ЧЕРЕДУЮЩАЯСЯ НАСАДКА БОЛЬШОЙ ЕМКОСТИ В ОДНОЙ И ТОЙ ЖЕ СЕКЦИИ ОБМЕННОЙ КОЛОННЫ Российский патент 2008 года по МПК B01J19/32 F25J1/00 

Уровень техники

Изобретение относится к структурированной насадке и к способам установки этой насадки в обменной колонне. Структурированная насадка применяется, в частности, в криогенных способах разделения воздуха, хотя ее можно использовать и в других способах тепло- и/или массопередачи, в которых можно применять структурированную насадку.

Используемый здесь термин «колонна» (или «обменная колонна») означает колонну или зону перегонки или фракционирования, т.е. колонну или зону, в которых жидкая или паровая фазы контактируют противотоком, чтобы разделять смесь текучей среды, например, контактированием паровой или жидкой фазы на элементах насадки или на ряде вертикально с интервалом расположенных тарелок, установленных в колонне.

Используемый здесь термин «секция колонны» (или «секция») означает зону в колонне, заполняющую диаметр колонны. Верх или низ данной секции или зоны заканчивается в распределителях жидкости или пара, соответственно.

Используемый здесь термин «насадка» означает сплошные или полые элементы заданного размера, формы и конфигурации, используемые как интервалы колонны для обеспечения площади поверхности для жидкости для массопередачи на поверхности раздела между жидкой и парообразной фазами во время противотока двух фаз. Известны два общих класса насадки: «произвольные» и «структурированные».

Используемый здесь термин «произвольная насадка» означает насадку, в которой отдельные элементы не имеют определенной ориентации относительно друг друга или относительно оси колонны. Произвольные насадки: небольшие, полые конструкции с большой площадью поверхности на единицу объема, установленные в колонне произвольно.

Используемый здесь термин «структурированная насадка» означает насадку, в которой отдельные элементы имеют определенную ориентацию по отношению друг к другу и к оси колонны. Структурированные насадки обычно выполнены из тонкой металлической фольги, из развернутого металлического или плетеного из проволоки экрана, уложенного слоями или в виде спиральной намотки.

В таких способах, как перегонка или охлаждение прямым контактом, целесообразно использовать структурированную насадку для повышения тепло- и массопередачи между проходящими в противотоке жидкостью и паром. Структурированная насадка по сравнению с произвольной насадкой или тарелками улучшает тепло- и массопередачу с меньшим перепадом давления. Она также имеет более предсказуемые рабочие характеристики, чем произвольная насадка.

Криогенное разделение воздуха выполняется прохождением жидкости и пара в противоточном контакте через дистилляционную колонну. Паровая фаза этой смеси поднимается вверх с постоянно повышающейся концентрацией более летучих компонентов (например, азота), при этом жидкая фаза этой смеси опускается с постоянно повышающейся концентрацией менее летучих компонентов (например, кислорода). Для осуществления контакта между жидкой и газообразной фазами смеси для массопередачи между фазами можно использовать разные насадки или тарелки.

Наиболее распространенная структурированная насадка представляет собой гофрированные листы металлической или пластмассовой фольги (или гофрированной сетчатой ткани), уложенные вертикально. Эти виды фольги могут иметь различные формы отверстий и/или особенности текстуры поверхности в целях повышения кпд тепло- и массопередачи. Пример этого типа структурированной насадки описан в патенте США №4,296,050 (Meier). Из уровня техники хорошо известно, что сетчатый тип насадки обеспечивает эффективное распространение жидкости и дает хорошие показатели массопередачи, но сетчатый тип насадки более дорогостоящий, чем большинство насадок из фольги.

В обычной практике гофрированные листы структурированной насадки имеют по существу одинаковую высоту и прямо срезанные края (т.е. «невидоизмененные» края), в результате чего основание и верх каждой секции или «брикет» по существу плоские. Брикеты укладываются одна сверху другой, образуя слои структурированной насадки.

Множество слоев структурированной насадки размещено между соответствующими опорами внутри обменной колонны, при этом формируются насадочные секции. Соседние слои можно поворачивать относительно друг друга, чтобы облегчить распространение и смешивание пара и жидкости во время нормальной работы. Распределители жидкости и пара размещены над и под каждой насадочной секцией, чтобы направлять эти виды текучей среды единообразно в насадочные секции.

Емкость структурированной насадки ограничивается сопротивлением течению текучей среде на границах между следующими друг за другом слоями насадки в насадочной секции. Желательно увеличить емкость структурированной насадки, т.к. увеличение емкости позволяет использовать менее структурированную насадку для данного разделения, в результате чего снижаются затраты на осуществление разделения.

