МНОГОСЛОЙНАЯ ПРОВОЛОЧНАЯ НАСАДКА ДЛЯ ТЕПЛОМАССООБМЕННЫХ АППАРАТОВ И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК B01J19/32 

Изобретение относится к химическому и нефтяному машиностроению и может быть использовано в качестве внутреннего устройства тепломассообменных аппаратах (дистиляционные колонны, абсорберы, экстракторы и др.) для осуществления контакта фаз и сепарации капельной жидкости из легкой фазы, а также улавливания капельной жидкости и коагуляции туманов в газожидкостных сепараторах.

Известны многослойная насадка для тепломассообменных аппаратов, содержащая многослойные нитчатые пакеты с нитями в каждом слое, расположенными параллельно одна другой, и способ изготовления многослойной нитчатой насадки, заключающийся в многократной навивке нити с применением дистанционных прокладок между слоями.

К недостаткам известных конструкций с дистанционными прокладками относятся низкая пропускная способность каналов для жидкости и склонность их к забиванию. Кроме того, известный способ не обеспечивает надежной фиксации нитей между прокладками, поскольку происходит провисание нитей и смещение рядов с образованием сквозных каналов в насадке. В результате насадки, изготовленные способом навивки нити, обладают низкой пропускной способностью, эффективностью и надежностью сепарации. Помимо этого, насадки, изготовленные этим способом, не позволяют навивать насадки сложной конфигурации с заданным расположением и структурой насадки и проволоки диаметром более 0,6 мм. Кроме того, при навивке нерационально используется проволока. Примерно 20% проволоки находится вне рабочей зоны насадки - между прокладками и на горизонтальных участках витка. Способ навивки требует также жесткой рамки и каркаса, наличие которого существенно, в 1,2-2 раза, увеличивает металлоемкость и трудоемкость изготовления насадки.

Целью изобретения является увеличение производительности и эффективности тепломассообменных и сепарационных процессов, повышение надежности в работе и снижение металлоемкости и трудоемкости изготовления.

Поставленная цель достигается тем, что в многослойной проволочной насадке для тепломассообменных аппаратов, содержащих параллельно расположенные струны и элементы для фиксации концов струн, последние выполнены в виде перфорированных пластин иди сетки, ограничивающих сверху и снизу зону контакта и сепарации фаз, а струны выполнены в виде упругих стержней, концы которых изогнуты, например, на половицу окружности диаметром больше максимального размера отверстия в пластине (сетке), при этом пластины фиксированы на максимальном расстоянии при помощи дистанционных упоров. Кроме того, сверху и снизу насадки установлены пластины, ограничивающие перемещение стержней сверху и снизу. Стержни устанавливают из магазина в совмещенные отверстия пластин с последующим их раздвижением и установкой дистанционных упоров. Причем стержни устанавливают из магазина, передвигающегося вдоль рядов отверстий в пластинах, снабженного толкателем, пружиной и отверстиями для выхода стержней при совмещении отверстий, при этом совмещенные перфорированные пластины (сетки) устанавливают на фиксаторе, а фиксацию стержней после их установки осуществляют при помощи пластин, установленных с зазором, обеспечивающим ввод и вывод жидкости из зоны контакта и сепарации.

Сравнение с прототипом позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию "новизна".

По сравнению с прототипом предлагаемая насадка может быть изготовлена сложной конфигурации с заданным расположением и структурой насадки из проволоки. Способ навивки не требует жесткой рамки и каркаса, что существенно, в 1,2-2 раза, снижает металлоемкость изделия и трудоемкость его изготовления.

Многослойная проволочная насадка и способ ее изготовления обладают рядом преимуществ по сравнению с известной нитчатой насадкой, изготавливаемой способом навивки на несущую раму с установкой дистанционных прокладок. Кроме того, она обладает более высокой производительностью по газу за счет более эффективного вывода жидкости из зоны контакта и сепарации.

Эффективность контакта и сепарации повышается за счет колебания проволоки при прохождении газа через слой насадки. Насадка обладает более упорядочной структурой, что повышает надежность работы, исключает смещение слоев и выпадение проволоки. Снижается удельный расход проволоки и отпадает необходимость в несущей рамке, что снижает общую металлоемкость. Так, пакет 30-слойной проволочной насадки из проволоки диаметром 0,5 мм с рабочей площадью 0,08 м² имеет массу 2 кг, в том числе проволоки - 0,8 кг. Масса аналогичного пакета, изготовленного способом навивки, составляет 7 кг, в том числе проволоки - 1,2 кг. Кроме того, предлагаемый способ изготовления многослойной проволочной насадки позволяет изготавливать пакеты различной формы и структуры, а также из проволоки диаметром свыше 0,6 мм и различного профиля. Таким образом, можно сделать вывод о наличии причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков и техническим эффектом, перечисленных выше.

На фиг. 1 изображен пакет многослойной проволочной насадки; на фиг. 2 - вариант крепления концов проволоки с изгибом наполовину окружности; на фиг. 3 - то же с изгибом под прямым углом; на фиг. 4 - то же с изгибом по замкнутому кольцу; на фиг. 5 - то же с наличием шляпок на концах проволоки; на фиг. 6 - то же с прямым концом проволоки с наличием пластины; на фиг. 7 - вариант изготовления пакетов насадки прямоугольной формы; на фиг. 8 - то же с наклонным расположением перфорированных пластин; на фиг. 9 - то же полукруглой формы; на фиг. 10 - то же круглой формы; на фиг. 11 показана схема установки насадки в тепломассообменных аппаратах; на фиг. 12 - схема установки насадки в газожидкостных сепараторах; на фиг. 13 - схема приспособления для изготовления насадки.

