УПОРЯДОЧЕННАЯ НАБИВКА МАССООБМЕННОЙ КОЛОННЫ И МАССООБМЕННАЯ КОЛОННА Российский патент 1998 года по МПК B01J19/32 

Изобретение относится к упорядоченной набивке массообменной колонны, а также к массообменной колонне с такой набивкой.

Набивка составляется, например, из слоев гофрированных или сложенных зигзагообразно пластин. Пластины выполнены из материала типа фольги (например, из тонкого металлического листа или ткани); кромки складок или гребни имеют наклонное направление по отношению к оси колонны, причем угол, образующийся с осью, составляет, например, 45^o или 30^o Слои, образованные пластинами, расположены параллельно относительно оси; они имеют взаимное расположение относительно наклона кромок складок, так что получаются наклонно проходящие, открытые и пересекающиеся каналы. Набивка делится на секции, которые отличаются ориентацией наслоений. Ориентация меняется между соседними секциями, смотря по обстоятельствам, на 90^o.

Другие примеры упорядоченных набивок, влияющих на распределение обоих потоков материала через поперечное сечение колонны, описаны в европатентах 0070917 (Р.5638) и 0069241.

На вертикальных кромках набивки одни чередующиеся слои направляют орошающую пленку, протекающую по пластинам, навстречу кромкам пластин, что приводит к появлению проходящей по кромке жидкости. Известно наличие между секциями набивки на стенке колонны кольцеобразных элементов, которые отводят проходящую по кромке жидкость, причем она частично через обращенные внутрь слои возвращается снова внутрь набивки.

Из патентов US 4186159 или CH 618 006 (Р.5167) известны подобные элементы в виде воротника, которые могут располагаться на различной высоте секций набивки.

Отдельная секция набивки массообменной колонны может состоять из связанных между собой встроенных элементов, в особенности при большом диаметре колонны она может быть составлена из нескольких сегментов. При этом также внутри набивка часто имеет поверхности раздела, которые проходят в поперечном направлении относительно слоев, а именно мест стыка соседних сегментов.

Эти поверхности раздела разъединяют каналы и имеют концевое действие, на основании которого также в местах стыка появляется проходящая по кромке жидкость.

Для мест стыковки не известны средства для предотвращения или обратного отвода проходящей по кромке жидкости, такие средства для борта колонны, например воротники, имеют весьма ограниченный КПД. Поэтому задачей изобретения является создание средств, благодаря которым проходящая по кромке жидкость могла бы эффективно отводиться в набивку или в сегменты набивки.

Эта задача решается с помощью отличительных признаков п. 1 формулы.

Первые опыты с гофрированными полосками из фольги, которые были помещены на краю набивки, показали, что с помощью этих полосок можно эффективно отводить проходящую по кромке жидкость от кромок пластин.

Однако для того, чтобы отведенная жидкость могла попадать также на соседнюю пластину, требуются дополнительные меры. Например, можно было, используя уплотнительные элементы, препятствующие дальнейшему прохождению потока жидкости по полоскам, направлять жидкость в слои при помощи отводящих каналов.

Другая и наиболее выгодная возможность появилась благодаря угловому формированию полос согласно пп. 2- 4.

Пункты 5 8 относятся к другим формам выполнения заявленной набивки с отводящими элементами. Пункт 9 относится к выбору материала, а пп. 10 12 относятся к массообменной колонне с заявленной набивкой.

На фиг. 1 показан вырез набивки в перспективе (без отводящих элементов); на фиг. 2 первая форма выполнения отводящих элементов заявленной набивки; на фиг. 3 поперечное сечение краевой зоны колонны с отводящими элементами согласно фиг. 2; на фиг. 4 часть поперечного сечения колонны с отводящими элементами на стыке между сегментами набивки; на фиг. 5 гофрированная пластина набивки с выемкой в виде канавки; на фиг. 6 кромка набивки, полученная благодаря складыванию пластины, показанной на фиг. 5; на фиг. 7 - часть поперечного сечения колонны с набивкой, полученной благодаря многократному складыванию, в соответствии с фиг. 6; на фиг. 8 кромка набивки с зубцеобразными выступами в качестве отводящих элементов; на фиг. 9 кромка набивки с отводящими элементами в виде проволоки.

Вырез набивки, данный на фиг. 1, состоит из гофрированных пластин 1 и 2, которые соприкасаются друг с другом в точках 12.

По пластине 1 течет орошающая пленка 14, которая далее протекает по вертикальной кромке 13 в виде проходящей по кромке жидкости 15. Пластина 1 образует слой 10, обозначенный точкой с пунктиром, стрелка 11 показывает направление прохождения орошающей пленки.