Обычно емкость структурированной насадки ограничивается захлебыванием колонны. Захлебывание массопередачи, представляющее собой преждевременное ухудшение массопередачи до наступления гидравлического затопления, происходит, когда кпд массопередачи колонны начинает быстро снижаться с увеличением потока пара и/или жидкости в колонне. Гидравлическое захлебывание происходит, когда перепад давления на слое насадочного материала начинает быстро повышаться с увеличением потока пара и/или жидкости.

Из уровня техники известно, что емкость структурированной насадки можно увеличить путем видоизменения краев отдельных листов насадки. Типичными видоизменениями являются следующие: уменьшение высоты гофра, изменение угла гофрировки, зазубренности, отверстия и пр., и эти видоизменения обычно выполняются снизу всех листов или сверху и снизу чередующихся листов. Примеры этих видоизменений раскрыты в патентах США №5632934 и 6101841 (Billingham, et al.). Другие видоизменения включают S-образные конфигурации на обоих концах каждого листа, например, согласно ЕР 0858366 В1, патенту США №6206349 (Parten) и международной заявке WO 97/16247. Все эти видоизменения выполнены таким образом, что во время работы перепад давления в переходах снижается. В документе ЕР 0858830 А1 раскрывается, что для обеспечения хороших показателей массопередачи важно обеспечить плоский верх с одновременными видоизменениями края для увеличения емкости. Работа колонны с насадкой при перепаде давления, большем чем 0,7 дюйма воды на фут, описывается в патентах США №5921109 и №6212907 В1 (Billingham, et. al.). Эти патенты раскрывают выполнения, согласно которым видоизменена только нижняя поверхность листов насадки; и выполнения, согласно которым видоизменены и верхняя, и нижняя поверхности листов насадки.

Несмотря на то что емкость обычной гофрированной структурированной насадки можно увеличить путем видоизменения верхних и/или нижних краев, эта насадка с повышенной емкостью с видоизмененным краем не всегда надежным образом соответствует свому пропорциональному увеличению от небольших лабораторных колонн малого диаметра до промышленных колонн большого диаметра в отношении показателей массопередачи колонн. Тщательное экспериментирование в маломасштабных лабораторных колоннах может определить геометрические характеристики, которые также будут соответствовать хорошим показателям массопередачи. Несмотря на то что увеличение емкости будет надежным образом соответствовать увеличению масштаба, показатели массопередачи могут быть непрогнозируемыми в крупных промышленных колоннах. Дополнительное увеличения высоты насадки обходится дорого и может аннулировать преимущество выигрыша от увеличения емкости.

Желательно обеспечить узел структурированной насадки в обменной колонне, который будет значительно увеличивать емкость структурированной насадки без значительного ухудшения показателей массопередачи обменной колонны.

Также желательно увеличить емкость секции структурированной насадки в обменной колонне за счет снижения сопротивления потоку текучей среды на границах между слоями насадки в насадочной секции.

Также желательно обеспечить узел структурированной насадки в обменной колонне, который будет обеспечивать улучшение рабочих показателей по сравнению с показателями при использовании только структурированной насадки известного уровня техники.

Также желательно обеспечить узел структурированной насадки в обменной колонне, который будет улучшать рабочие показатели криогенных установок, например, для разделения воздуха и для другого оборудования тепло/массопередачи.

Также желательно обеспечить узел структурированной насадки в обменной колонне, который будет устранять многие трудности и недостатки известного уровня техники и обеспечивать улучшение, или большее число целесообразных результатов.

Также желательно обеспечить способ сборки и установки узла структурированной насадки в обменной колонне, который будет лучшим по сравнению с известным уровнем техники и который будет также обеспечивать устранение многих трудностей и недостатков известного уровня техники и улучшение преимущественных результатов.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение представляет собой узел структурированной насадки, выполненный с возможностью использования в способе криогенного разделения воздуха, способ для осуществления массо- и/или теплообмена между двумя текучими средами и в обменной колонне для тепло- и/или массообмена между первой фазой и второй фазой. Изобретение также относится к способу сборки узла структурированной насадки в обменной колонне.

Существует несколько вариантов выполнения данного узла. Первый вариант относится к узлу из множества по существу вертикально расположенных рядом друг с другом слоев структурированной насадки. Каждый слой содержит множество по существу горизонтально расположенных рядом элементов структурированной насадки, при этом каждый элемент структурированной насадки имеет верхний край и нижний край, противоположный верхнему краю. Каждый слой имеет верх, содержащий множество верхних краев, и низ, содержащий множество нижних краев. Узел включает первый слой структурированной насадки, причем по меньшей мере один из верхнего и нижнего края видоизменен по меньшей мере на одном элементе структурированной насадки в первом слое; и второй слой структурированной насадки, расположенный вертикально рядом с первым слоем структурированной насадки, причем верхние края и нижние края не являются видоизмененными по существу на всех элементах структурированной насадки во втором слое, причем либо невидоизмененный верхний край, либо невидоизменненный нижний край по меньшей мере на одном из элементов структурированной насадки во втором слое находится рядом с одним из видоизмененных краев первого слоя.

