ЭЛЕМЕНТ НАСАДКИ ДЛЯ МАССООБМЕННЫХ АППАРАТОВ Российский патент 2004 года по МПК B01J19/30 

Изобретение относится к конструкциям насыпных насадок для массообменных аппаратов и может быть использовано в нефтеперерабатывающей, нефтехимической, газовой, химической, пищевой и других отраслях промышленности.

Известна насадка, состоящая из металлического цилиндрического кольца, на боковой поверхности которого выполнены прямоугольные просечки, расположенные параллельными рядами по высоте в шахматном порядке и отогнутые внутрь цилиндра в виде лепестков прямоугольной формы (см. А.И. Скобло и др. Процессы и аппараты нефтегазопереработки и нефтехимии. - М.: Недра, 2000, с.261).

Недостатком данной конструкции насадки является недостаточная поверхность контакта фаз из-за малой турбулизации потоков, вследствие чего снижается эффективность работы насадочных элементов, особенно при низких скоростях газа и массовых расходах жидкости и газа.

Из известных насадок наиболее близкой к предлагаемой является насадка, содержащая цилиндрическое кольцо, на боковой поверхности которого в три яруса выполнены отверстия в форме соединенных между собой трапеций, имеющих разную длину, отогнутых внутрь кольца в направлении оси цилиндра и расположенных под углом к оси цилиндра (см. С.В. Гладильщикова и др. Насадки для массообменных аппаратов для нефтепереработки и нефтехимии. - Хим. и нефтеперераб. Маш. М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1983, с.8).

Однако подобное конструктивное оформление указанной насадки обусловливает, во-первых, недостаточную степень турбулизации взаимодействующих потоков, а во-вторых, - лишь их частичное поперечное перемешивание, что, в свою очередь, негативно сказывается на эффективности массообмена.

К недостаткам подобной насадки относится также сложность ее изготовления, обусловленная необходимостью применения специальной оснастки для выполнения трапециевидных козырьков с точным соблюдением всех параметров и размеров, в частности их угла наклона к оси цилиндра и их длины.

В основу настоящего изобретения положена задача создания элемента насадки для массообменных аппаратов, обеспечивающего увеличение поверхности контакта взаимодействующих фаз и повышение эффективности массообмена при одновременном упрощении конструкции за счет интенсификации турбулизации потоков и повышения степени их поперечного перемешивания.

Поставленная задача достигается тем, что в элементе насадки, содержащем цилиндрическое кольцо, на боковой поверхности которого выполнены прямоугольные просечки, расположенные рядами по высоте в шахматном порядке и отогнутые по поперечной образующей внутрь цилиндрического кольца в виде лепестков, согласно изобретению поперечная концевая кромка каждого лепестка расположена под углом к поперечной корневой кромке лепестка.

В предпочтительных вариантах угол между поперечными концевой и корневой кромками лепестка составляет от 10 до 90°.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием конкретного варианта его выполнения и сопровождающими чертежами, на которых: на фиг.1 изображен общий вид элемента насадки; на фиг.2 - то же, вид сверху; на фиг.3 - то же, развертка; на фиг.4 - развертка, вид сбоку; на фиг 5 - развертка, вид спереди.

Элемент насадки для массообменных аппаратов содержит (фиг.1, 2, 3) цилиндрическое кольцо 1, боковая поверхность которого оснащена прямоугольными просечками 2, расположенными рядами по высоте в шахматном порядке и отогнутыми по поперечной образующей внутрь цилиндрического кольца 1 в виде лепестков 3. Каждый лепесток 3 расположен внутри цилиндрического кольца 1 таким образом, что поперечная концевая кромка 4 лепестка 3 расположена относительно поперечной корневой кромки 5 лепестка 3 под углом α, составляющим от 10 до 90° (фиг.1, 4, 5).

Выбор той или иной величины угла α осуществляется с учетом физических свойств газожидкостной смеси, а также с учетом скоростей взаимодействующих потоков, исходя из необходимости обеспечения наиболее благоприятных условий для контактирования проходящих через элемент насадки потоков.

Элемент насадки для массообменных аппаратов работает следующим образом.

Элементы насадки беспорядочно загружают в массообменный аппарат. Взаимодействующие потоки газа и жидкости движутся в противотоке. Жидкость, поступающая на орошение, протекает в прямоугольные просечки 2 на боковой поверхности цилиндрического кольца 1 и равномерно растекается по сечению колонны, обеспечивая высокую эффективность массопередачи в каждой точке сечения колонны. Газ, попадая во внутреннее пространство цилиндрического кольца 1, приобретает вращательное движение, которое сообщают ему лепестки 3 с расположенной под углом к поперечной корневой кромке 5 поперечной концевой кромкой 4. Это создает дополнительные местные завихрения стекающей жидкости, способствует дополнительной турбулизации жидкостного потока и делает возможным осуществление массообмена в условиях турбулентности даже при небольших газожидкостных нагрузках. Вследствие того, что поперечные концевые кромки 4 лепестков 3 составляют с поперечными корневыми кромками 5 лепестков 3 угол α, жидкость, попадая внутрь насадки, притормаживается, что, в свою очередь, увеличивает время контакта фаз, повышает интенсивность поперечного перемешивания и, как следствие, приводит к росту активной поверхности контакта фаз и предотвращает проскок фазовых компонентов без их взаимного контакта. Кроме того, подобное конструктивное оформление лепестков 3 препятствует стеканию жидкости к стенке колонны.

Так как элементы насадки загружают в рабочий объем аппарата внавал, и движение потоков осуществляется в разных плоскостях, то вся поверхность элемента насадки участвует в процессе массопередачи. На массопередачу также оказывает значительное влияние и разбрызгивание жидкости, происходящее при ее ударе об острые кромки лепестков 3.

Преимуществом предлагаемой конструкции элемента насадки является простота изготовления, наличие большой активной поверхности контакта взаимодействующих фаз и высокая эффективность массообмена даже при пленочном режиме работы колонны за счет интенсификации турбулизации потоков и повышения степени их поперечного перемешивания, благодаря чему она может найти широкое применение в насадочных аппаратах.

Изобретение относится к конструкциям насыпных насадок для массообменных аппаратов и может быть использовано в нефтеперерабатывающей, нефтехимической, газовой, химической, пищевой и других отраслях промышленности. Насадка для массообменных аппаратов содержит цилиндрическое кольцо, на боковой поверхности которого выполнены прямоугольные просечки, расположенные рядами по высоте в шахматном порядке и отогнутые по поперечной образующей внутрь цилиндрического кольца в виде лепестков. Согласно изобретению поперечная концевая кромка каждого лепестка расположена под углом к поперечной корневой кромке лепестка. В предпочтительных вариантах угол между поперечными концевой и корневой кромками лепестка составляет от 10 до 90°. Предлагаемое устройство позволяет при одновременном упрощении конструкции обеспечить за счет интенсификации турбулизации потоков и повышения степени их поперечного перемешивания увеличение поверхности контакта взаимодействующих фаз и повышение эффективности массообмена даже при пленочном режиме работы колонны. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Элемент насадки для массообменных аппаратов, содержащий цилиндрическое кольцо, на боковой поверхности которого выполнены прямоугольные просечки, расположенные рядами по высоте в шахматном порядке и отогнутые по поперечной образующей внутрь цилиндрического кольца в виде лепестков, отличающийся тем, что поперечная концевая кромка каждого лепестка расположена под углом к поперечной корневой кромке лепестка.2. Элемент насадки по п.1, отличающийся тем, что угол между поперечными концевой и корневой кромками лепестка составляет от 10 до 90°.