ПЕРФОРИРОВАННОЕ ПОЛОТНО ДЛЯ ТЕПЛОМАССООБМЕННЫХ УСТРОЙСТВ Российский патент 2004 года по МПК B01J19/32 

Изобретение относится к тарельчатым и насадочным устройствам для осуществления тепло- и массообменных процессов в химической технологии, нефтехимии, теплоэнергетике и других отраслях промышленности.

Целью изобретения является создание унифицированного перфорированного полотна для тарельчатых и насадочных контактных устройств в тепло- и массообменных процессах с обеспечением высокоразвитой поверхности массообмена и возможно минимальной поверхностью теплообмена через стенку полотна для загрязненных, полимеризующихся и коксующихся веществ.

Известны перфорированные полотна для барботажных колпачковых, клапанных и ситчатых тарелок с живым сечением от 6 до 15% [1], [2], [3]. Недостатком этих полотен является то, что в них газовая фаза через отверстия относительно большого сечения движется со скоростью 5-7 м/с под прямым углом к движению потока жидкости с определенным уровнем по высоте, что приводит к неравномерному распределению потока газа и уносу капельной жидкости на вышележащую тарелку. Для устранения этого недостатка отверстия снабжены патрубками с колпачками или клапанами различной конфигурации.

В ситчатых тарелках [1], [2] унос капельной жидкости значительно снижается за счет малых диаметров отверстий (2-10 мм), расположенных по полотну с шагом 5-30 мм соответственно.

При этих условиях расстояние между тарелками для колпачковых и клапанных тарелок составляет 400-600 мм, а для ситчатых оно составляет 200-300 мм [1], [2]. Длительное пребывание объема жидкости на тарелке с относительно большой поверхностью теплообмена через стенку полотна приводит к образованию полимеров, кокса и накоплению грязи [1], [2].

Известны перфорированные полотна для регулярных насадок с круглыми и щелевыми отверстиями в виде прямоугольника и жалюзи [3], [4], [5]. Недостатком этих полотен является то, что отверстия имеют относительно большую площадь сечения и расположены на большом расстоянии друг от друга, что соответственно приводит к увеличению поверхности теплообмена через стенку. Это ведет к нарушению пленочного режима массообмена и неравномерному распределению потоков жидкости и газа на перфорированных полотнах и отложению на них полимеров, кокса и грязи.

Близким к заявленному объекту является перфорированное полотно для чешуйчатой тарелки, включающее в себя щелевые отверстия в виде жалюзи сечением 50×5 мм, с шагом 50×50 мм и наклоном чешуи 15-20° [1].

Недостатки данного полотна - узкий диапазон устойчивой работы по газовой нагрузке (оптимальная скорость газа через щели 7-12 м/с) и относительно большая поверхность теплообмена через стенку полотна.

Наиболее близким к заявляемому объекту является перфорированное полотно для регулярной насадки, выполненное в виде жалюзийной сетки с кромками жалюзи, направленными по ходу движения жидкости [6].

Недостатком данного перфорированного полотна является отсутствие в нем оптимальных геометрических размеров перфорации, обеспечивающих широкий диапазон устойчивой работы, высокоразвитую поверхность массообмена и возможно минимальную поверхность теплообмена через стенку полотна для загрязненных полимеризующихся и коксующихся веществ.

Изобретение направлено на создание унифицированного перфорированного полотна для тарельчатых и насадочных контактных устройств, обеспечивающих широкий диапазон устойчивой работы, высокоразвитую поверхность массообмена и возможно минимальную поверхность теплообмена через стенку полотна для загрязненных, полимеризующихся и коксующихся веществ.

Это достигается тем, что в известном перфорированном полотне, выполненном в виде жалюзийной сетки, щелевые жалюзийные отверстия в листе перфорированного полотна толщиной не более 1 мм выполнены шириной S, равной 0,3-0,5 мм, с шагом, равным не более толщины листа, наклоном под углом α, равным 30-45°, отношением длины щели L к ее ширине S от 13 до 25, направлением жалюзийных каналов к горизонтальной оси координат под углом β, равным 30-45°, и расстоянием между жалюзийными каналами 1-2 мм.

Толщина листа не более 1 мм удешевляет технологию изготовления и общую стоимость полотна при надежном обеспечении оптимальных геометрических размеров перфорации полотна с шириной жалюзийных щелей S, равной 0,3-0,5 мм, с шагом, равным не более толщины листа, с углом наклона α, равным 30-45°, и отношением длины щели L к ее ширине S от 13-25. Ширина жалюзийных щелей, равная 0,3-0,5 мм, с шагом не более толщины листа позволяет осуществить равномерное распределение газа через перфорацию полотна, тем самым, обеспечить широкий диапазон устойчивой работы тарельчатых и насадочных контактных устройств с высокоразвитой поверхностью массообмена и минимальной поверхностью теплообмена через стенку. Угол наклона жалюзийных щелей α, равный 30-45°, снижает унос капельной жидкости на вышележащее полотно и позволяет в несколько раз снизить расстояние между перфорированными полотнами. Отношение длины щели к ее ширине от 13-25 обеспечивает отсутствие провала жидкости на нижележащее полотно в широком диапазоне скоростей движения газа и относительно высокую механическую прочность полотна. Направление жалюзийных каналов к горизонтальной оси координат под углом β, равным 30-45°, позволяет устранять “мертвые зоны” на верхней поверхности перфорированного полотна. За счет тангенциальных составляющих движения газа и жидкости на верхней части полотна устранить условия отложения механических примесей, полимеров и кокса. Расстояние между жалюзийными каналами 1-2 мм снижает поверхность теплообмена через стенку при обеспечении достаточной механической прочности перфорированного полотна.