Согласно первому варианту осуществления узла по меньшей мере один из элементов структурированной насадки является гофрированным, при этом каждый гофрированный элемент структурированной насадки имеет множество гофрировок, образующих чередующиеся гребни и впадины по меньшей мере на части по меньшей мере одной поверхности гофрированного элемента структурированной насадки. Согласно этому варианту по меньшей мере один из верхнего края и нижнего края по меньшей мере одного элемента структурированной насадки в первом слое видоизменен, т.е. имеет по меньшей мере одно видоизменение края из числа следующих: уменьшенная высота гофра, измененный угол гофрировки, зазубренность, отверстие и S-образная гофрировка.

В другом варианте осуществления узла второй слой структурированной насадки выполнен с возможностью поворота под углом относительно первого слоя структурированной насадки. В этом варианте приблизительное значение угла составляет от 0^о до 90^о. Согласно еще одному варианту по меньшей мере один из видоизмененных краев по меньшей мере одного из элементов структурированной насадки в первом слое имеет высоту видоизмененного края, составляющую приблизительно от 5 до 15% всей высоты элемента структурированной насадки.

Второй вариант узла аналогичен первому варианту, но содержит третий слой структурированной насадки, расположенный вертикально рядом со вторым слоем структурированной насадки в местоположении напротив первого слоя структурированной насадки, причем, по меньшей мере, один из верхнего края и нижнего края видоизменен по меньшей мере на одном элементе структурированной насадки в третьем слое, причем другой один невидоизмененный верхний край и невидоизмененный нижний край по меньшей мере на одном из элементов структурированной насадки во втором слое расположен рядом с одним из видоизмененных краев в третьем слое.

Третий вариант узла является узлом множества по существу вертикально расположенных рядом друг с другом слоев структурированной насадки. Каждый слой содержит множество по существу горизонтально расположенных рядом друг с другом элементов структурированной насадки, причем каждый элемент структурированной насадки имеет верхний край и нижний край, противоположный верхнему краю. Каждый слой имеет верх, содержащий множество верхних краев, и низ, содержащий множество нижних краев. Узел включает первый слой структурированной насадки, причем верхний край и нижний край видоизменены по меньшей мере на одном элементе структурированной насадки в первом слое; второй слой структурированной насадки, расположенный внизу и вертикально рядом с первым слоем структурированной насадки; причем верхние края и нижние края невидоизменены по существу на всех элементах структурированной насадки во втором слое; и третий слой структурированной насадки, расположенный внизу и вертикально рядом со вторым слоем структурированной насадки; причем верхний край и нижний край видоизменены, по меньшей мере, на одном элементе структурированной насадки в третьем слое.

Еще один вариант изобретения относится к обменной колонне для тепло/массообмена между первой фазой и второй фазой. Обменная колонна имеет по меньшей мере одну секцию структурированной насадки, содержащую по меньшей мере один узел из множества расположенных по существу вертикально рядом друг с другом слоев структурированной насадки, как в одном из упомянутых выше вариантов.

Еще один вариант изобретения относится к способу криогенного разделения воздуха, согласно которому осуществляют контакт пара и жидкости противотоком по меньшей мере в одной дистилляционной колонне, содержащей по меньшей мере одну зону массопередачи; при этом контакт жидкости и пара друг с другом выполняют по меньшей мере в одной секции структурированной насадки, содержащей по меньшей мере один узел из множества по существу вертикально расположенных рядом друг с другом слоев структурированной насадки, как в одном из описанных выше вариантов.

Еще один вариант изобретения относится к способу массо- и/или теплообмена между двумя текучими средами, согласно которому осуществляют контакт текучих сред по меньшей мере в одной обменной колонне, в которой контакт между текучими средами выполняют по меньшей мере в одной секции структурированной насадки, содержащей по меньшей мере один узел из множества по существу вертикально расположенных рядом друг с другом слоев структурированной насадки, как в одном из описанных выше вариантов.

