РЕГУЛЯРНАЯ НАСАДКА ДЛЯ ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫХ АППАРАТОВ Российский патент 2002 года по МПК B01J19/32 B01F3/04 

Изобретение относится к конструкциям регулярных насадок, которые применяются в процессах ректификации, абсорбции, очистки и осушки природного газа, а также в качестве смесителей жидких и газовых потоков, в качестве разделителей фаз в сепарационных устройствах, в качестве контактных элементов в конденсаторах смешения и может найти применение практически во всех технологических процессах нефтяной и газовой промышленности.

Известна регулярная насадка фирмы "Зульцер" (патент США 4643853, НКИ: 261-112 от 17.02.87), которая выполнена из вертикально установленных гофрированных листов, соприкасающихся выступающими гофрами друг с другом. Гофры на каждом из листов расположены по диагонали и выполнены с отверстиями или насечками вдоль или поперек гофр.

Недостатком такой насадки является то, что она недостаточно эффективно обеспечивает равномерное распределение газовых и жидкостных потоков по поперечному сечению аппарата.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является насадка Оптифлоу (Патент РФ 2099133, МПК 6: В 01 J 19/32, 35/04, 8/00, от 07.03.95), прототип, состоящая из вертикально установленных гофрированных листов с наклонно расположенными гофрами по отношению к потоку газа, имеющими регулярные окна в форме ромбов. По данным рекламных проспектов фирмы "Зульцер" эта насадка обладает несколько более высокой производительностью и величиной ВЭТТ по сравнению с традиционной насадкой.

К недостаткам этой конструкции следует отнести то, что часть потока газа, проходящего вдоль гофр под углом к оси аппарата, значительно больше части потока газа, которая проходит вертикально через октаэдры, и поэтому не достигается существенное повышение эффективности тепло- и массообмена в процессах разделения смесей. К недостаткам данной конструкции относится также и трудоемкость ее изготовления из-за необходимости вырубки окон.

Целью изобретения является повышение эффективности тепло- и массообмена в процессах разделения многокомпонентных смесей, снижение гидравлического сопротивления за счет образования в одном элементе наклонно распределенных потоков, направленных в разные стороны, повышение интенсификации массообмена за счет турбулизаций потоков внутри слоя насадки и упрощение конструкции.

Поставленная цель достигается тем, что в регулярной насадке для тепло- и массообменных аппаратов, состоящей из вертикально установленных гофрированных листов, соприкасающихся выступающими гофрами друг с другом, каждая гофра листа выполнена с обратно вогнутыми элементами, которые расположены в местах пересечения параллельных линий с ребрами гофр.

На гофрах вдоль параллельных линий, в местах их пересечения с ребрами гофр, выполнены поперечные надрезы, а между каждой парой надрезов размещены обратно вогнутые элементы в виде, например, равнобочных трапеций, перегнутых таким образом, что линия перегиба расположена на обратно вогнутом ребре гофры.

На гофрах вдоль параллельных линий, в местах их пересечения с ребрами гофр, выполнены поперечные надрезы, а у каждого из надрезов размещены обратно вогнутые элементы в виде треугольников с основаниями, равными длине надреза, с вершинами, расположенными на ребрах гофр, и перегнутые таким образом, что линии перегиба расположены на обратно вогнутых ребрах гофр, причем надрезы с обратно вогнутыми элементами выполнены и на обратно вогнутых гофрах листа.

Параллельные линии, пересекающие ребра гофр в местах выполнения обратно вогнутых элементов, расположены под углом 60-90^o к ребрам гофр.

Между гофрированными листами установлены перфорированные листы или сетки, ячейки которых выполнены с размерами, обеспечивающими безотрывное течение жидкости по ней.

Выполнение каждой гофры листа с обратно вогнутыми элементами, которые расположены в местах пересечения параллельных линий с ребрами гофр, позволило создать дополнительные каналы, расположенные вдоль параллельных линий, и тем самым повысить эффективность тепло- и массообмена в процессах разделения многокомпонентных смесей, снизить гидравлическое сопротивление за счет образования в одном элементе наклонно распределенных потоков, направленных в разные стороны, повысить интенсификацию массообмена за счет турбулизаций потоков внутри слоя насадки и упростить конструкцию.

