КАТАЛИТИЧЕСКИЙ ЕРШ-НАСАДКА ДЛЯ МАССООБМЕННЫХ РЕАКТОРОВ Российский патент 2005 года по МПК B01J19/30 C02F3/10 

Изобретение относится к устройствам для проведения массообменных, биореакционных и хемореакционных процессов и может быть использовано для очистки газов, природных и сточных вод, а также получения биосинтетических продуктов в медицинской, микробиологической и других отраслях промышленности, коммунальном хозяйстве.

Известно использование волокнистых насадок в виде пучков волокон для массообменных, биореакционных и фильтрационных процессов [1].

Однако такая насадка в процессе эксплуатации растягивается под собственным весом и весом влажной биомассы или сорбированных механических примесей, при обрыве сердечника шнуры раскручиваются и выпадают волокна, не выявлено требуемое соотношение модифицированных добавками в волокно катализаторов и жестких волокон лески или щетины в готовом ерше, что не позволяет использовать устройство для ведения целенаправленных биореакционных и хемореакционных процессов очистки газов, природных и сточных вод.

Наиболее близкой по конструкции, по прочностным, массообменным и фильтрационным характеристикам является насадка [2], выполненная в виде упорядоченно зафиксированных на каркасе волокнистых, цилиндрических элементов бесконечной длины, включающих сердечник, состоящий из скрученных между собой отдельных шнуров, с расходящимися от него в радиальном направлении множеством отрезков волокнистых элементов, винтовым поверхностям и двумя рядами, разделенными по середине центральным шнуром, а середина каждого из отрезков волокон прижата периферийными шнурами к центральному шнуру и с двух сторон от него - к соответствующим волокнам другого ряда с образованием тройного изгиба середины отрезков волокон между шнурами, волокнистые элементы состоят из набора волокон со смачиваемой и несмачиваемой поверхностями на единице длины элемента и разных диаметров, при этом центральный шнур и два периферийных шнура состоят из некорродирующей проволоки, и не менее двух периферийных шнуров состоят из крученого химволокна, некорродирующая металлическая проволока имеет сопротивление деформации не более 180 МПа.

Однако попытки скрутки модифицированных катализаторами из смеси оксидов переменновалентных металлов волокон не увенчались успехом, т.к. модифицированные волокна при тройном изгибе и фиксации на центральном металлическом шнуре обламываются. Каждое каталитическое волокно должно быть защищено от больших изгибов при регенерации и вытаскивании из воды опорой из капроновых или лавсановых волокон лески или щетины, тройной изгиб должен быть более плавным, но достаточно прочным.

Задачи изобретения - повышение реакционной способности насадки за счет включения в состав волокон катализаторов и исключение обламывания хрупких каталитических волокон при эксплуатации.

Поставленные задачи решаются за счет выполнения центрального шнура сердечника из полимерной нити диаметром, по меньшей мере, вдвое большего диаметра, чем диаметр каталитического волокна, навивкой поверх центрального шнура первого слоя периферийных шнуров из крученых полимерных волокон и второго слоя поверх первого из периферийных шнуров некорродирующей металлической проволоки с уровнем сопротивления металла деформации 180 МПа, размещением в насадке смеси каталитических волокон из лески или щетины диаметром более 0,2 мм в соотношении не более 1:2, что позволяет иметь каждому каталитическому волокну по четырем направлениям опору из жесткого полимерного волокна лески или щетины указанного выше диаметра.

На чертеже показана насадка в виде цилиндра, имеющая сердечник 1, включающий центральный шнур 2, периферийные шнуры 3 из полимерных крученых волокон и периферийные шнуры 4 из некорродирующей металлической проволоки, а также отрезки волокнистых элементов 5 набора волокон различного состава и диаметра.

