НАСАДКА ДЛЯ ТЕПЛОМАССООБМЕННЫХ АППАРАТОВ Российский патент 1996 года по МПК B01J19/32 

Изобретение относится к конструкциям насадок для проведения тепломассообменных процессов с системах газ-жидкость и может быть использовано в химической, нефтеперерабатывающей и газовой промышленности.

Известна насадка для тепломассообменных процессов, выполненная из многослойного пакета проволочных элементов, связанных в форме сетчатых рукавов и навитых на каркас в форме многогранника вплотную или внахлест с установкой между слоями дистанционных прокладок [1]
Недостатком известной конструкции является сравнительно невысокая производительность насадки по газовой фазе вследствие того, что струйки жидкости, стекающие по проволочным элементам вязаных сетчатых рукавов, укрупняются, при этом уменьшается эффективность процесса и уменьшается поверхность контакта фаз.

Известна также насадка, состоящая из параллельных нитей, навитых с некоторым шагом на жесткие рамки, которые с помощью дистанционных прокладок собираются в пакеты [2]
Недостатком [2] является сравнительно низкая эффективность при использовании ее для проведения процессов массообмена из-за ограниченной поверхности контакта фаз, определяемой только суммарной поверхностью кольцеобразных пленок жидкости, стекающей по нитям, и возможность байпасного прохода газа по сквозным прямолинейным каналам, образованным рядами параллельных нитей.

Кроме того, известна насадка (прототип) для тепломассообменных аппаратов, включающая блок вертикальных или наклонных нитей, по всей длине отстоящих друг от друга и рядами закрепленных между опорными поверхностями, в которых выполнены каналы для подвода и отвода жидкости с нитей, ограниченных с боковых сторон сплошными стенками [3]
Недостатком прототипа является ограниченная поверхность контакта фаз, определяемая общей поверхностью не соприкасающихся друг с другом жидкостных кольцеобразных пленок, стекающих по нитям, а также возможность прохода части легкой фазы без контакта с жидкостью по сквозным прямолинейным каналам, образованным рядами регулярно расположенных нитей, что снижает эффективность массообмена.

Целью изобретения является повышение эффективности процесса массообмена за счет увеличения поверхности контактирующих фаз и предотвращения байпасных потоков газовой фазы при прохождении ею насадки.

Это обеспечивается тем, что в насадке для тепломассообменных аппаратов, включающей пакет из скрепленных между собой вверху и внизу слоев нитей с каналами для подвода и отвода жидкости в скрепленных частях, скрепленные части слоев нитей выполнены вверху и внизу с сетчатыми несущими участками с загнутыми концами, расположенными в скрепленных частях, при этом в средней части пакет снабжен распределителями жидкости и ограничителем взаимного перемещения нитей, выполненными в виде сетчатых участков слоев нитей. Каналы для подвода и отвода жидкости в скрепленных частях могут быть образованы как отдельными слоями нитей с различной высотой и шириной сетчатых участков, так и прокладками из капиллярно-пористого материала, расположенными между слоями пакета.

На фиг.1 изображена насадка, общий вид спереди; на фиг.2 вид А на фиг.1; на фиг. 3 вариант выполнения, вид спереди; на фиг.4 вариант выполнения, вид сбоку; на фиг.5 вид Б на фиг.5.

Насадка для тепломассообменых аппаратов состоит из пакетов, каждый из которых состоит из скрепленных между собой вверху и внизу сложенных стопкой слоев 1, состоящих из нитей 2, концы которых соединены между собой сетчатыми несущими частями 3 с загнутыми концами 4. Упомянутые концы 4 размещены между слоями 1 и являются для нитей соседних слоев дистанциоирующими прокладками. Сетчатые несущие части 3 слоев нитей 2 скреплены между собой любым известным способом, например, фиксаторами 4, точечной сваркой и т.п. и образуют гибкий каркас в виде многослойного пакета.

Каналы для подвода и отвода жидкости в каркасе пакета образуются при его изготовлении за счет того, что сетчатые части 3 отдельных слоев выполнены с вырезами, т.е. за счет различной ширины а и высоты b сетчатых несущих участков. Кроме того, загнутые концы 4 отдельных слоев могут быть выполнены укороченными по сравнению с незагнутой частью сетчатой части 3 (см. фиг.5). Это также позволяет организовать каналы с для прохода жидкости. Дополнительно для улучшения распределения жидкости в упомянутых каналах при необходимости могут быть размещены прокладки 6 из капиллярно-пористого материала.

В средней части слой нитей, составляющих пакет, выполнен с сетчатыми участками 7, ограничивающими взаимное перемещение нитей 2, при этом эти участки являются распределителями жидкости нижней части слоев нитей.

