Пристрій для однорідного розподілу пари (газу)

Реферат: Пристрій для однорідного розподілу пари (газу) включає корпус із вмонтованим патрубком і напрямну будову, яка являє собою глуху для рідини тарілку з вертикально вмонтованими клапанами, що виконані в вигляді патрубків, нижній зріз яких розташовано нижче полотна глухої тарілки, а в середині патрубків розміщені дифузори зі зменшеними по потоку вхідними отворами, вхідні отвори обладнані короткими циліндричними вставками, внутрішні твірні яких створюють конфузор. UA 78789 U (12) UA 78789 U UA 78789 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до гідромеханічного пристрою однорідного розподілу пари (газу) в тепло- та масообмінних апаратах і може бути використана в хімічній, нафтохімічній та інших галузях промисловості. В тепло- та масообмінних апаратах потоки пари (газу) і рідини приводять до контакту один з одним за допомогою внутрішніх контактних пристроїв, таких як тарілки та насадки або труби в режимі висхідної прямотечії. Для ефективного проведення тепло- та масообміну важливо, щоб пара (газ) і рідина були однорідно розподілені по поперечному перерізу апарата. Особливо це відноситься до нижньої границі розподілу пара (газ) - рідина, а саме там, де пара (газ) входить у внутрішній контактний пристрій. Відомий пристрій для однорідного розподілу пари в масообмінних та теплообмінних колонах [Патент РФ 2326711, МПК B01D 3/32; B01F 3/04, заявл. 27.12.2007, опубл. 20.06.2008]. Пристрій являє собою паронаправляючу на контактні елементи будову, що містить патрубок вводу пари, дугоподібну стінку, розміщену у внутрішньому об'ємі апарата для проходу пари уздовж її зовнішньої поверхні та в основному навкруги осі апарата. Будова містить основну подовжену лопатку, яка проходить назовні від зовнішньої поверхні дугоподібної стінки. Основна лопатка має внутрішній край, який розташований поряд з зовнішньою поверхнею внутрішньої стінки, та зовнішній край, який знаходиться на відстані від зовнішньої поверхні стінки. Основна лопатка розташована під тангенціальним кутом до напряму проходження пари, внутрішній край якої нижче по потоку ніж зовнішній, що дозволяє парі, яка падає на основну лопатку, перенаправлятися до зовнішньої поверхні дугоподібної стінки. Будова може включати одну або більше лопаток, які проходять радіально зовні від внутрішньої стінки. Цей пристрій для однорідного розподілу пари в масообмінних та теплообмінних колонах, як найбільш близький по технічній суті та результату, що досягається, прийнятий як найближчий аналог. Недоліком цього пристрою є те, що при широкому стійкому діапазоні роботи внутрішнього контактного пристрою, наприклад, для ковпачкової тарілки, він дорівнює 4,5 (Тютюнников А.Б. и др. Основы расчета и конструирования массообменных колонн: Учеб. пособие / А.Б. Тютюнников, Л.Л. Товажнянский, А.П. Готлинская - К.: Выща шк. Головное изд-во, 1989-223 с. див. на стор. 96), не буде забезпечуватися однорідний розподіл пари. Причиною є те, що геометричні розміри дугоподібної стінки, число лопаток та їх тангенціальний кут до напряму проходження пари можуть бути встановлені тільки для вузького діапазону роботи контактного пристрою. Також пристрій дуже металомісткий, складний для виготовлення та ремонту. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалити пристрій однорідного розподілу пари (газу) для тепло- та масообмінних апаратів, що дозволить забезпечити широкий діапазон роботи, зменшити металомісткість, спростити виготовлення та ремонт. Поставлена задача вирішується завдяки тому, що в пристрої для однорідного розподілу пари (газу) в тепло- та масообмінних апаратах, що містить корпус з вмонтованим патрубком для введення пари (газу) і над патрубком напрямну будову, яка спрямовує пару (газ) на контактні елементи, згідно з корисною моделлю, напрямна будова являє собою глуху для рідини тарілку з вертикально вмонтованими саморегулюючими витрату пари (газу) клапанами, які виконані в вигляді патрубків, нижній зріз яких розташовано нижче полотна глухої тарілки, а в середині патрубків розміщені дифузори зі зменшеними по потоку вхідними отворами, де здійснюється змінне саморегулююче стиснення перерізу потоку, нижчий зріз першого по потоку дифузора не нижче зрізу патрубка, до того ж вхідні отвори дифузорів обладнані короткими циліндричними вставками, внутрішні твірні котрих створюють конфузор. Технічна суть корисної моделі пояснюється кресленнями, на яких: Фіг. 1 - загальна схема пристрою; Фіг. 2 - саморегулюючий клапан. Пристрій складається з корпусу 1, патрубка вводу пари (газу) 2, глухої для рідини тарілки 3 і саморегулюючих витрату пари (газу) клапанів 4, які, в свою чергу, складаються з патрубків 5, в яких розташовані дифузори 6 та 7 зі зменшеними