МНОГОКАНАЛЬНАЯ ЗАВИХРИТЕЛЬНАЯ НАСАДКА Российский патент 1997 года по МПК B01J19/32 

Изобретение касается структурированных насадок, которые могут применяться в качестве вставок в устройствах термической разделительной технологии, например, при ректификационных процессах, экстрагировании, сорбционных процессах, а также в технологии смешения.

Известна завихрительная многоканальная насадка, включающая слои равносторонних пирамид, сформированных на плоской квадратной координатной сетке.

Недостатки устройства: с повышением нагрузки газом или паром начинается усиленное протекание более легкой фазы через прямые каналы насадки, при этом снижается желательное смешение в поперечном направлении в особенности в газе или паре.

Образованные гофрами каналы, находящиеся на одной оси, предоставляют потоку газа или пара для соответствующего блока упаковки предпочтительные направления, которые, например, могут быть спроектированы в виде параллельных прямых на плоскость поперечного сечения канала потока или колонны, окружающей насадку. С точки зрения достаточного поперечного смешения в более легкой протекающей фазе было бы желательным вместо этого равномерное распределение компонентов скорости по поперечному сечению проекции.

Чтобы скомпенсировать этот недостаток, возникающий как следствие упрощенного изготовления насадки, ставится задача при сохранении вентиляторообразных лопастных элементов, проявивших себя очень эффективными, по крайней мере, для равномерного распределения по поперечному сечению потока жидкости, спускающегося вниз, найти структуру насадки, которую можно изготовлять также с небольшими затратами из изогнутых листов, т.е. так называемых гофрированных блоков, которая, однако, выделяет пару или газу для протекания через насадку более, чем одно предпочтительное направление, видимое на проекции поперечного сечения, и благодаря этому способствует поперечному смешению в газовой фазе.

Решение этой задачи удается, если равномерно распределенные вентиляторообразные лопастные элементы сформировать на плоской квадратной основной координатной сетке из равносторонних пирамид, боковые стороны которых попеременно открыты или закрыты, если далее над каждым элементом основной координатной сетки установить две пирамиды с каждой стороны по одной таким образом, чтобы обе боковые поверхности, стоящие на основной стороне элемента растра, принадлежащие соответственно разным пирамидам, образовали плоскую поверхность, и если затем структурированные таким образом слои наложить друг на друга своими вершинами так, чтобы стыкующиеся у вершин пирамид поверхности не образовали друг с другом плоскостей.

На фиг.1 показана основная структура насадки. Точки A, B, C и D являются угловыми точками квадратного основного растра. Пирамида с вершиной S₁ имеет закрытые боковые поверхности A,D,S₁ и CBS₁. Вершина пирамиды S₂ расположена на перпендикуляре под S₁, пирамиде с вершиной S₂ принадлежит боковые поверхности ABS₂ и CDS₂. Названная последней боковая поверхность соединяется с боковой поверхностью DCS₃, которая принадлежит обращенной вверх соседней пирамиде с вершиной S₃. Обе стороны пирамиды образуют друг с другом плоскую поверхность, а именно ромб DS₃CS₂. Точка ε является центром установленной жестко вентиляторообразной лопасти, образованной четырьмя ромбообразными поверхностями и выделенной частой штриховкой на фиг.1.

У каждой точки основания внутри структуры по фиг.1 следует образовать неподвижную лопасть вентилятора. Лопасти вентилятора, относящейся к точке основания F, следует сообщить направление вращения, противоположное направлению вращения лопасти вентилятора у основания Е.

На фиг. 2 показан блок насадки, состоящий из наложенных друг на друга слоев по фиг. 1. Верхний и нижний слой на фиг.2 состоит соответственно из половины слоя по фиг. 1, причем сечение проведено по плоскости растра (координатной сетки). Буквами S₁ и S₂ на фиг.2 обозначены соответственно состыкованные друг с другом вершины пирамид (в качестве примера). Поперечное сечение блока насадки, обозначенное на фиг.2 углами A, B, C, D, в своей перпендикулярной проекции уже через две половины слоя по фиг.1 является плотным.

Особенность структуры насадки по фиг.2 примечательна в двух отношениях.

Во-первых, насадку можно составить не только послойно, как описано выше, но также из гофрированных блоков. Если теперь представить, что насадка разделяется вдоль диагонали поперечного сечения ПС в перпендикулярном направлении в сторону Е, то параллельные ему сечения ведут вправо и влево, а именно: через точки F, x, H и I к изогнутым зигзагообразно и снабженным высечками в форме ромбов листам. Таким образом, например, гофрированный блок, возникший с помощью указанных параллельных сечений через точки A и F по фиг. 2, создают для потока пара именно лишь в треугольных каналах, по отдельности заключенных в оболочки, прямое направление, которое проходит параллельно указанным плоскостям сечений и от "cзади-внизу" к "спереди-вверху". Соответственно направление потока пара в листовых блоках, обозначенных в параллельных сечениях с помощью A и x, также параллельно указанным поверхностям сечений, направление потока теперь, разумеется, из-за обрамления треугольных каналов в некоторой степени обозначают в основном от "спереди-внизу" (примерно точка Е) к "сзади-вверху" (примерно точка А).