Выполнение на гофрах вдоль линий, в местах пересечения параллельных линий с ребрами гофр поперечных надрезов и размещение между каждой парой надрезов обратно вогнутых элементов в виде, например, равнобочных трапеций, перегнутых таким образом, что линия перегиба расположена на обратно вогнутом ребре гофры, или выполнение на гофрах вдоль линий, в местах пересечения параллельных линий с ребрами гофр поперечных надрезов, а у каждого из надрезов размещение обратно вогнутых элементов в виде треугольников с основаниями, равными длине надреза, с вершинами, расположенными на ребре гофры, и перегнутых таким образом, что линии перегиба расположены на обратно вогнутых ребрах гофр, и выполнение надрезов с обратно вогнутыми элементами на обратно вогнутых гофрах листа, позволило, кроме распределительных каналов, образуемых гофрами, создать на одном листе распределительные каналы, ориентированные в другом направлении и пересекающиеся с основными каналами, причем эти каналы обеспечивают чередующееся изменение направления потока, а каждый обратно вогнутый элемент одного листа образует с обратно вогнутым элементом смежного листа завихритель потока. Выполненные таким образом листы позволили получить конструкцию насадки, обеспечивающую снижение гидравлического сопротивления, улучшение контакта между газовым и жидкостным потоками за счет дополнительной их закрутки.

Расположение параллельных линий, пересекающих ребра гофр в местах выполнения обратно вогнутых элементов, под углом 60 - 90^o к ребрам гофр позволило интенсифицировать массообмен за счет турбулизаций потоков внутри слоя насадки.

Установление между гофрированными листами перфорированных листов или сеток, ячейки которых выполнены с размерами, обеспечивающими безотрывное течение жидкости по ней, позволило увеличить поверхность насадки (м²/м³) и таким образом повысить эффективность разделения, а также исключить унос жидкости газовым потоком.

Заявителю не известны конструкции регулярных насадок, в которых повышение эффективности тепло- и массообмена, снижение гидравлического сопротивления за счет образования в одном элементе наклонно распределенных потоков, направленных в разные стороны, повышение интенсификации массообмена за счет турбулизаций потоков внутри слоя насадки и упрощение конструкции достигалось бы подобным образом.

На фиг. 1 представлен гофрированный лист регулярной насадки с обратно вогнутыми элементами.

На фиг. 2 представлен гофрированный лист регулярной насадки с обратно вогнутыми элементами в виде, например, трапеций.

На фиг.3 представлен разрез А - А фиг.2.

На фиг.4 представлен разрез В - В фиг.2.

На фиг. 5 представлен гофрированный лист регулярной насадки с обратно вогнутыми элементами в виде треугольников.

На фиг.6 представлена регулярная насадка с сеткой.

На фиг.7 представлена регулярная насадка с перфорированными листами.

Регулярная насадка для тепло- и массообменных аппаратов выполнена из вертикально установленных гофрированных листов 1 (фиг.1, 2, 5), соприкасающихся выступающими гофрами 2 друг с другом.

Каждая гофра 2 листа 1 выполнена с обратно вогнутыми элементами 3, которые расположены на параллельных линиях 4 в местах их пересечения с ребрами 5 гофр 2, обратно вогнутые элементы 3 могут быть выполнены и на ребрах 5 в местах пересечения их параллельными линиями 4, с обратной стороны листа 1 (фиг.1).

Обратно вогнутые элементы 3 могут быть выполнены следующим образом:
а) на гофрах 2 (фиг.2, 3, 4) вдоль параллельных линий 4, в местах их пересечения с ребрами 5, выполнены поперечные надрезы 6, а между каждой парой надрезов, например AFB и CED, размещены обратно вогнутые элементы 3 в виде, например, равнобочных трапеций ABCD, перегнутых таким образом, что линия перегиба FE расположена на обратно вогнутом ребре 5 гофры, при этом высоты перегнутых трапеций меньше или равны ширине гофр;
б) на гофрах 2 (фиг.5) вдоль линий 4, в местах их пересечения ребрами выполнены поперечные надрезы 6, например ВС, равные 0,3 - 0,6 ширины гофр 2, а у каждого из надрезов 6 размещены обратно вогнутые элементы 3 в виде треугольников АВС с основаниями, равными длине надреза 6, вершинами А расположенными на ребре гофры 5 и перегнутые таким образом, что линии перегиба AD расположены на обратно вогнутых ребрах гофр 5, причем надрезы с обратно вогнутыми элементами выполнены и на гофрах 5 с обратной стороны листа 1.

Между вертикальными гофрированными листами 1 могут быть установлены сетка 7 (фиг. 6), ячейки 8 которой выполнены с размерами, обеспечивающими безотрывное течение жидкости по ней или перфорированные листы 9 (фиг.7).

В предлагаемой регулярной насадке (фиг.1) обеспечивается распределение жидкости и газа по двум пересекающимся каналам, вертикальное вращательное движение газа через слой насадки, состоящей из структурированных элементов, организованных между листами насадки в результате выполнения гофр каждого из листов с обратно вогнутыми элементами, которые расположены на ребрах гофр, в местах их пересечения с параллельными линиями, расположенными под углом 60-90^o к ребрам гофр. Такое движение газа позволяет снизить гидравлическое сопротивление насадки, улучшить распределение потоков по сечению насадки и обеспечить интенсивный массообмен между стекающей жидкостью и поднимающимся навстречу ей потоком газа.