по потоку вхідними отворами, в середині яких змонтовані короткі циліндричні вставки 8, внутрішні твірні яких утворюють конфузор. Пристрій працює наступним чином. Пару (газ) подають через патрубок 2, що змонтований у корпусі 1, у внутрішній об'єм апарата під глуху для рідини тарілку 3. Пара (газ) розподіляється по саморегулюючим клапанам 4. При вході пари (газу) в саморегулюючий клапан між внутрішньою стінкою патрубка 5 і зовнішньою стінкою дифузора 6 утворюється зворотний струм, який формує поперечний переріз потоку, що визначає об'ємну витрату пари (газу). Чим більше пари (газу) входить до саморегулюючого клапана, тим більший зворотний струм і менший поперечний переріз потоку і навпаки, чим менше входить пари (газу) до саморегулюючого клапана, тим менший зворотний струм і більший поперечний переріз потоку. 1 UA 78789 U 5 10 15 Аналогічне аеродинамічне явище спостерігається між внутрішньою стінкою патрубка 5 і зовнішньою стінкою дифузора 7. Короткі циліндричні вставки 8, які змонтовані у середині вхідних отворів дифузорів 6 і 7, з одного боку формують потік, а з другого - зменшують гідравлічний опір. Таким чином, початковий неоднорідний потік пари (газу), що утворився під глухою для рідини тарілкою, буде однорідно розподілений по саморегулюючим клапанам, внаслідок змінного стиснення в них перерізів потоків. Приклад 1. Повітря за допомогою компресора подають в циліндричну ємність внутрішнім діаметром 95 мм і висотою 220 мм через боковий патрубок, який вмонтований в корпусі ємності на відстані 135 мм від її верхнього зрізу. Загальну об'ємну витрату повітря заміряють ротаметром № 1 (V1). У верхній фланець ємності герметично вмонтовано два патрубки, внутрішнім діаметром 27 мм та довжиною 140 мм. Патрубки гумовими шлангами підключені до ротаметрів № 2 та № 3, за допомогою яких фіксують об'ємні витрати (відповідно V2 та V3) і оцінюють однорідність розподілу повітря. Відносну похибку однорідності розподілу потоків по патрубкам розраховують за формулою δ=|V2-V3/(0,5·V1|·100 %. Водночас заміряють аеродинамічний опір патрубків. Результати представлені в таблиці 1. Таблиця 1 3 3 Номер досліду V1·10 , м /с 1 2 3 3,26 3,97 4,64 3 3 3 3 V2·10 , м /с V3·10 , м /с 1,94 2,25 2,62 1,32 1,72 2,02 Відносна похибка, Гідравлічний опір, % Па 38,04 1440 26,70 1580 25,86 2020 Приклад 2. Повторюють експеримент, але усередині патрубки оснащені правильним кільцем товщиною 4 мм з вхідним отвором діаметром 6 мм. Результати представлені в таблиці 2. 20 Таблиця 2 3 3 Номер досліду 1 2 3 25 V1·10 , м /с 3,38 4,26 4,99 3 3 3 3 V2·10 , м /с V3·10 , м /с 1,52 1,84 2,16 1,86 2,42 2,83 Відносна похибка, Гідравлічний опір, % Па 20,12 5000 27,23 6120 26,85 7100 Приклад 3. Повторюють експеримент, але усередині патрубки оснащені трьома дифузорами з трьома короткими циліндричними вставками, згідно з корисною моделлю. Вхідний діаметр першої по потоку короткої циліндричної вставки 13,0 мм, другої - 12,0 мм, третьої - 8,5 мм. Діапазон роботи пристрою склав W max/W min=5,01, де W max, W min - максимальна та мінімальна швидкості повітря в ємності. Результати представлені в таблиці 3. Таблиця 3 -3 3 Номер досліду 1 2 3 4 5 6 30 V1·10 , м /с 1,64 2,79 4,15 4,90 5,60 8,21 -3 3 -3 3 V2·10 , м /с V3·10 , м /с 0,80 1,43 2,10 2,46 2,80 4,11 0,84 1,36 2,05 2,44 2,80 4,10 Відносна похибка, Гідравлічний опір, % Па 4,88 1350 5,01 1780 2,41 2620 0,82 3220 0,00 3920 0,24 6500 Запропонований пристрій однорідного розподілу пари (газу) для тепло- та масообмінних апаратів дозволить забезпечити широкий діапазон роботи внутрішнього контактного пристрою з максимально високою ефективністю. В той же час пристрій однорідного розподілу пари (газу) для тепло- та масообмінних апаратів потребує невеликі витрати на роботу та матеріали при виготовленні та ремонті. 35 2 UA 78789 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 Пристрій для однорідного розподілу пари (газу) в тепло- та масообмінних апаратах, що включає корпус з вмонтованим патрубком для введення пари (газу) і над патрубком напрямну будову, яка спрямовує пару (газ) на контактні елементи, який відрізняється тим, що напрямна будова являє собою глуху для рідини тарілку з вертикально вмонтованими саморегулюючими витрату пари (газу) клапанами, які виконані в вигляді патрубків, нижній зріз яких розташовано нижче полотна глухої тарілки, а в середині патрубків розміщені дифузори зі зменшеними по потоку вхідними отворами, де здійснюється змінне саморегулююче стиснення перерізу потоку, нижчий зріз першого по потоку дифузора не нижче зрізу патрубка, до того ж вхідні отвори дифузорів обладнані короткими циліндричними вставками, внутрішні твірні яких утворюють конфузор. Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3