Если имеются средства, способствующие переходу проходящей по кромке жидкости 15 на соседнюю пластину 2, то перенесенная жидкость 24 вновь отводится во внутреннюю часть набивки через слой 20 от кромки 23 (стрелка 21).

Отводящий элемент 3, изображенный на фиг. 2 в виде полоски, состоит из гофрированного материала типа фольги. Он выполнен угловым: обе стороны 31 и 32 образуют у линии вершин 33 прямой угол.

Сторона 31 соприкасается с краем слоя укладки 10, направляющего текущую по кромке жидкость. Сторона 32, указывающая в направлении слоистой плоскости, касается боком слоя 20. В этом слое 20 предусмотрена выемка 22 для стороны 32. Обе стороны связаны между собой в предложенном варианте исполнения с помощью похожих на мостики связующих элементов 30, представляющих собой перекрытия, по которым проходит жидкость. Этот отводящий элемент 3 можно изготовить соответствующим образом, как это будет более подробно объяснено соответственно фиг. 5 и 6.

В успешно проведенном опыте были выбраны следующие параметры: длина волны набивки 25 мм, ширина слоя 25 мм, длина волны отводящего элемента 3 7,5 мм, глубина волны 3 мм, длина стороны 31 25 мм, длина стороны 32 30 мм и наклон гребня волны 25^o. Скорость укладывания около 60 m/h (m³/m²h).

Большого эффекта при использовании отводящего элемента достигают тогда, когда отводящим элементам придают относительно тонкое профилирование: длина волны около 1 мм, глубина волны около 0,5 мм. Для наклона гребня волны подходит практически любое значение, которое больше, чем 0^o, и меньше, чем около 60^o предпочтительно выбирают угол, составляющий менее 45^o.

Фиг. 3 показывает расположение слоев 10, 20 набивки с относящимися к ним отводящими элементами 3 для стенки 9 колонны.

С помощью пружинного элемента 39, находящегося между набивкой и стенкой колонны, можно, например, прижимать отводящий элемент 3 к кромке 13 слоя 10. Отводящие элементы 3 могут прикрепляться к набивке также с помощью сварных, болтовых или заклепочных соединений.

Фиг. 4 показывает в дополнение к отводящим элементам 3 на краю колонны также элементы 3, находящиеся в местах стыка 90 сегментов набивки в ее внутренней части.

Очень выгодно, если сторона 31 несколько короче, чем ширина слоя 10. В таком случае для газового потока, проходящего между стенкой 9 колонны и набивкой, нет существенных препятствий в отношении возможного обратного течения внутрь набивки.

На фиг. 5 дан вырез гофрированной фольги, разделенной на две части 1' и 2' с помощью выемки 40 в виде канавки. Обе части на участках 4 имеют между собой соединения в виде перемычки. С помощью складывания вокруг оси 41 согласно стрелке 42 получают двухслойную структуру, фиг. 6 (или соответственно отводящий элемент 3, показанный на фиг. 2).

Складки располагаются на 180^o, так что обе части 1' и 2' соприкасаются в точках 12. (При соответствующем изготовлении отводящего элемента 3 складки располагаются, естественно, только на 90^o).

Для пары слоев 10, 20, показанных на фиг. 6, отводящие элементы выполнены в виде соединений 4, представляющих собой прочные перемычки между кромками 13' и 23' пластин 1' или 2'.

Проходящая по кромке жидкость 15 орошающей пленки 14 с помощью этих отводящих элементов 4 снова возвращается в набивку (стрелка 24)
Для хорошего обратного отвода проходящей по кромке жидкости 15 важно, чтобы соединения 4 были по возможности шире. Поэтому выемки 40 (фиг. 5) должны быть настолько глубокими, насколько это требуется для складывания.

Согласно способу складывания по фиг. 5 можно складывать вместе множество пластинок для образования многослойного сегмента набивки. Это показано на фиг. 7. Дугами 4' (для стенки 9 колонны) и 4" (для места стыка 90) обозначены отводящие элементы 4 согласно фиг.6.

Фиг. 8 показывает вырез крайнего участка пары пластин 1, 2, где отводящие элементы на краю слоя 10, по которому проходит жидкость 15, выполнены в виде зубцеобразных выступов 5. Эти выступы 5 получаются благодаря косому разрезу на кромке 13 пластины 1 (обрезная кромка 13а) и обратному складыванию указанной с помощью изогнутых скобок детали по линии 50.

На краю пластины 2 предусмотрены выемки 25 для зубцеобразных выступов 5, так что проходящая по кромке жидкость 25 может беспрепятственно попасть в соседний слой 20 (стрелка 24).