При выполнении на гофрах (фиг.2) вдоль линий, пересекающих их ребра, поперечных надрезов с обратно вогнутыми элементами в виде, например, равнобочных трапеций, перегнутых таким образом, что линия перегиба расположена на обратно вогнутом ребре гофры, получены помимо двух пересекающихся каналов на каждом листе насадки, завихрители, образованные обратно вогнутыми элементами смежных листов насадки. Выполнение обратно вогнутых элементов в виде треугольников (фиг. 5) позволило дополнительно получить каналы, пересекающиеся с плоскостью листа, а между смежными листами получить завихритель потока с закруткой потока в четырех направлениях.

Установлением между вертикальными гофрированными листами перфорированных листов (фиг. 7) или сетки (фиг.6), ячейки которой выполнены с размерами, обеспечивающими безотрывное течение жидкости по ней, исключается унос жидкости газовым потоком.

Предлагаемая насадка проста в изготовлении, может быть выполнена прокаткой или штамповкой.

Таким образом, выполнение каждой из гофр листа с обратно вогнутыми элементами или с надрезами и обратно вогнутыми элементами, которые расположены на ребрах гофр в местах их пересечения с параллельными линиями, обеспечило повышение эффективности тепло- и массообмена в процессах разделения многокомпонентных смесей, таких как, например, ректификации, абсорбции, очистки, осушки и т.п., позволило значительно упростить конструкцию, снизить гидравлическое сопротивление, за счет образования в одном элементе наклонно распределенных потоков, направленных в разные стороны, и повысить интенсификацию массообмена за счет турбулизаций потоков внутри слоя насадки при одновременном снижении ее гидравлического сопротивления.

Регулярная насадка для тепло- и массообменных аппаратов относится к конструкциям регулярных насадок, которые применяются в процессах ректификации, абсорбции, очистки и осушки природного газа, а также в качестве смесителей жидких и газовых потоков, в качестве разделителей фаз в сепарационных устройствах, в качестве контактных элементов в конденсаторах смешения, и может найти применение практически во всех технологических процессах нефтяной и газовой промышленности. Насадка состоит из вертикально установленных гофрированных листов, соприкасающихся выступающими гофрами друг с другом, а каждая гофра листа выполнена с обратно вогнутыми элементами, которые расположены в местах пересечения параллельных линий с ребрами гофр. На гофрах вдоль параллельных линий, в местах их пересечения с ребрами гофр, выполнены поперечные надрезы, а между каждой парой надрезов размещены обратно выгнутые элементы в виде, например, трапеций, перегнутых таким образом, что линия перегиба расположена на обратно вогнутом ребре гофры. На гофрах вдоль параллельных линий, в местах их пересечения с ребрами гофр, выполнены поперечные надрезы, а у каждого из надрезов размещены обратно вогнутые элементы в виде треугольников с основаниями, равными длине надреза, с вершинами, расположенными на ребрах гофр, и перегнутые таким образом, что линии перегиба расположены на обратно вогнутых ребрах гофр, причем надрезы с обратно вогнутыми элементами выполнены и на гофрах с обратной стороны листа. Параллельные линии, пересекающие ребра гофр в местах выполнения обратно вогнутых элементов, расположены под углом 60-90^o к ребрам гофр. Между гофрированными листами установлены перфорированные листы или сетки, ячейки которых выполнены с размерами, обеспечивающими безотрывное течение жидкости по ней. За счет турбулизации потоков внутри слоя насадки достигается повышение эффективности тепло- и массообмена. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Регулярная насадка для противоточных тепломассообменных аппаратов, состоящая из вертикально установленных наклонно гофрированных листов, соприкасающихся выступающими гофрами друг с другом, отличающаяся тем, что каждая гофра листа по ребру снабжена надрезами, между которыми гофра обратно выгнута с образованием обратно вогнутых объемных элементов, расположенных с обеих сторон ребер гофр на параллельных линиях, составляющих с ребрами гофр угол 60-90^o. 2. Регулярная насадка по п. 1, отличающаяся тем, что объемные обратно вогнутые элементы выполнены из перегнутых по линиям ребер трапеций или треугольников. 3. Регулярная насадка по п. 1, отличающаяся тем, что между гофрированными листами установлены перфорированные листы или сетки, ячейки которых выполнены с размерами, обеспечивающими безотрывное течение жидкости по ней.