В предлагаемом устройстве наличие периферийных металлических шнуров обеспечивает достаточную прочность и незначительное растяжение сердечника насадки при значительных продольных растягивающих усилиях. Защемление отрезков волокон к центральному полимерному шнуру сердечника металлическими шнурами поверх периферийных шнуров из полимерного крученого волокна обеспечивает щадящие условия прижатия каталитических волокон к центральному шнуру, а выполнение центрального шнура по меньшей мере вдвое большего диаметра, чем диаметр каталитического волокна, гарантирует щадящие условия тройного изгиба каталитического волокна и исключает его обламывание при навивке в ерш. Вдвое большее содержание волокон лески или щетины диаметром не менее 0,2 мм в насадке по отношению к количеству каталитических волокон позволяет окружить каждое каталитическое волокно со всех четырех сторон волокнами лески или щетины и при вытаскивании насадки из воды обеспечить поддержание формы ерша, исключить большие провисания и обламывания хрупких каталитических волокон. На чертеже квадратиками обозначены каталитические волокна, а кружочками - волокна лески. Количество каталитических волокон в ерше может быть найдено по формуле N_к=1+3·n, а волокон лески N_л=4+5·n. При n=100; N_к=301, a N_л=504. При любом значении n N_л>N_к не менее чем в 2 раза.

Поскольку общее количество волокон N_л+N_к может быть записано как N_к+2N_к, т.е. 3N_к, то из общего числа волокон 3N_к не менее 2/3 волокон будет из лески и не более 1/3 составят волокна каталитические.

Назначение минимального диаметра лески, равным 0,2 мм, обусловлено жесткостью лески и техническими потребностями поддержания формы ерша при эксплуатации в массообменных реакторах, ориентируясь на величину диаметра ерша 120 мм.

Источники информации

1. Патент Украины №6115, Авт.св. СССР №1540078 A1, B 01 J 19/30. Насадка для массообменных и реакционных аппаратов. Авторы: Н.И.Куликов, В.Г.Потоцкий.

2. Патент РФ на изобретение №2182848. Насадка для массообменных, преимущественно биореакционных, аппаратов. Патентообладатель: OOO «Фирма Экос». Авторы Н.И.Куликов и др. Приоритет от 16.04.2001 г.

Изобретение относится к устройствам для проведения массообменных, биореакционных и хемореакционных процессов и может быть использовано для очистки газов, природных и сточных вод, а также получения биосинтетических продуктов в медицинской, микробиологической, и других отраслях промышленности, коммунальном хозяйстве. Задача изобретения - повышение реакционной способности, исключение обламывания хрупких каталитических волокон в процессе эксплуатации. Поставленная задача решается тем, что центральный шнур сердечника волокнистых элементов насадки выполнен из полимерного волокна, например капрона, диаметром, вдвое превышающим диаметр отдельных волокнистых элементов, комплектующих насадку, часть волокнистых элементов насадки модифицирована катализаторами, соотношение волокон модифицированных и немодифицированных из жестких волокон лески или щетины должно быть не более чем 1:2. Первыми поверх центрального шнура уложены полимерные из крученного химволокна периферийные шнуры, а сверху на них навиты некорродирующие металлические периферийные шнуры. Введение в насадку каталитических волокон увеличивает реакционную способность насадки, а соотношение 1:2 каталитических и некаталитических волокон, как и использование в качестве центрального шнура сердечника полимерной нити, вдвое большего диаметра, чем диаметр любого комплектующего насадку волокна, обеспечивает стойкость насадки к обламыванию волокон в процессе эксплуатации. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Каталитический ерш-насадка для массообменных реакторов, выполненная в виде упорядоченно зафиксированных на каркасе цилиндрических волокнистых элементов, включающих сердечник, состоящий из скрученных между собой отдельных шнуров, с расходящимися от него в радиальном направлении множеством отрезков волокнистых элементов по винтовым поверхностям и двумя рядами разделенных посередине центральным шнуром, а середина каждого из отрезков волокон прижата периферийными комплексными нитями из крученого химволокна и двумя металлическими шнурами из некорродирующего металла с сопротивлением деформации не более 180 МПа, отличающийся тем, что часть отрезков полимерных волокнистых элементов модифицирована катализатором, центральный шнур сердечника выполнен из капроновой или любой другой полимерной лески диаметром не менее удвоенного диаметра навиваемых модифицированных катализатором волокнистых элементов.2. Каталитический ерш-насадка по п.1, отличающийся тем, что набор отрезков волокнистых элементов не менее чем на 2/3 по количеству волокон состоит из капроновой лески диаметром не менее 0,2 мм и не более чем на 1/3, состоит из модифицированных катализатором полимерных волокон.