Существует несколько вариантов способа сборки согласно изобретению. Первый вариант относится к способу сборки узла из множества расположенных по существу вертикально рядом друг с другом слоев структурированной насадки. Каждый слой содержит множество расположенных по существу горизонтально элементов структурированной насадки, причем каждый элемент структурированной насадки имеет верхний край и нижний край, противоположный нижнему краю. Каждый слой имеет верх, содержащий множество верхних краев, и низ, содержащий множество нижних краев. Способ сборки включает этапы сборки. На первом этапе обеспечивают обменную колонну. На втором этапе в обменной колонне устанавливают первый слой структурированной насадки; причем по меньшей мере один из верхнего края и нижнего края видоизменяют по меньшей мере на одном элементе структурированной насадки в первом слое. На третьем этапе в обменной колонне устанавливают второй слой структурированной насадки, расположенный вертикально рядом с первым слоем структурированной насадки; при этом верхние края и нижние края не видоизменяют по существу на всех элементах структурированной насадки во втором слое, причем либо невидоизмененный верхний край, либо невидоизмененный нижний край, по меньшей мере, на одном из элементов структурированной насадки во втором слое примыкает к одному из видоизмененных краев в первом слое.

Существует несколько вариантов способа сборки настоящего изобретения. В одном из вариантов по меньшей мере один из элементов структурированной насадки гофрированный, причем каждый гофрированный элемент структурированной насадки имеет множество гофрировок, формирующих чередующиеся гребни и впадины по меньшей мере на части по меньшей мере одной поверхности гофрированного элемента структурированной насадки. В этом варианте по меньшей мере один из верхнего края и нижнего края по меньшей мере одного элемента структурированной насадки в первом слое видоизменен, т.е. имеет по меньшей мере одно видоизменение края из числа следующих: уменьшенная высота гофра, измененный угол гофрировки, зазубренность, отверстие и S-образная гофрировка.

Согласно еще одному варианту способа сборки второй слой структурированной насадки поворачивают на некоторый угол относительно первого слоя структурированной насадки. В этом варианте приблизительное значение угла составляет от 0^о до 90^о. Согласно еще одному варианту по меньшей мере один из видоизмененных краев по меньшей мере одного из элементов структурированной насадки в первом слое имеет высоту видоизмененного края, составляющую приблизительно от 5 до 15% всей высоты элемента структурированной насадки.

Второй вариант способа сборки аналогичен первому варианту способа, но включает дополнительный этап установки в обменной колонне третьего слоя, расположенного вертикально рядом со вторым слоем структурированной насадки в местоположении напротив первого слоя структурированной насадки, причем по меньшей мере один из верхнего края и нижнего края видоизменяют по меньшей мере на одном элементе структурированной насадки в третьем слое, причем другой один из невидоизмененного верхнего края и невидоизмененного нижнего края по меньшей мере на одном из элементов структурированной насадки во втором слое расположен рядом с одним из видоизмененных краев в третьем слое.

Третий вариант относится к способу сборки узла из множества расположенных по существу вертикально рядом друг с другом слоев структурированной насадки. Каждый слой содержит множество по существу горизонтально рядом друг с другом расположенных элементов структурированной насадки, причем каждый элемент структурированной насадки имеет верхний край и нижний край, противоположный верхнему краю. Каждый слой имеет верх, содержащий множество верхних краев, и низ, содержащий множество нижних краев. Третий вариант способа включает выполнение множества этапов. На первом этапе обеспечивают обменную колонну. На втором этапе в обменной колонне устанавливают первый слой структурированной насадки; причем по меньшей мере один из верхнего края и нижнего края видоизменяют по меньшей мере на одном элементе структурированной насадки в первом слое. На третьем этапе в обменной колонне устанавливают второй слой структурированной насадки, расположенный вертикально рядом с первым слоем структурированной насадки; при этом верхние края и нижние края не видоизменяют по существу на всех элементах структурированной насадки во втором слое. Четвертый этап заключается в установке в обменной колонне третьего слоя структурированной насадки, расположенного под вторым слоем структурированной насадки и вертикально рядом с ним; причем верхний край и нижний край видоизменяют по меньшей мере на одном элементе структурированной насадки в третьем слое.

Краткое описание чертежей

Изобретение будет раскрыто на примере со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг.1 - принципиальная схема насадочной секции известного уровня техники в обменной колонне с использованием невидоизмененных гофрированных элементов структурированной насадки в каждом из расположенных рядом друг с другом слоев насадки в насадочной секции;

Фиг.2 - принципиальная схема еще одной насадочной секции известного уровня техники в обменной колонне с использованием насадки большой емкости известного уровня техники; при этом каждый расположенный рядом с другим слой насадки содержит гофрированные элементы структурированной насадки с видоизмененным краем и сверху, и снизу;

Фиг.3 - принципиальная схема еще одной насадочной секции известного уровня техники в обменной колонне с использованием насадки большой емкости известного уровня техники; при этом каждый расположенный рядом с другим слой насадки содержит еще один тип гофрированных элементов структурированной насадки с видоизмененным краем и сверху, и снизу;

Фиг.4 - принципиальная схема, поясняющая один из вариантов осуществления настоящего изобретения; и

Фиг.5 - принципиальная схема, поясняющая еще один из вариантов осуществления настоящего изобретения.

