РЕГУЛЯРНАЯ РУЛОННАЯ ЛЕНТОЧНО-ВИНТОВАЯ НАСАДКА Российский патент 2011 года по МПК B01J19/32 

Изобретение относится к технологическому оборудованию массообменных колонн и, в частности, к регулярным насадкам ректификационных колонн. Наиболее перспективно использование предлагаемой насадки для вакуумной ректификации.

Известна и широко применяется насадка Зульцера, содержащая пакеты из вертикальных листов гофрированной микросетки, в которой листы параллельны, гофры соседних листов наклонены друг относительно друга, между гофрированными листами могут прокладываться плоские, в листах могут выполняться отверстия (Б.М.Андреев и др. Разделение стабильных изотопов физико-химическими методами. М.: Энергоатомиздат, 1982, стр.52).

Недостатком этой конструкции является трудоемкость изготовления, вызванная наличием большого количества отдельных гофрированных листов относительно небольших размеров, а также недостаточная длина каналов для пропуска пара.

За прототип выберем насадку Хэли-грид в виде проволочной спирали прямоугольного сечения, навитой по винтообразной линии вокруг центрального стержня. Данная насадка применяется для колонн диаметром 8-30 мм (Э.Крель. Руководство по лабораторной перегонке. Пер. с нем. М.: Химия, 1980, стр.355). Насадка эффективна, однако может применяться только для лабораторных колонн диаметром до 30 мм и поэтому не применяется в промышленности.

Техническая задача заключается в обеспечении распределения равномерного стекания и распределения жидкой фазы с образованием тонкой пленки по поверхности насадки, а также равномерного обтекания элементов насадки потоком пара в колоннах всех применяемых в промышленности диаметров.

Техническая задача достигается тем, что насадка ректификационной колонны состоит из рулонов требуемой длины, намотанных слоями поочередно из лент гофрированной микросетки и лент плоской микросетки с образованием винтовых каналов между гофрированной и плоской микросеткой для прохода пара, причем угол наклона канала к горизонту и высота гофра могут отличаться от слоя к слою. Микросетка выполняется из нитей химически стойкого материала, например, нержавеющей стали, фторопласта и т.п.

Насадка устроена следующим образом (фиг.1, 2).

В цилиндрической колонне (1) расположены рулоны насадки (2), намотанные слоями из гофрированной (3) и плоской микросетки (4) с образованием между ними винтовых каналов (5) по всему объему рулонов. Первый слой наматывается на центральный стержень (6), который может быть выполнен в виде сплошного стержня, трубы, закрытой с торцов, или в виде трубы из плоской сетки, закрытой с торцов. Каждый цилиндрический слой из плоской или гофрированной микросетки может быть намотан из ленты (фиг.2а) или свернут из прямоугольных кусков сетки (фиг.2б). В последнем случае вертикальный стык каждого плоского или гофрированного слоя может быть выполнен с небольшим зазором, при этом стыки соседних слоев выполнены вразбежку.

При намотке слоя из плоских или гофрированных лент последние в каждом слое могут либо примыкать вплотную виток к витку, либо образовывать небольшие зазоры для равномерного перераспределения потока пара в каналах соседних гофр. Гофры соседних витков ленты не обязательно совпадают, т.е. каналы одного и того же слоя могут переходить друг в друга, при этом общая площадь сечения каналов одного слоя неизменна.

Граничащие гофрированные и плоские слои для большей жесткости могут быть скреплены друг с другом любым из известных способов. Направление намотки и угол гофрирования граничащих по толщине слоев выбирается таким образом, чтобы их каналы были закручены в противоположные стороны.

Сопротивление потоку пара каждого слоя зависит от кривизны и длины каналов и скорости потока. С удалением от центра кривизна каналов уменьшается, поэтому должна увеличиваться длина каналов. Наклон каналов и высота гофров подбираются из условия одинакового гидравлического сопротивления каждого цилиндрического слоя гофрированной сетки при рабочем давлении ректификации.

Пронумеруем слои из гофрированной сетки от 1-го (центрального) до n-го (крайнего, примыкающего к внутренней поверхности колонны).

Введем обозначения:

b_k - ширина гофрированной ленты k-го слоя,

r_k -расстояние от центра k-го слоя до центральной оси цилиндрического рулона,

h - высота рулона,

α_k - угол гофрирования ленты k-го слоя,

β_k - угол наклона k-го слоя ленты к горизонтали при намотке,

γ_k - угол наклона канала (гофра) k-го слоя к горизонту.

При намотке рулона из сетки виток к витку из гофрированной ленты (фиг.2а) угол намотки β_k, ширина ленты b_k и величина r_k связаны соотношением

Угол γ_k определяется из соотношения

Варьируя угол гофрирования и ширину ленты, для каждого слоя мы можем подобрать требуемый угол наклона канала к горизонту.

При сворачивании рулона из одного прямоугольного куска (фиг.2б) последний имеет размеры 2πr_k·h, а угол наклона каналов γ_k′ определяется из соотношения

Каналы (5) в рулоне образуют пространственную структуру, причем жидкость сочится по микросетке сверху вниз, хорошо распределяется между слоями под действием капиллярных сил, т.к. соседние слои контактируют по всей длине гофр, а не в отдельных точках, и равномерно стекает по слоям микросетки; поток пара проходит по винтовым каналам, длина которых определяется углом наклона каналов к горизонту и превышает высоту рулона, равномерно обтекая пленку по всему объему рулона по каналам.

Насадка несложна в изготовлении, т.к. рулоны любого требуемого диаметра и длины наматываются из гофрированных и плоских лент или кусков микросетки относительно небольшой ширины и длины.

Изобретение относится к технологическому ректификационному оборудованию и, в частности, к регулярным насадкам ректификационных колонн. Наиболее перспективно использование предлагаемой насадки для вакуумной ректификации. Насадка состоит из одного или нескольких рулонов требуемой длины, состоящих из слоев поочередно гофрированной сетки и плоской сетки с образованием между ними винтовых каналов для прохода пара. Каждый слой гофрированной сетки наматывают из отдельной гофрированной ленты вплотную виток к витку, либо с небольшим зазором. Ширина, угол наклона каналов и высота гофров могут отличаться от слоя к слою. Технический результат состоит в повышении эффективности процесса ректификации. 2 ил.

Регулярная насадка для ректификационных колонн из одного или нескольких рулонов, состоящих из слоев поочередно гофрированной сетки и плоской сетки с образованием между собой винтовых каналов для прохода пара, причем каждый слой из гофрированной сетки наматывается из отдельной гофрированной ленты вплотную виток к витку либо с небольшим зазором, а ширина, угол наклона канала и высота гофра каждой ленты и всего слоя могут отличаться от слоя к слою.