МАССООБМЕННОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2004 года по МПК B01D3/22 B01J19/32 

Изобретение относится к контактным устройствам массообменных аппаратов и может найти применение в газовой, нефтехимической и смежных отраслях промышленности при осуществлении массообменных процессов для систем газ-жидкость, жидкость-жидкость, жидкость-твердое тело, например при ректификации, отдувке, промывке, растворении, смешении.

Известны массообменные устройства по авторским свидетельствам 770510, 441023, 745048, 1012936 кл. В 01 D 3/22, содержащие основания с направленными наклонными каналами, сепарационными и турбулизирующими элементами, установленными за или над каналами.

В техническом решении по а.с. 770510 каналы на основании выполнены однонаправленными, а в техническом решении по а.с, 441023, 745048 для равномерного распределения жидкости и повышения эффективности разнонаправленными.

Основным недостатком указанных устройств является местная и локальная сепарация газа от капель жидкости в местах установки сепарационных элементов в виде вертикальных или наклонных секционирующих перфорированных решеток, а также местных турбулизаторов в виде спирально-винтовых элементов. Указанные элементы усложняют конструкцию и не обеспечивают равномерной турбулизации жидкостного потока газовым и распределения газожидкостного слоя на основании.

Указанные недостатки частично устранены в техническом решении по а.с. 1088738, кл. В 01 D 3/22 (прототип), в котором к основанию прикреплены установленные под углом параллельные пластины, перекрывающие отверстия в основании, а между ними установлены перфорированные пластины, причем массообменное устройство снабжено дополнительными вертикальными перегородками, разделяющими основание на секторы, в которых параллельные пластины установлены во взаимно перпендикулярных направлениях. Расположение между параллельными пластинами перфорированных пластин улучшает распределение газожидкостных потоков, но неравномерность газожидкостного слоя остается, так как дополнительные вертикальные перегородки являются только местными стабилизаторами и отбойниками.

Целью изобретения является повышение эффективности массообмена путем стабилизации и выравнивания газожидкостного слоя и потоков на массообменном устройстве и упрощение конструкции.

Указанная цель достигается тем, что в массообменном устройстве, включающем основание с наклонными направленными каналами, сепарационными и турбулизирующими элементами, установленными за ними (каналами), делящими основание по взаимному расположению каналов на части, все каналы ориентированы от периферии к одной из смежных частей, а в качестве сепарационных и турбулизирующих элементов использовано по крайней мере одно дополнительное основание, повернутое по отношению к основному, а части каждого из оснований с наклонными направленными каналами смещены относительно центра, а также тем, что группы однонаправленных каналов, расположенные в каждой части основания, образуют ромбы или параллелограммы, развернутые относительно друг друга и смещенные относительно центра основания, образуя между частями в центре основания треугольник, а смежные основания повернуты относительно друг друга вокруг центра на 60^o и зафиксированы шестигранным отверстием, выполненным по центру оснований в пределах треугольников, а каналы в смежных ромбах развернуты на 120^o.

Выполнение массообменного устройства таким образом, что все каналы ориентированы от периферии к одной из смежных частей, представляющих собой ромбы или параллелограммы, развернутые относительно друг друга и смещенные относительно центра основания, уменьшает попадание жидкости на стенку корпуса аппарата и уменьшает стекание по ней жидкости без контакта с газовым потоком.

Расположение смежных оснований с поворотом относительно друг друга вокруг центра на 60^o обеспечило перекрещивающееся расположение каналов на смежных листах, что позволило повысить эффективность массообмена за счет увеличения пути контакта газа и жидкости и увеличения турбулентности, и исключить унос жидкости газовым потоком за счет многократного изменения направления газового потока, обеспечив равномерное распределение газового и жидкостного потоков по всему сечению массообменного устройства.

Заявителю не известны конструкции массообменных устройств, в которых повышение эффективности массообмена достигалось бы подобным образом.

На фиг.1 изображен общий вид контактного устройства в сборе из двух пар оснований.

На фиг.2 изображен ряд оснований, расположенных друг над другом.

На фиг.3 изображено основание в плане.

На фиг. 4 - план взаимного расположения основного и дополнительного основания.

На фиг.5 - вид на направленные наклонные каналы.

На фиг.6 показан разрез по наклонным каналам.