Для формы выполнения по фиг. 9 отводящие элементы представляют собой проволочные детали 6. Такие отводящие элементы 6 имеют, с одной стороны, крючкообразный конец, с помощью которого они могут закрепляться за края отверстий 16 пластины 1, с другой стороны, эти отводящие элементы выполнены таким образом, что они касаются кромки 13 пластины (точка 13b).

На краю 23 пластины 2 предусмотрены выемки 26 в виде канавок для нижнего конца проволочных деталей 6. В точке 13b жидкость 15, проходящая по кромке из слоя 10 к соседнему слою 20 и в него, изменяет свое направление (стрелки 25, 24)
В случае, если отводящая пропускная способность проволочных деталей 6 слишком мала, вместо одной отдельной проволочной детали на длину волны могут быть предусмотрены две и более.

Использование: для проведения массообменных процессов между орошающей жидкостью и газом. Сущность изобретения: упорядоченная набивка колонны для массообмена между орошающей пленкой жидкости и газом имеет чередующиеся слои. Одни слои направляют орошающую пленку жидкости навстречу вертикальной кромке слоев, в то время как другие слои отводят орошающую пленку жидкости от кромки. Согласно изобретению слои соединены попарно с помощью отводящих элементов, причем эти отводящие элементы представляют собой проводящие жидкость перемычки. Проходящая по кромке жидкость одного слоя может попадать, таким образом, по меньшей мере частично на соседнюю поверхность. 2 с. и 10 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Упорядоченная набивка массообменной колонны между орошающей пленкой жидкости и газом с чередующимися слоями, причем один слой направляет орошающую пленку жидкости навстречу вертикальной кромке слоев, а другой слой отводит орошающую пленку жидкости от кромки, отличающаяся тем, что набивка снабжена отводящими элементами, соединяющими попарно слои, причем отводящие элементы представляют собой проводящие жидкость перекрытия, через которые проходящая по кромке одного слоя жидкость по меньшей мере частично попадает в соседний слой. 2. Набивка по п.1, отличающаяся тем, что отводящие элементы выполнены в виде полосы из гофрированного материала типа фольги, образующей с вертикальной линией вершин гофр угол, причем слой набивки, направляющий проходящую по краю жидкость, соприкасается с одной стороной отводящего элемента, а другой слой касается второй стороны элемента. 3. Набивка по п. 2, отличающаяся тем, что гофрированный материал типа фольги выполнен с профилированием, при этом длина волны равна 1 10 мм и глубина волны 0,5 5 мм, а наклон гребня волны отводящего элемента составляет больше 0 и меньше 45^o. 4. Набивка по пп.2 и 3, отличающаяся тем, что для второй стороны отводящего элемента выполнена выемка в соседнем слое набивки. 5. Набивка по п.1, отличающаяся тем, что по меньшей мере часть набивки выполнена из гофрированного материала типа фольги с вертикальными выемками в виде канавок, образующих с помощью складывания вокруг вертикальных выемок в виде канавок отводящие элементы в виде перегородок. 6. Набивка по п.1, отличающаяся тем, что отводящие элементы выполнены на краю слоя, по которому направляется проходящая по кромке жидкость, в виде зубцеобразных выступов, направляющих проходящую по кромке жидкость в примыкающий соседний слой, причем на краю соседнего слоя выполнена выемка для зубцеобразных выступов. 7. Набивка по п.1, отличающаяся тем, что отводящие элементы выполнены в виде проволочных деталей, касающихся края слоя с проходящей по кромке жидкостью и направляющих проходящую по кромке жидкость в зону прилегающего соседнего слоя, причем на краю соседнего слоя выполнена выемка для проволочных деталей. 8. Набивка по пп. 1 7, отличающаяся тем, что отводящие элементы изготовлены из того же материала, что и слои набивки, в основном из металлического сплава или пластмассы. 9. Массообменная колонна с набивкой, с чередующимися слоями для контакта пленки жидкости с газом, отличающаяся тем, что по меньшей мере для одной части предусмотрены отводящие элементы. 10. Колонна по п. 9, отличающаяся тем, что отводящие элементы предусмотрены для краев слоев, образующих внешний борт колонны. 11. Колонна по п. 9, отличающаяся тем, что отводящие элементы предусмотрены для мест стыковки соседних сегментов набивки внутри колонны. 12. Колонна по пп.9 11, отличающаяся тем, что между стенкой колонны и отводящим элементом установлен пружинный элемент для нажатия одной стороны отводящего элемента на край слоя с проходящей по кромке жидкостью.