Монтаж насадки внутри аппарата может быть осуществлен путем подвешивания ее пакетов, при этом натяжение слоев нитей определяется весом подвешенной части пакета.

Данная насадка может быть использована и как массообменный, и как сепарационный элемент массообменного аппарата.

При работе в качестве массообменного устройства тяжелая фаза (жидкость) подается сверху на торец пакета и стекает вниз, проходя по каналам и щелям между нитями сетчатых частей слоев. Далее жидкость поступает на нити и, стекая по ним, вступает в контакт с легкой фазой (газом-паром). Поскольку нити насадки натянуты незначительно, в процессе контакта нити начинают вибрировать, при этом в объеме насадки в одной или нескольких точках пленки жидкости на соседних нитях сливаются, приходя в соприкосновение и увеличения этим сопротивление прохождению легкой фазы, поток которой перераспределяется. Далее этот процесс развивается в других точках объема и т.д. т.е. в объеме насадки развиваются устойчивые колебания нитей, приводящие к интенсивному слиянию и разрушению пленок жидкости, что значительно интенсифицирует массообмен. Проходя через распределительные устройства в средней части насадки, являющиеся одновременно и ограничителями взаимного перемещения нитей, жидкость из верхней части насадки равномерно распределяется по нитям в ее нижней части, где развивается такой же процесс, как и в ее нижней части. Далее жидкость попадает в каналы нижней скрепленной части пакета и отводится на нижерасположенную массообменную ступень, а газ-пар уходит вверх на следующую ступень массообмена. Сетчатые части 7 слоев нитей в средней части пакета, являясь средством для равномерного распределения жидкости по слоям нитей 2, в то же время являются средством, позволяющим упорядоченно расположить нити 2 в слоях пакета, ограничивая их взаимное перемещение.

При проведении процессов сепарации, например, двухфазных систем каналы в верхней части пакета служат для подачи промывочной жидкости, а каналы в нижней части пакета служат для отвода отсепарированной и промывочной жидкости из пакета насадки.

Особенностью предложенной насадки является одновременное протекание в ней двух противоположных процессов, а именно, дисперсирование и слияние капель, которые возникают одновременно по всему объему насадки, причем эти процессы протекают динамично и, соответственно, динамично перераспределяется по объему насадки газовая фаза, т.е. насадка работает в режиме саморегуляции. При использовании предложенной насадки за счет гибкости ее несущих частей, составляющих каркас, можно образовать насадку внутри массообменного аппарата практически любой формы, в том числе в форме, конгруэнтной внутренней поверхности аппарата. Это позволяет повысить коэффициент заполнения объема аппарата, что в свою очередь, уменьшает его габариты. Снижаются также материалоемкость и энергоемкость.

Изобретение относится к конструкциям насадок для проведения тепломассообменных процессов в системах газ-жидкость и сепарации и может быть использовано в химической, нефтеперерабатывающей и газовой промышленности. Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение эффективности процесса массообмена за счет увеличения поверхности контактирующих фаз и предотвращения байпасных потоков газовой фазы при прохождении его по насадке. Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в насадке для тепломассообменных аппаратов, включающей пакет из скрепленных между собой вверху и внизу слоев нитей с каналами для подвода и отвода жидкости в скрепленных частях, согласно изобретению, скрепленные части слоев нитей выполнены вверху и внизу с сетчатыми несущими участками с загнутыми концами, расположенными в скрепленных частях, при этом в средней части пакет снабжен распределителями жидкости и ограничителями взаимного перемещения нитей, выполненными в виде сетчатых участков слоев нитей. При этом каналы для подвода и отвода жидкости в скрепленных частях могут быть образованы как отдельными слоями нитей с различной высотой и шириной сетчатых участков, так и прокладками из капиллярно-пористого материала, расположенными между слоями пакета. 2 з. п. ф-лы, 5 ил.

1. НАСАДКА ДЛЯ ТЕПЛОМАССООБМЕННЫХ АППАРАТОВ, включающая пакет из скрепленных между собой вверху и внизу слоев нитей с каналами для подвода и отвода жидкости в скрепленных частях, отличающаяся тем, что скрепленные части слоев нитей выполнены с сетчатыми несущими участками с загнутыми концами, расположенными в скрепленных частях, при этом в средней части пакет снабжен распределителями жидкости и ограничителями взаимного перемещения нитей, выполненными в виде сетчатых участков слоев нитей. 2. Насадка по п. 1, отличающаяся тем, что каналы для подвода и отвода жидкости в скрепленных частях образованы отдельными слоями нитей с различной высотой и шириной сетчатых несущих участков. 3. Насадка по п. 1, отличающаяся тем, что каналы для подвода и отвода жидкости выполнены в виде прокладок из капиллярно-пористого материала, расположенных между слоями пакета.