Подробное описание изобретения

В настоящем изобретении используются чередующиеся слои структурированной насадки известного уровня техники («невидоизмененная» структурированная насадка) и структурированной насадки с видоизмененным краем в одной и той же секции обменной колонны. За счет структурированной насадки с видоизмененным краем обеспечивается увеличенная емкость, а наличие структурированной насадки известного уровня техники гарантирует хорошие показатели массопередачи, особенно в промышленных обменных колоннах большого диаметра.

Было обнаружено, что видоизменения края структурированной насадки могут обеспечить повышение гидравлической емкости насадочной секции. В частности, перепад давления можно уменьшить при том же расходе или можно повысить расход при том же перепаде давления по сравнению с невидоизмененной структурированной насадкой известного уровня техники.

Многие виды видоизменений края можно выполнить таким образом, чтобы получить хорошие характеристики массопередачи модифицированной структурированной насадки при помощи лабораторных колонн, которые обычно имеют небольшой диаметр. Но эти насадки с видоизмененными краями не всегда обеспечивают те же характеристики в крупномасштабных колоннах обычного промышленного применения. Хотя снижение перепада давления пропорционально соответствует лабораторным установкам и поэтому обеспечивает большим колоннам предполагаемое увеличение гидравлической емкости, но при этом массопередача изменяется неприемлемо. Для устранения этой неопределенности нужно увеличить высоту насадки в промышленных колоннах, но это влечет за собой удорожание системы.

Настоящее изобретение решает эту проблему путем применения насадочных секций, в которых используются чередующиеся слои структурированной насадки известного уровня техники («невидоизмененная» структурированная насадка) и структурированная насадка с «видоизмененным» краем. В одном из вариантов эти слои используются в строго определенном чередовании, т.е. один «невидоизмененный слой» для каждого слоя с «видоизмененным» краем.

Согласно еще одному варианту «невидоизмененный» слой(и) структурированной насадки используется периодически в секции таким образом, что секция содержит один «невидоизмененный» слой структурированной насадки на каждые два-три слоя с «видоизмененным» краем структурированной насадки. Специалистам в данной области техники будет ясно, что возможными будут и многие другие варианты с помощью разных последовательностей или компоновок двух разных типов слоев насадки (видоизмененной и невидоизмененной).

Обращаясь к чертежам, на фиг.1-3 показаны насадочные секции в обменных колоннах известного уровня техники; и на фиг.4-5 показаны два варианта настоящего изобретения. В отношении известного уровня техники, на фиг.1 показана насадочная секция колонны с обычной насадкой; и на фиг.2 и 3 показаны насадочные секции колонны с двумя разными типами обычной насадки большой емкости, описанной ниже. Сравнение расположений слоев в насадочных секциях известного уровня техники (фиг.1-3) с расположениями слоев в насадочных секциях настоящего изобретения (фиг.4-5) целесообразно для пояснения/понимания настоящего изобретения.

В насадочной секции известного уровня техники, показанной на фиг.1, используются невидоизмененные гофрированные элементы структурированной насадки в каждом из расположенных рядом друг с другом слоев насадки в насадочной секции. Верхний слой 11 такой же, как и нижний слой 11. Средний слой 11' такой же, как и другие два слоя 11, но выполнены с возможностью поворота на 90^о по отношению к этим слоям.

В насадочной секции большой емкости известного уровня техники согласно фиг.2 используется несколько слоев гофрированных элементов структурированной насадки с видоизмененным краем и сверху, и снизу элементов. В поясняемой насадочной секции видоизменение края представляет собой S-образную гофрировку, которая обращена к направлению прохождения текучих сред по этой секции. Согласно фиг.2, видоизмененные края 12 находятся и сверху, и снизу каждого верхнего слоя 22 и нижнего слоя 22. На границах раздела среднего слоя между верхним слоем и нижним слоем видоизмененные края 12' среднего слоя примыкают к видоизмененным краям 12 верхнего и нижнего слоев 22. Средний слой 22' такой же, как верхний и нижний слои 22, но выполнен с возможностью поворота на 90° по отношению к этим слоям.

В насадочной секции известного уровня техники большой емкости согласно фиг.3 верхний слой 33 и нижний слой 33 такие же, как и средний слой 33' за исключением того, что он выполнен с возможностью поворота на 90° по отношению к другим двум слоям. Каждый слой выполнен из гофрированных элементов структурированной насадки с видоизмененным краем (которые видоизменены иначе по сравнению с фиг.2), причем эти элементы видоизменены и сверху, и снизу. На границе раздела среднего слоя и верхнего слоя и на границе раздела среднего слоя и нижнего слоя видоизмененные края 13' среднего слоя находятся рядом с видоизмененными краями 13 верхнего и нижнего слоев 33. Видоизменение краев имеет вид зазубрин, показанных как вырезы (в виде треугольников) сверху и снизу каждого из верхнего и нижнего слоев 33 на фиг.3.

