РЕГУЛЯРНАЯ НАСАДКА Российский патент 2004 года по МПК B01J19/32 

Изобретение относится к конструкциям регулярных насадок, предназначенных для проведения тепломассообменных процессов в различных технологических аппаратах (например, в колонных) в системе газ (пар) - жидкость, и может найти применение в химической и ряде других отраслей промышленности.

Уровень техники в данной области характеризуется приведенными ниже сведениями.

Известна регулярная насадка [Авт. св. № 1373424 от 28.05.86, кл. В 01 D 53/20. Регулярная насадка], которая включает листы с гофрами, ориентированными под углом 15-45° к вертикали, с дополнительным рифлением, образующим с основными гофрами угол 75-100°. При этом отношение высоты дополнительного рифления к его шагу составляет 0,08-0,2, что позволяет интенсифицировать процесс тепломассообмена за счет улучшения условий перераспределения жидкости в объеме насадочного слоя.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является регулярная насадка, выполненная в виде пакета насадочного материала для массообменной колонны [Патент США № 5413741А от 01.03.94, НКИ 261-112.2, 428-183. Насадочный материал с вложенными элементами для дистилляционной колонны], содержащего парные параллельные пластины, образующие между собой каналы, которые обеспечивают распределение жидкой и паровой фаз во всем объеме колонны. Каждая пластина имеет гофры с вершинами, расположенными под углом к гофрам соседней пластины, и две стороны, одна из которых обращена навстречу второй пластине данной пары, а другая в - противоположном направлении. По меньшей мере, в одной пластине каждой пары выполнены отверстия, расположенные в местах пересечения гофров двух пластин. В отверстия вставлены вершины гофров второй пластины, которые выступают наружу за пределы противоположной стороны первой пластины, создавая гидравлическое сопротивление потоку, движущемуся в канале между противоположной стороной первой пластины и пластиной соседней пары, и повышая тем самым гидравлическую емкость насадочного блока. В пропущенных через отверстия первой пластины вершинах гофров второй пластины выполнены дополнительные отверстия, через которые часть жидкости, движущейся вдоль противоположной стороны первой пластины, проходит на противоположную сторону второй пластины, в результате чего достигается более полное распределение жидкости в насадочном блоке.

Недостатком известных конструкций является то, что они не являются универсальными для проведения различных массообменнных процессов - для каждой технологии необходимо подбирать насадку с определенными расчетными параметрами.

У известных конструкций малая по сравнению с сетчатыми аналогами площадь контакта жидкой и газовой (паровой) фазы, что ограничивает ее область применения.

Задача изобретения - расширение сферы применения насадки, повышение степени унификации и улучшение ее эксплутационных характеристик.

Технический результат, который может быть получен при использовании данного изобретения, заключается в расширении динамического диапазона рабочих параметров насадки, так как универсальная насадка может совмещать выполнение массообменных и сепарационных функций.

Задача достигается тем, что в регулярной насадке для тепломассообменных аппаратов, выполненной в виде собранных в пакет пластин, снабженных наклонными гофрами и отверстиями, сообщающими лицевую и оборотную сторону, в верхней и нижней части каждой пластины выполнены вертикальные участки гофрировки, а на наклонных участках гофрировки пластины прослоены листами сетки с гофрировкой, по углу наклона совпадающей с углом наклона этих участков, причем отверстия в пластинах снабжены шипами.

Отверстия и шипы могут иметь клинообразную форму.В насадке отверстия могут быть выполнены вдоль хотя бы одной из сторон наклонного участка каждой гофры.

В насадке длинные стороны пластин могут быть выгнуты дугами, лежащими в одной плоскости, а пакет пластин в этом случае образует арку.

Выполнение вертикальных участков и применение сетчатых листов позволяет:

- в зависимости от плотности (удельной поверхности) или типа материала сетчатых листов, при одинаковом расположении пластин и листов друг относительно друга получить различную удельную поверхность насадки;

- улучшить эффективность насадки не только за счет увеличения ее удельной поверхности, но и за счет улучшения эффективности сепарационных свойств самой насадки, так как сетчатый лист является хорошим сепаратором и дренажем для перемещения жидкости навстречу потоку газа без отрыва капель;

- улучшить эффективность насадки за счет спрямления канала, получающегося в месте соприкосновения соседних по высоте колонного аппарата пакетов пластин, что способствует снижению гидравлического сопротивления пакетов насадки по отношению к газовому потоку и повышению сопротивления по отношению к потоку стекающей жидкости.

Выполнение совмещенных с отверстиями шипов дополнительно турбулизирует поток стекающей по пластинам жидкости, что приводит к увеличению интенсивности обменных процессов между газовым и жидкостным потоками и положительно сказывается на эффективности работы насадки.

Исполнение отверстий и шипов в пластинах насадки в форме клина в зависимости от ориентации острия этого клина может либо препятствовать избыточному перетеканию жидкостной пленки с лицевой поверхности пластины на оборотную сторону и содействовать перераспределению газового потока (при обращении острия клина вниз), что замедляет миграцию жидкости к стенкам аппарата и способствует распределению газа (при необходимости интенсификации сорбционных процессов), либо (при обратной ориентации острия) воздействовать на компоненты противоположным образом (при преобладании сепарационных процессов). Причем отверстия должны равномерно располагаться по длине насадки и поэтому должны быть выполнены вдоль хотя бы одной из сторон наклонного участка каждой гофры.