Контактное устройство состоит из основного основания 1 и дополнительных оснований 2 (фиг.1, 2), повернутых вокруг их центров относительно друг друга на 60^o (фиг. 4). На основаниях выполнены наклонные направленные каналы 3, сгруппированные в три повторяющиеся части 4 (фиг.3). Каждая часть представляет собой ромб или параллелограмм 5, смещенные и повернутые относительно центра 6 основания, образуя в центре основания свободный треугольник 7, в котором по центру основания выполнено отверстие в виде многоугольника (шестигранника) 8. Основания 1 и 2 размещены на шестиграннике 9. При размещении оснований друг на друге образуется массообменное устройство в виде насадочного пакета 10 (фиг.2), а при расположении спаренных или строенных оснований на расстоянии друг от друга образуется тарельчатое контактное устройство 11 (фиг.1). Для крепления в корпусе аппарата основания размещены на опорном элементе 12, расстояние между ними зафиксировано, например, втулкой 13, а при насадочном варианте - на опорной решетке 14, а сверху насадки установлена прижимная решетка 15.

Массобменное устройство работает следующим образом.

Жидкость поступает сверху на верхнее основание 2 и движется по основанию по кольцу, оттесняясь от корпуса аппарата, уменьшая стекание по стенке. При определенной высоте на основании жидкость, сохраняя вращательное движение, орошает нижележащее основание. Газ, поднимающийся снизу, проходит через наклонные каналы нижнего основания, поступает на смещенные каналы вышележащих оснований и движется в перекрестном направлении, контактируя с жидкостью. Так как каналы в каждой части основания направлены от стенки корпуса, жидкость оттесняется, уровень жидкости на основании выравнивается, а потоки газа и жидкости равномерно распределяются по всему сечению массообменного устройства. При повороте смежных оснований относительно друг друга вокруг центру на 60^o обеспечивается перекрещивающееся расположение наклонно направленных каналов в смежных основаниях, что позволяет повысить эффективность массопередачи за счет многократного изменения направления газового и жидкостного потоков и увеличения турбулентности, при этом вынос жидкости на вышележащую ступень контакта уменьшается, выравнивается газожидкостной слой на основании, равномерно распределяются газовые и жидкостные потоки по всему сечению массообменного устройства, снижаются гидравлические потери по газу.

Массообменное устройство относится к контактным устройствам массообменных аппаратов и может найти применение в газовой, нефтехимической и смежных отраслях промышленности при осуществлении массообменных процессов для систем газ-жидкость, жидкость-жидкость, жидкость-твердое тело, например при ректификации, отдувке, промывке, растворении, смешении. Устройство содержит основание с наклонными направленными каналами, сепарационными и турбулизирующими элементами, установленными за ними, делящими основание по взаимному расположению каналов на части, причем все каналы ориентированы от периферии к одной из смежных частей, а в качестве сепарационных и турбулизирующих элементов использовано по крайней мере одно дополнительное основание, повернутое по отношению к основному. Части каждого из оснований с наклонными направленными каналами смещены относительно центра, к тому же группы однонаправленных каналов, расположенные в каждой части основания, образуют ромбы или параллелограммы, развернутые относительно друг друга и смещенные относительно центра основания, образуя между частями в центре основания треугольник. Смежные основания повернуты относительно друг друга вокруг центра на 60^o и зафиксированы шестигранным отверстием, выполненным по центру оснований в пределах треугольников, а каналы в смежных ромбах развернуты на 120^o. Изобретение позволяет повысить эффективность массообмена путем стабилизации и выравнивания газожидкостного слоя и потоков на массообменном устройстве. 3 з.п.ф-лы, 6 ил.

1. Массообменное устройство, содержащее основание с наклонными направленными каналами, сепарационными и турбулизирующими элементами, установленными за ними, делящими основание по взаимному расположению каналов на части, отличающееся тем, что все каналы ориентированы от периферии к одной из смежных частей, а в качестве сепарационных и турбулизирующих элементов использовано, по крайней мере, одно дополнительное основание, повернутое по отношению к основному, а части каждого из оснований с наклонными направленными каналами смещены относительно центра.2. Массообменное устройство по п.1, отличающееся тем, что группы однонаправленных каналов, расположенные в каждой части основания, образуют ромбы или параллелограммы, развернутые относительно друг друга и смещенные относительно центра основания, образуя между частями в центре основания треугольник.3. Массообменное устройство по п.1, отличающееся тем, что смежные основания повернуты относительно друг друга вокруг центра на 60° и зафиксированы шестигранным отверстием, выполненным по центру оснований в пределах треугольников.4. Массообменное устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что каналы в смежных ромбах развернуты на 120°.