В этом варианте изобретения согласно фиг.4 средний слой 11' гофрированной структурированной насадки тот же, что и средний слой 11' насадки известного уровня техники согласно фиг.1. Края элементов в этом среднем слое невидоизменены. Но верхний слой 22 гофрированной структурированной насадки и нижний слой 22 гофрированной структурированной насадки имеют видоизмененные края 12. Граница раздела между верхним слоем 22 и средним слоем 11' имеет невидоизмененный край сверху среднего слоя 11' рядом с видоизмененным краем 12 снизу верхнего слоя 22. Аналогично, на границе раздела между средним слоем 11' и нижним слоем 22 находится невидоизмененный край снизу среднего слоя 11' рядом с видоизмененным краем 12 сверху нижнего слоя 22.

В этом изобретении видоизмененные края сверху слоя составляют около 5-15% всей высоты слоя, и видоизмененные края снизу слоя составляют около 5-15% всей высоты слоя. Поэтому для слоя с видоизмененными краями и сверху, и снизу видоизмененные края составляют около 10-30% всей высоты слоя.

В варианте согласно фиг.4 видоизменения края имеют вид S-образных гофрировок. Но специалистам в данной области техники будет ясно, что существуют и другие виды видоизменения краев, которые можно использовать в других вариантах изобретения, включая, помимо прочего: уменьшение высоты гофров, изменение угла гофрировки, различные типы зазубренности, отверстия и пр.

На фиг.5 показан еще один вариант изобретения. В этом варианте верхний слой 33 гофрированной структурированной насадки и нижний слой 33 гофрированной структурированной насадки имеют видоизмененные края 13. Средний слой 11' на фиг.5 такой же, как и слой 11' гофрированной структурированной насадки известного уровня техники согласно фиг.1. В варианте согласно фиг.5 невидоизмененный край сверху среднего слоя 11' находится рядом с видоизмененным краем снизу верхнего слоя 33. Также невидоизмененный край снизу среднего слоя 11' находится рядом с видоизмененным краем 13 сверху нижнего слоя 33.

В насадочных секциях, поясняемых в вариантах изобретения на фиг.4 и 5, показано ограниченное число (три) слоев для пояснения изобретения, для которого фактически требуются только два слоя (обычный слой в примыкании к видоизмененному слою с видоизмененными краями на границе раздела двух слоев). Специалистам в данной области техники будет ясно, что насадочная секция согласно изобретению в обменной колонне может иметь гораздо больше слоев над и под слоями, показываемыми на фиг.4 и 5.

Как упоминалось выше, чередование или последовательность слоев обычной насадки (невидоизмененной насадки) со слоями насадки большой емкости (видоизмененной насадки) может изменяться во многих отношениях от вариантов, здесь поясняемых и/или излагаемых. Как упомянуто выше, один из вариантов заключается в определенном чередовании (т.е. один «невидоизмененный» слой на каждый слой с «видоизмененным» слоем). Вариант один «невидоизмененный» слой насадки на каждые два-три «видоизмененных» слоя насадки. Но последовательность и компоновка слоев в секции или колонне не обязательно должны быть единообразными или симметричными, т.к. возможны и другие расположения - при том условии, что каждая граница раздела обычного слоя насадки с примыкающим слоем большой емкости будет содержать невидоизмененный край (обычного слоя) в примыкании к видоизмененному краю (слоя большой емкости).

Специалистам в данной области техники будет ясно, что возможны и многие другие варианты изобретения. Например, каждый слой согласно фиг.4 и 5 имеет по существу одинаковую высоту в поясняемых вариантах изобретения, но некоторые, или все, слои могут иметь разную длину в других вариантах изобретения.

Соответственно, настоящее изобретение не ограничивается подробностями, указываемыми в пояснении и описании определенных осуществлений. Различные модификации можно предусмотреть в отношении частностей изобретения в рамках и в объеме эквивалентов формулы изобретения в пределах сущности изобретения.

