1,8а, а відстань по висоті між горизонтальними рядами отворів дорівнює (1,5...2,0)а; Причинно-наслідковий зв'язок між запропонованими ознаками і технічним результатом полягає в наступному. Процес утворення крапель на зубцях насадки і розміри крапель обумовлюються співвідношенням між силами поверхневого натягу і гравітаційною силою. Найбільша ефективність роботи насадки досягається за умови забезпечення якнайчастішого утворення крапель на зубцях і відривання їх від зубців. Це пояснюється тим, що всередині крапель, які формуються і певний час зависають на зубцях, підвищується інтенсивність перемішування рідини, порівняно з перемішуванням у плівці, що стікає неперфорованими листами, а також підвищується інтенсивність взаємодії крапель з газовим потоком, який набігає на краплі у фронтальному напрямку, а не проковзує вздовж стікаючої плівки. Таким чином, розміри і співвідношення між конструктивними елементами перфорацій повинні узгоджуватися із розмірами крапель і забезпечувати умови їх повного і найчастішого формування. Теорією капілярності встановлено, що капілярні меніски та розміри крапель, що витікають із піпеток, або формуються не звисаючих поверхнях, залежать від сил поверхневого натягу на поверхні контактуючих фаз і визначаються капілярною ста 2 /( g) , де лою (константою Лапласа) a коефіцієнт поверхневого натягу на границі фаз рідина - газ, Н/м; - різниця густин рідини і газу, кг/м3; g - прискорення вільного падіння, м/с2. Фрагмент листа насадки показано на Фіг.1, максимальні розміри елементів краплі, що формуються на зубцях - на Фіг.2. Насадка складається з набраних у пакети вертикальних листів 1, перфорованих отворами 4, верхні краї яких мають зубці 2, на яких формуються краплі 3. Насадка працює в умовах протитечії газового і рідкого потоків. Рідина за допомогою розподільного пристрою рівномірно зрошує поверхню насадки і, стікаючи вниз, утворює краплі 3 на зубцях верхніх країв отворів. Експериментальною перевіркою теоретичних положень автором встановлено, що під час формування крапель на зубцях максимальна висота підняття меніску рідини по поверхні листа насадки hmax=а (див. Фіг.2), максимальна висота звисаючої краплі в момент початку відривання Іmax=а, а максимальний діаметр краплі на момент початку відривання dmax=1,27a. Максимальне видовження краплі на момент повного її відривання від зубця дорівнює 1,8а. На Фіг.2 показано також напрям циркуляції рідини під час формування і звисання краплі, який обумовлюється інерційним впливом стікаючої по листу насадки плівки рідини. Ця циркуляція підсилюється динамічною дією газового потоку, що рухається вгору. Найінтенсивніша циркуляція рідини і найбільше зростання ефективності масообміну відбуваються в краплях, розміри яких сумірні з розмірами капілярної сталої. 11669 4 Встановлені залежності використані для обґрунтування оптимальних розмірів елементів перфорацій, а іменно: висота зубців приймається рівною розміру а (це попереджує перетікання рідини з одних зубців на інші і перехід до струминної течії), ширина зубців, відстань між ними і між отворами по горизонталі встановлюються близькими до розміру 1,3а (це виключає об'єднання крапель, які формуються на сусідніх зубцях, і сприяє рівномірному утворенню крапель), відстань по висоті від нижніх країв зубців до нижніх країв отворів приймається рівною 1,8а (це забезпечує формування повноцінних крапель), а відстань між горизонтальними рядами отворів дорівнює (1,5...2,0) а (це забезпечує розплющення крапель і гальмує швидкість стікання рідини по насадці). Зменшення або збільшення рекомендованих розмірів знижує ефективність насадки. Наприклад, зменшення висоти зубців приводить до перетікання рідини по верхнім краям зубців на сусідні зубці і порушення рівномірності розподілу рідини. Збільшення висоти зубців приводить до зменшення кількості крапель, що утворюються по висоті насадки. Зменшення ширини зубців та відстані між ними приводить до зменшення розмірів крапель і погіршення циркуляції рідини в краплях, а збільшення цього розміру більше 2а приводить до перетікання рідини на праві чи ліві боки зубців, формування крапель на боках зубців і порушення рівномірності течії рідини. Зменшення відстані від нижніх країв зубців до нижніх країв отворів приводить до того, що краплі перш ніж повністю відірватись від зубців доторкаються до нижніх країв отворів і рідина перетікає вниз, не пройшовши етапу формування крапель. Перевищення розміру 1,8а приводить до зменшення кількості утворюваних крапель по висоті насадки. Відстань між горизонтальними рядами отворів вибрана з умови забезпечення розплющення крапель після падіння на нижні краї отворів. Оптимальні розміри елементів перфорацій справедливі для рідин малої і помірної в'язкості, таких як вода. Для визначення розмірів перфорацій спочатку розраховують величину капілярної сталої за властивостями контактуючих фаз. Наприклад, для випадку абсорбції водою за нормальних умов домішок газів із повітря, капілярна стала a 2 /( p r )g 2 72,3 10 3 /(1000 13) 9,81 3,8 мм. , За величиною капілярної сталої розраховують оптимальні розміри перфорацій: висота зубців: hзуб=а=3,8 4мм, ширина зубців, відстань між ними та між отворами Iзуб=1,3а=1,3 3,8 5мм, відстань від нижніх країв зубців до нижніх країв отворів hзвис=1,8а=1,8 3,8 7мм, відстань по висоті між горизонтальними рядами отворів hміжр=2а=2 3,8=7,6 8мм. Експериментальна перевірка ефективності масообміну в процесі десорбції вуглекислого газу повітрям із водних розчинів показала, що ефективність насадки з оптимальним співвідношенням між елементами перфорації при різних витратах рідини і газу на 25...40% перевищує ефективність неперфорованої плоскопаралельної насадки і на 5 11669 10...30% перевищує ефективність відомої насадки з зубчастими отворами неоптимальних розмірів. Випробування насадки зі збільшеними в указаних вище межах розмірами конструктивних елементів перфорацій показали, що ефективність цієї Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 6 насадки при різних витратах фаз знизилась в середньому на 5...8%. Вказана величина знаходиться в межах точності проведення експериментів і не свідчить про значне зниження ефективності насадки з дещо збільшеними розмірами перфорацій. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601