Исполнение пластин насадки в изогнутом виде, так чтобы длинные стороны пластин были выгнуты по дугам, лежащим в одной плоскости, и сборка пакета пластин в арочный свод также в зависимости от того, куда обращена вершина свода, может либо содействовать оттоку жидкости от центра аппарата к периферии, что полезно при сепарационных процессах, либо содействовать притоку жидкости от периферии к центру, что увеличивает продолжительность пребывания абсорбента в рабочем объеме и сокращает его неэффективный отток по стенкам аппарата.

Чередование в одном аппарате того и другого вида сборки пакетов увеличивает среднюю длину траектории частиц жидкости, увеличивая тем самым эффективность использования сорбента. Кроме того, такое чередование позволяет делать преобладающими то сорбционные, то сепарационные процессы, уменьшает вынос жидкой фазы на фильтрующие элементы и позволяет предлагаемой насадке лучше, чем известной справляться с отклонением рабочих параметров аппарата от расчетных.

На фигуре 1 изображен пакет насадки для тепломассообменных аппаратов; на фигуре 2 изображена пластина регулярной насадки для тепломассообменных аппаратов; на фигуре 3 изображен профиль гофр пластины; на фигуре 4 изображена конфигурация шипов; на фигуре 5 изображена форма отверстий с шипами; на фигуре 6 изображен пакет насадки, собранной из изогнутых пластин.

Насадка включает уложенные в пакет параллельные пластины 1 с гофрировкой, расположенной под углом 25-45° относительно вертикали в центральной части и вертикальной на входе и на выходе, между которыми уложены листы 2, выполненные, например, из сетчатого рукава, причем пластины в пакете уложены таким образом, что выступы гофрировки на поверхностях листов, обращенных друг к другу, соприкасаются. Пластины 1 могут быть перфорированные или рифленые. По крайней мере, на одной из сторон каждой гофры выполнены отверстия с отогнутыми шипами.

Регулярная насадка работает следующим образом.

Жидкая фаза подается на верхний торец насадки и стекает в виде тонкой пленки по поверхности листов 1, взаимодействуя с восходящим потоком газа (пара). Сетчатый лист 2, заполняющий каналы в средней части насадки, способствует переходу процесса массообмена из пленочного в капельный режим. При этом увеличивается поверхность контакта фаз. Отверстия в стенках каналов способствуют перераспределению жидкости по сечению насадки.

Угол наклона 25-45° гофр в средней части обеспечивает более рациональное использование рабочего объема вследствие эффективного перераспределения жидкости по поверхности пластин. Прямые участки в верхней и нижней частях насадки обеспечивают снижение сопротивления по газу за счет согласования скоростей потоков газа в зоне контакта двух пакетов насадки.

Предлагаемая насадка универсальна как для процессов абсорбции и сепарации, так и для ректификации и обеспечивает большую производительность по газу при низких сопротивлениях аппаратов, причем достаточно устойчива к колебаниям технологических режимов.

Изобретение относится к конструкциям, предназначенным для проведения тепломассообменных процессов в различных технологических аппаратах в системе газ (пар) - жидкость, и может найти применение в химической и ряде других отраслей промышленности. Задачей изобретения является расширение сферы применения насадки, повышение степени унификации и улучшение ее эксплуатационных характеристик. Технический результат, который может быть получен при использовании данного изобретения, заключается в расширении динамического диапазона рабочих параметров насадки, так как универсальная насадка может совмещать выполнение массообменных и сепарационных функций. Задача достигается тем, что в регулярной насадке для тепломассообменных аппаратов, выполненной в виде собранных в пакет пластин, снабженных наклонными гофрами и отверстиями, сообщающими лицевую и оборотную сторону, в верхней и нижней части каждой пластины выполнены вертикальные участки гофрировки, а на наклонных участках гофрировки пластины прослоены листами сетки с гофрировкой, по углу наклона совпадающей с углом наклона этих участков, причем отверстия в пластинах снабжены шипами. Отверстия и шипы могут иметь клинообразную форму. Отверстия в насадке могут быть выполнены вдоль хотя бы одной из сторон наклонного участка каждой гофры. Длинные стороны пластин насадки могут быть выгнуты дугами, лежащими в одной плоскости, а пакет пластин в этом случае образует арку. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Регулярная насадка, выполненная в виде собранных в пакет пластин, снабженных наклонными гофрами и отверстиями, сообщающими лицевую и оборотную стороны, отличающаяся тем, что в верхней и нижней части каждой пластины выполнены вертикальные участки гофрировки, а на наклонных участках гофрировки пластины прослоены сетчатыми листами с наклонной гофрировкой по углу наклона, равному углу наклонной части гофрировки самих пластин, а отверстия в пластинах оснащены шипами.2. Регулярная насадка по п.1, отличающаяся тем, что отверстия и шипы имеют клинообразную форму.3. Регулярная насадка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что отверстия выполнены вдоль хотя бы одной из сторон наклонного участка каждой гофры.4. Регулярная насадка по п.1, отличающаяся тем, что длинные стороны пластин выгнуты дугами, лежащими в одной плоскости, а пакет пластин образует арку.