Изобретение относится к структурированной насадке и к способам установки этой насадки в массообменной колонне. Узел насадки в обменной колонне содержит множество по существу вертикально расположенных рядом друг с другом слоев структурированной насадки. Каждый слой содержит множество по существу горизонтально расположенных рядом элементов структурированной насадки, каждый из которых имеет верхний край и нижний край. Каждый слой имеет верх, содержащий множество верхних краев, и низ, содержащий множество нижних краев. В первом слое насадки, по меньшей мере, один из верхнего края и нижнего края видоизменен по меньшей мере на одном элементе. Во втором слое насадки, расположенном вертикально рядом с первым слоем, верхние края и нижние края не являются видоизмененными по существу на всех элементах, причем один из невидоизмененного верхнего края либо невидоизменненного нижнего края, по меньшей мере, на одном из элементов во втором слое находится рядом с одним из видоизмененных краев первого слоя. Узел структурированной насадки в обменной колонне позволяет значительно увеличивать емкость структурированной насадки без ухудшения показателей массопередачи обменной колонны. 7 н. и 12 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Узел из множества по существу вертикально расположенных рядом друг с другом слоев структурированной насадки, причем каждый слой содержит множество по существу горизонтально расположенных рядом элементов структурированной насадки, при этом каждый элемент структурированной насадки имеет верхний край и нижний край, противоположный верхнему краю, и каждый слой имеет верх, содержащий множество верхних краев, и низ, содержащий множество нижних краев, причем упомянутый узел включает первый слой структурированной насадки, причем, по меньшей мере, либо один из верхнего края и нижнего края видоизменен, по меньшей мере, на одном элементе структурированной насадки в первом слое, и второй слой структурированной насадки, расположенный вертикально рядом с первым слоем структурированной насадки, причем верхние края и нижние края не являются видоизмененными по существу на всех элементах структурированной насадки во втором слое, причем один из невидоизмененного верхнего края и невидоизмененного нижнего края, по меньшей мере, на одном из элементов структурированной насадки во втором слое находится рядом с одним из видоизмененных краев первого слоя.2. Узел по п.1, дополнительно содержащий третий слой структурированной насадки, расположенный вертикально рядом со вторым слоем структурированной насадки в местоположении напротив первого слоя структурированной насадки, причем, по меньшей мере, один из верхнего края и нижнего края видоизменен, по меньшей мере, на одном элементе структурированной насадки в третьем слое, причем другой один невидоизмененный верхний край и невидоизмененный нижний край, по меньшей мере, на одном из элементов структурированной насадки во втором слое расположен рядом с одним из видоизмененных краев в третьем слое.3. Узел по п.1, в котором, по меньшей мере, один из элементов структурированной насадки является гофрированным, при этом каждый гофрированный элемент структурированной насадки имеет множество гофрировок, образующих чередующиеся гребни и впадины, по меньшей мере, на части, по меньшей мере, одной поверхности гофрированного элемента структурированной насадки.4. Узел по п.3, в котором, по меньшей мере, один из верхнего края и нижнего края, по меньшей мере, одного элемента структурированной насадки в первом слое видоизменен, имеющий, по меньшей мере, одно видоизменение края из числа следующих: уменьшенная высота гофра, измененный угол гофрировки, зазубренность, отверстие и S-образная гофрировка.5. Узел по п.1, в котором второй слой структурированной насадки выполнен с возможностью поворота под углом относительно первого слоя структурированной насадки.6. Узел по п.5, в котором значение угла составляет приблизительно от 0 до 90°.7. Узел по п.1, в котором, по меньшей мере, один из видоизмененных краев, по меньшей мере, одного из элементов структурированной насадки в первом слое имеет высоту видоизмененного края, составляющую приблизительно от 5 до 15% всей высоты элемента структурированной насадки.8. Узел из множества по существу вертикально расположенных рядом друг с другом слоев структурированной насадки, в котором каждый слой содержит множество по существу горизонтально расположенных рядом элементов структурированной насадки, при этом каждый элемент структурированной насадки имеет верхний край и нижний край, противоположный верхнему краю, и каждый слой имеет верх, содержащий множество верхних краев, и низ, содержащий множество нижних краев, причем узел включает первый слой структурированной насадки, причем, по меньшей мере, один из верхнего края и нижнего края видоизменен, по меньшей мере, на одном элементе структурированной насадки в первом слое, и второй слой структурированной насадки, расположенный вертикально рядом с первым слоем структурированной насадки, причем верхние края и нижние края не являются видоизмененными по существу на всех элементах структурированной насадки во втором слое, и третий слой структурированной насадки, расположенный вертикально рядом со вторым слоем структурированной насадки в местоположении напротив первого слоя структурированной насадки, причем, по меньшей мере, один из верхнего края и нижнего края видоизменен, по меньшей мере, на одном элементе структурированной насадки в третьем слое.9. Обменная колонна для тепло/массообмена между первой фазой и второй фазой, при этом