Во-вторых, на описанную структуру насадки по изобретению возлагается задача, чтобы для потока пара имело место другое, ранее не видимое на фиг.2 образование коридоров, которые проходят поперек упомянутой выше поверхности сечения через точки A, C, E по фиг.2, т.е. параллельно перпендикулярному сечению через плоскость с точками D, B, K, L. Если блок насадки по фиг.2 повернуть теперь на 90^o вокруг его вертикальной центральной оси влево, то можно также увидеть образование коридоров, которое проходит параллельно перпендикулярной плоскости сечения.

На фиг.3 представлено повернутое на 90^o тело насадки, у которого известные из фиг. 2 точки сохранили свои буквенные обозначения. Так, например, с помощью описанного поворота точка В из фиг.2 на фиг.3 оказывается в том месте, в котором на фиг.2 находится точка А. Для поворота других точек по фиг. 2 и, таким образом, для взаимосвязи между фиг.2 и фиг.3 закономерность соответствующая. На фиг.3 теперь также можно увидеть параллельные перпендикулярному сечению через точки B,D,L коридоры для прохождения потока фаз в форме, аналогичной фиг.2.

Фактически, таким образом, в блоках насадки по изобретению по фиг.2 и 3 имеют место смещенные относительно друг друга ряды каналов, а именно, во-первых, такие ряды, которые проходят параллельно поверхности сечения через точки B, D, L, а во-вторых, смешенные относительно них ряды, проходящие параллельно поверхности сечения через точки A, C, E фиг.2 и 3. Таким образом осуществляется специально усиленное смешение в поперечном направлении в потоке более легкой фазы.

С точки зрения технологии изготовления примечательно, что представленный на фиг.2 и 3 блок насадки можно построить двумя способами, а именно, во-первых, с помощью гофрированных матов, размещенных слоями параллельно плоскости сечения с точками A,C,E или же параллельно плоскости сечения с точками B,D,E фиг.2 и 3.

Блок насадки как по фиг.2, так и по фиг.3 представлен в идеальной форме, которую трудно осуществить с точки зрения технологии изготовления, так как окончания поверхностей пирамид соприкасаются лишь точками. Для обеспечения стабильности тела насадки при практическом ее осуществлении можно в местах контакта поверхностей пирамид предусмотреть перекрытия.

На фиг.4 показана панель из листа, высеченная в незаштрихованных местах в форме ромбов. С помощью перекрытий на фиг.4 достигают стабильности матов, изготовленных из листовых панелей. Зигзагообразной формы блоков достигают с помощью отгибов вдоль штрихпунктирной линии f-f.

На фиг.5 представлена другая форма гофрированной листовой панели по изобретению. Штрих-пунктирные прямые f-f снова означают кромки гофров. Сами по себе ромбообразные высечки у острых углов уплощены с помощью коротких перемычек n и вытянуты с помощью другой перемычки n. Благодаря таким мероприятиям можно достигнуть также требуемой стабильности насадки.

Насадка работает следующим образом. Происходит контакт газа/пара с жидкостью.

Насадка, кроме названных до этого треугольных каналов, которые позволяют в каждом случае одну компоненту скорости потоков в направлении оси колонны, также содержит два смешанных относительно друг друга ряда каналов, проходящих параллельно поперечному сечению колонны. Большое число рядов каналов, имеющих различную ориентацию, т.е. "многоканальность" насадки способствует, в дополнение к имеющимся лопастным элементам, смешению в поперечном направлении, прежде всего, в более легкой фазе. В случае работы в противопотоке, например, жидкости и пара, пределе допускаемой нагрузки, замеренный при максимально возможной скорости пара, значительно повышается, по сравнению с другими насадками, при прочих сравнимых условиях.

Для дальнейшего улучшения распределения фаз по поперечному сечению колонны в поверхности насадки можно выдавить поперечные канавки или высечь отверстия. В этих же целях насадку изготовляют из металлической или текстильной ткани.

Для насадки, наряду с металлами и текстилем, могут, например, из соображений стоимости или коррозионной стойкости, применяться также другие материалы как, например, пластмасса или керамика.

Изобретение относится к насадкам теплообменных колонн. Насадка включает слои равносторонних пирамид, сформированных на плоской квадратной координатной сетке, боковые поверхности пирамид выполнены попеременно открытыми и закрытыми, под каждым элементом на сетке установлены подобные пирамиды, при этом закрытые боковые поверхности, стоящие на основной стороне сетки, относящиеся соответственно к разным пирамидам, образуют плоскую поверхность, и сформированные таким образом слои накладывают друг на друга вершинами пирамид так, что стыкующиеся у вершин пирамид поверхности не образуют друг с другом плоскости. 1 з. п. ф-лы, 5 ил.

1. Многоканальная завихрительная насадка, в частности для технологии разделения или смешения, включающая слои равносторонних пирамид, сформированных на плоской квадратной координатной сетке, отличающаяся тем, что боковые поверхности пирамид выполнены попеременно открытыми или закрытыми, под каждым элементом на координатной сетке установлены подобные пирамиды, при этом закрытые боковые поверхности, стоящие на основной стороне элемента квадратной сетки, относящиеся соответственно к разным пирамидам, образуют плоскую поверхность, и сформированные таким образом слои накладываются друг на друга вершинами своих пирамид так, что стыкующиеся у вершин пирамид поверхности не образуют одна с другой плоскостей. 2. Насадка по п. 1, отличающаяся тем, что стороны пирамиды имеют одно или несколько небольших отверстий.