Оптимальные геометрические размеры заявляемого перфорированного полотна определялись на холодном стенде вода-воздух для известного устройства [6] с изменением плотности насадки от 14 до 80 м²/м³. Плотность насадки 14 м²/м³ соответствует тарельчатому устройству с расстоянием между тарелками 70 мм, а плотность 80 м²/м³ соответствует регулярной насадке.

Проводились испытания на известных регулярных насадках, собранных в пакет [3], [4], [5] из вертикально расположенных гофрированных по треугольному профилю заявленных перфорированных полотен. Показатели работы насадки, собранной из заявленных перфорированных полотен, не уступают известной.

На чертеже изображено заявляемое перфорированное полотно.

Перфорированное полотно содержит лист 1 толщиной не более 1 мм, щелевые просечные отверстия в виде жалюзи 2 шириной S 0,3-0,5 мм, с шагом, равным не более толщины листа, с наклоном под углом α, равным 30-45°, отношением длины L к ее ширине S от 13 до 25, щелевых жалюзийных каналов 3, направленных под углом β, равным 30-45°, к горизонтальной оси координат, и расстоянием 4, равным 1-2 мм, между щелевыми жалюзийными каналами 3.

Перфорированное полотно работает следующим образом.

Равномерно распределенная жидкость течет по верхней поверхности перфорированного полотна параллельно оси Y. Газ подается под нижнюю поверхность перфорированного полотна и проходит через щелевые просечные отверстия в виде жалюзи 2 под углом α, равным 30-45°, и равномерно распределенный встречается с потоком жидкости под углом β, равным 30-45°, где образуется мелкодисперсная смесь газа с жидкостью с высокоразвитой поверхностью контакта фаз, одного из главных факторов, влияющих на интенсивность массопередачи. При этом перфорированное полотно работает в широком диапазоне скоростей 1,5-10 м/с через отверстия перфорации. При скорости выше 10 м/с резко возрастает гидравлическое сопротивление полотна. Не сконденсировавшийся газ поступает под вышележащее перфорированное полотно, а жидкость стекает на нижележащее полотно.

Использование предлагаемого унифицированного перфорированного полотна для тепло-массообменных устройств, работающих на загрязненных, коксующихся и полимеризующихся средах, обеспечит повышение эффективности массообмена, расширение диапазона устойчивой работы, снижение коэффициента теплопередачи через стенку за счет более равномерного распределения газовой фазы через отверстия малого сечения, расположенные между собой на относительно малом расстоянии.

Источники информации

1. М.А.Танатаров, М.Н.Ахметшина и др. “Технологические расчеты установок переработки нефти”, Химия, 1987 г., стр. 76-80, УДК 665.63/67: 9.001.2 (075.8).

2. М.А.Берлин, В.Г.Гореченков, Н.П.Волков. “Переработка нефтяных и природных газов”, Химия, 1981 г., стр. 393-395, УДК 655.632.

3. Проспект фирмы “SULZER”, 22.13.06.40, 1993 г., подготовленный редакцией журнала “Химическое и нефтяное машиностроение”, стр. 8, 9, 10, 17.

4. Авторское свидетельство 841655д, В 01 D 53/20, публ. 30.06.81.

5. ЕР 0492802 А1, кл. В 01 J 9/32, публ. 01.07.92 г.

6. Патент на изобретение №2206392, В 01 J 9/32, зарегистрирован 20.06.2003 г.

Предложенное перфорированное полотно относится к тарельчатым и насадочным контактным устройствам для проведения тепло- и массообменных процессов и может быть использовано в химической технологии, нефтехимии, теплоэнергетике и других отраслях промышленности. Перфорированное полотно включает в себя лист, снабженный жалюзийными щелями. Данные жалюзийные щели выполнены в листе толщиной не более 1 мм, шириной S, равной 0,3-0,5 мм, с шагом, равным не более толщины листа, с наклоном под углом α, равным 30-45°, отношение длины щели L к ее ширине S от 13 до 25, направлением жалюзийных каналов к горизонтальной оси координат под углом β, равным 30-45°, и расстоянием между жалюзийными каналами 1-2 мм. Данная конструкция перфорированного полотна, работающая на загрязненных, коксующихся и полимеризующихся средах, обеспечивает повышение эффективности массообмена, расширение диапазона устойчивой работы, снижение коэффициента теплопередачи через стенку за счет более равномерного распределения газовой фазы через отверстия малого сечения, расположенные между собой на относительно малом расстоянии. 1 ил.

Перфорированное полотно для тепло- и массообменных устройств, включающее в себя лист, снабженный жалюзийными щелями, отличающееся тем, что в листе толщиной не более 1 мм жалюзийные щели выполнены шириной S, равной 0,3-0,5 мм, с шагом, равным не более толщины листа, с наклоном под углом α, равным 30-45°, отношением длины щели L к ее ширине S 13-25, направлением жалюзийных каналов к горизонтальной оси координат под углом β, равным 30-45°, и расстоянием между жалюзийными каналами 1-2 мм.