обменная колонна имеет, по меньшей мере, одну секцию структурированной насадки, содержащую, по меньшей мере, один узел из множества расположенных по существу вертикально рядом друг с другом слоев структурированной насадки согласно п.1.10. Способ криогенного разделения воздуха, согласно которому осуществляют контакт пара и жидкости противотоком, по меньшей мере, в одной дистилляционной колонне, содержащей, по меньшей мере, одну зону массопередачи, при этом контакт жидкости и пара друг с другом выполняют, по меньшей мере, в одной секции структурированной насадки, содержащей, по меньшей мере, один узел из множества по существу вертикально расположенных рядом друг с другом слоев структурированной насадки согласно п.1.11. Способ массообмена и/или теплообмена между двумя текучими средами, согласно которому осуществляют контакт текучих сред, по меньшей мере, в одной обменной колонне, в которой контакт между текучими средами выполняют, по меньшей мере, в одной секции структурированной насадки, содержащей, по меньшей мере, один узел из множества, по существу, вертикально расположенных рядом друг с другом слоев структурированной насадки согласно п.1.12. Способ сборки узла из множества расположенных по существу вертикально рядом друг с другом слоев структурированной насадки, причем каждый слой содержит множество расположенных по существу горизонтально элементов структурированной насадки, причем каждый элемент структурированной насадки имеет верхний край и нижний край, противоположный нижнему краю, при этом каждый слой имеет верх, содержащий множество верхних краев, и низ, содержащий множество нижних краев, включающий этапы: обеспечивают обменную колонну, устанавливают в обменной колонне первый слой структурированной насадки, причем, по меньшей мере, один из верхнего края и нижнего края видоизменяют, по меньшей мере, на одном элементе структурированной насадки в первом слое, и устанавливают в обменной колонне второй слой структурированной насадки, расположенный вертикально рядом с первым слоем структурированной насадки, при этом верхние края и нижние края не видоизменяют по существу на всех элементах структурированной насадки во втором слое, причем один из невидоизмененного верхнего края и невидоизмененного нижнего края, по меньшей мере, на одном из элементов структурированной насадки во втором слое примыкает к одному из модифицированных краев в первом слое.13. Способ сборки по п.12, в котором устанавливают в обменной колонне третий слой, расположенный вертикально рядом со вторым слоем структурированной насадки в местоположении напротив первого слоя структурированной насадки, причем, по меньшей мере, один из верхнего края и нижнего края видоизменяют, по меньшей мере, на одном элементе структурированной насадки в третьем слое, причем другой один из невидоизмененного верхнего края и невидоизмененного нижнего края, по меньшей мере, на одном из элементов структурированной насадки во втором слое располагают рядом с одним из видоизмененных краев в третьем слое.14. Способ сборки по п.12, в котором, по меньшей мере, один из элементов структурированной насадки гофрированный, причем каждый гофрированный элемент структурированной насадки имеет множество гофрировок, формирующих чередующиеся гребни и впадины, по меньшей мере, на части, по меньшей мере, одной поверхности гофрированного элемента структурированной насадки.15. Способ сборки по п.14, в котором, по меньшей мере, один из верхнего края и нижнего края, по меньшей мере, одного элемента структурированной насадки в первом слое видоизменяют, причем, по меньшей мере, одно видоизменение края имеет из числа следующих: уменьшенную высоту гофра, измененный угол гофрировки, зазубренность, отверстие и S-образную гофрировку.16. Способ сборки по п.12, в котором второй слой структурированной насадки поворачивают на некоторый угол относительно первого слоя структурированной насадки.17. Способ сборки по п.16, в котором значение угла составляет приблизительно от 0 до 90°.18. Способ сборки по п.12, в котором, по меньшей мере, один из видоизмененных краев, по меньшей мере, одного из элементов структурированной насадки в первом слое имеет высоту видоизмененного края, составляющую приблизительно от 5 до 15% всей высоты элемента структурированной насадки.19. Способ сборки узла из множества расположенных по существу вертикально рядом друг с другом слоев структурированной насадки, причем каждый слой содержит множество расположенных по существу горизонтально элементов структурированной насадки, причем каждый элемент структурированной насадки имеет верхний край и нижний край, противоположный нижнему краю, и каждый слой имеет верх, содержащий множество верхних краев, и низ, содержащий множество нижних краев, включающий следующие этапы: обеспечивают обменную колонну, устанавливают в обменной колонне первый слой структурированной насадки, причем, по меньшей мере, один из верхнего края и нижнего края видоизменяют, по меньшей мере, на одном элементе структурированной насадки в первом слое, и устанавливают в обменной колонне второй слой структурированной насадки, расположенный вертикально рядом с первым слоем структурированной насадки, при этом верхние края и нижние края не видоизменяют по существу на всех элементах структурированной насадки во втором слое, устанавливают в обменной колонне третий слой структурированной насадки, расположенный под вторым слоем структурированной насадки и вертикально рядом с ним, причем верхний край и нижний край видоизменяют, по меньшей мере, на одном элементе структурированной насадки в третьем слое.