Многослойная проволочная насадка содержит проволоку 1 и перфорированные пластины или сетки 2, ограничивающие сверху и снизу зону контакта и сепарации, и дистанционные упоры 3.

Концы проволоки изогнуты таким образом, чтобы были обеспечены их соприкосновение с наружной поверхностью пластины в одной точке, а также зазор для ввода и вывода жидкости из зоны контакта и сепарации. В зависимости от условий и схемы взаимодействия фаз могут быть использованы различные варианты крепления концов проволоки, концы проволоки изогнуты на половину окружности диаметром больше максимального отверстия в пластине (сетке) (D_п>B_о), при этом форма отверстия может быть круглой, овальной, квадратной, треугольной и т.п. Концы проволоки изогнуты под прямым углом, при этом длина отогнутой части должна быть больше максимального отверстия в пластине (сетке) - (L>B_о), форма отверстия также может быть различной - круглой, овальной, квадратной и т.п. Верхние концы проволоки изогнуты по замкнутому кольцу 4 для обеспечения соосного расположения проволоки с отверстиями в пластине, при этом конец проволоки остается прямым и входит в отверстие нижней пластины. Фиксация проволок 1 осуществляется при помощи проволоки 5, пропущенной через верхние кольца 4 и закрепленной к верхней пластине 2. Верхние концы проволоки снабжены шляпками 6, своими размерами перекрывающими отверстия в верхней пластине, при этом подъем шляпок вверх ограничен пластиной 7. Концы проволоки 1 прямые, а перемещение проволоки вверх и вниз ограничено пластинами 7, закрепленными к верхней и нижней перфорированным пластинам с требуемым зазором для ввода и вывода жидкости.

Многослойная проволочная насадка может быть изготовлена прямоугольной формы с равномерной и заданной структурой расположения нити, прямоугольной формы с наклонным расположением перфорированных пластин и с разной длиной проволоки, полукруглой формы с равномерным и неравномерным расположением проволоки круглой формы с равномерным и неравномерным расположением проволоки.

На фиг. 13 показана схема приспособления для сборки проволочной насадки из проволоки с прямыми концами. Приспособление содержит фиксатор 8 для пластин 2, магазин 9 для проволоки 1, которая продвигается к отверстиям 10 при помощи, например, пружины 11, толкателя 12 и штока 13. При этом каждая проволока попадает через совмещенные отверстия в пластинах 2 по мере движения магазина в направлении А.

Многослойная проволочная насадка изготавливается следующим образом. Проволока 1 с изогнутыми концами вставляется в каждое отверстие перфорированных пластин (сетки) 2 в совмещенном положении. После установки проволоки пластины раздвигаются и фиксируются при помощи дистанционных упоров 3. В качестве дистанционных упоров могут быть использованы проволоки, расположенные по периферии пластин, для чего изогнутые концы скрепляют с пластиной, например, загнув их вокруг краев пластин 2.

Многослойная проволочная насадка, как массообменная, работает следующим образом. Жидкость или тяжелая фаза протекает через отверстия в верхней пластине и по проволокам стекает вниз, при этом контактирует с газом или легкой фазой. Проконтактированная жидкость через отверстия в нижней пластине выводится из зоны контакта.

Многослойная проволочная насадка, как сепарационная, работает следующим образом. Газ (легкая фракция), содержащий капельную жидкость (тяжелая фазу), проходит через насадку между проволокой, при этом капли (тяжелая фаза) оседают на поверхности проволоки, стекают вниз и выводятся из зоны сепарации через отверстия в нижней пластине.

Использование: в химическом и нефтяном машиностроении в качестве внутреннего устройства в тепломассообменных аппаратах для осуществления контакта фаз и сепарации капельной жидкости из легкой фазы, а также улавливания капельной жидкости и коагуляции туманов в газожидкостных сепараторах. Сущность изобретения: многослойная проволочная насадка содержит параллельно расположенные струны и элементы для фиксации концов струн. Новым в насадке является то, что элементы для фиксации струн выполнены в виде перфорированных пластин или сетки, ограничивающих сверху и снизу зону контакта и сепарации фаз, а струны выполнены в виде упругих стержней, концы которых изогнуты, при этом пластины фиксированы на максимальном расстоянии при помощи дистанционных упоров. Способ изготовления насадки отличается тем, что стержни устанавливают в совмещенные отверстия пластин с последующим их раздвижением и установкой дистанционных упоров, 2 с. и 2 з.п.ф-лы, 13 ил.

1. Многослойная проволочная насадка для тепломассообменных аппаратов, содержащая параллельно расположенные струны и элементы для фиксации концов струн, отличающаяся тем, что элементы для фиксации струн выполнены в виде перфорированных пластин или сетки, ограничивающих сверху и снизу зону контакта и сепарации фаз, а струны выполнены в виде упругих стержней, концы которых изогнуты, например, на половину окружности диаметром больше максимального размера отверстия в пластине (сетке), при этом пластины фиксированы на максимальном расстоянии при помощи дистанционных упоров. 2. Насадка по п.1, отличающаяся тем, что сверху и снизу нее установлены пластины, ограничивающие перемещение стержней сверху и снизу. 3. Способ изготовления многослойной проволочной насадки для тепломассообменных аппаратов, отличающийся тем, что стержни устанавливают в совмещенные отверстия пластин с последующим их раздвижением и установкой дистанционных упоров. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что стержни устанавливают из магазина, передвигающегося вдоль рядов отверстий в пластинах, снабженного толкателем, пружиной и отверстиями для выхода стержней при совмещении отверстий, при этом совмещенные перфорированные пластины (сетки) устанавливают на фиксаторе, а фиксацию стержней после их установки осуществляют при помощи пластин, установленных с зазором, обеспечивающим ввод и вывод жидкости из зоны контакта и сепарации.