РЕГУЛЯРНАЯ НАСАДКА ДЛЯ ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫХ АППАРАТОВ Российский патент 2014 года по МПК B01J19/32 

Изобретение относится к конструкциям регулярных насадок, которые находят применения во многих отраслях промышленности, таких как химическая, нефтехимическая, пищевая, криогенная, в градирнях оборотного водоснабжения и других отраслях.

Из существующего уровня техники известен ороситель противоточной градирни (авторское свидетельство SU 724907, опубл. 30.03.80), содержащий соединенные между собой с зазором вертикальные пластины с горизонтальными поярусно размещенными прорезями, разделяющими пластины на полосы, при этом каждые две соседние полосы отогнуты в противоположные относительно плоскости пластины стороны.

Недостатком данного устройства является невысокая эффективность тепло- и массообменных процессов, ввиду относительно небольшой удельной поверхности.

Наиболее близкой к заявленному техническому решению относится насадка для колонн (ЕР 0130745 А2, опубл. 09.01.85), которая принята нами за прототип и содержащая множество блоков гофрированных металлических пластин, соприкасающихся вершинами гофр, повернутых друг относительно друга по высоте для эффективного распределения стекающей жидкости и восходящего потока пара по сечению аппарата для осуществления процесса тепломассообмена, характеризующаяся тем, что листы имеют множество одинаковых отверстий, выполненных для эффективной турбулизации пленки жидкости и пара.

Недостатком данной насадки является то, что отверстия снижают удельную поверхность насадки, чем вызывают неизбежное увеличение габаритов аппаратуры и кроме того не обеспечивают интенсивного перемешивания потоков жидкости, стекающих по передней и задней сторонам элементов насадки между собой.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение эффективности тепло- и массообмена за счет увеличения турбулизации пленки жидкости и его перемешивания между сторонами насадки и уменьшения габаритов аппаратуры.

Сущность изобретения заключается в том, что заявленная регулярная насадка для тепло- и массообменных аппаратов включает размещенные в аппарате блоки, выполненные из вертикально установленных гофрированных пластин, согласно изобретению отличие состоит в том, что гофры на гофрированных пластинах выполнены с просечками, образованными за счет смещения соседних рядов гофр относительно друг друга, а сами гофрированные пластины установлены с зазором друг относительно друга в ряду одного блока и с зазором в соседних по высоте блоках на величину, соизмеримую с высотой гофры, при этом высота гофры на гофрированных пластинах составляет от 0,2 до 0,5, а величина зазора между соседними гофрированными пластинами в ряду одного блока составляет от 0,6 до 0,8 от величины эквивалентного диаметра канала - d_э, где d_э=4 ε/a; ε - порозность насадки, м³/м³; a - удельная поверхность насадки, м²/м³.

Кроме того, отличия состоят в том, что:

- гофрированные пластины во всех рядах блока могут быть выполнены с горизонтальным расположением гофры;

- гофрированные пластины во всех рядах блока могут быть выполнены с вертикальным расположением гофры;

- гофрированные пластины, соседние в ряду блока, могут быть выполнены с чередующимся горизонтальным и вертикальным расположением гофры;

- гофрированные пластины в соседних по высоте блоках могут быть выполнены и установлены с поворотом друг относительно друга в горизонтальной плоскости на угол, находящийся в пределах от 60 до 120°;

- гофрированные пластины в соседних по высоте рядах блока могут быть выполнены и установлены с чередующимся наклоном в разные стороны относительно оси аппарата на угол, находящийся в пределах от 10 до 50°;

- гофрированные пластины могут быть выполнены с криволинейными изгибами.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является более полное смачивание поверхности регулярной насадки, интенсивная турбулизация жидкой фазы, перемешивание жидкости, стекающей с обеих сторон гофрированных пластин, и, как следствие, высокая интенсивность тепло- и массообмена и уменьшение габаритов аппарата.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:

фиг.1 - общий вид предлагаемой насадки;

фиг.2 - общий вид элемента насадки, в виде гофрированной пластины;

фиг.3 - схема укладки гофрированных пластин в насадке с горизонтальным расположением гофр во всех рядах по высоте аппарата;

фиг.4 - схема укладки гофрированных пластин в насадке с вертикальным расположением гофр во всех рядах по высоте аппарата;

фиг.5 - схема укладки гофрированных пластин в насадке с чередующимся горизонтальным и вертикальным расположением гофры;

фиг.6 - схема укладки гофрированных пластин в насадке в соседних по высоте блоках с поворотом друг относительно друга в горизонтальной плоскости на угол 90°;

фиг.7 - схема укладки гофрированных пластин в насадке в соседних по высоте блоках с чередующимся наклоном элементов насадки в разные стороны относительно оси аппарата на угол, находящийся в пределах от 10 до 50°;

фиг.8 - схема насадки с криволинейным изгибом гофрированных пластин.

Регулярная насадка установлена в аппарате (на чертеже не показан) в виде нескольких блоков из вертикально установленных гофрированных пластин 1, имеющих гофры 2, которые выполнены с просечками 3, образованными за счет смещения соседних рядов гофр 2 относительно друг друга, а сами гофрированные пластины 1 установлены с зазором 4 друг относительно друга в ряду блока и с зазором 5 в соседних по высоте блоках гофрированных пластин 1 на величину, соизмеримую с высотой гофры 2, при этом величина зазора 4 между соседними гофрированными пластинами 1 в ряду составляет от 0,6 до 0,8, а высота гофрированных пластин 1 составляет от 0,2 до 0,5 от величины эквивалентного диаметра канала - d_э,

где d_э=4 ε/a;

ε - порозность насадки, м³/м³;

a - удельная поверхность насадки, м²/м³.

Гофрированные пластины 1 во всех рядах могут выполнены:

- с горизонтальным расположением гофры 2;

- с вертикальным расположением гофры 2;

- соседние в ряду гофрированные пластины 1 могут также быть выполнены с чередующимся горизонтальным и вертикальным расположением гофры 2;

- гофрированные пластины 1 в соседних по высоте блоках насадки могут быть установлены с чередующимися горизонтальными и вертикальными гофрами 2;

- гофрированные пластины 1 в соседних по высоте блоках насадки могут быть установлены с поворотом друг относительно друга в горизонтальной плоскости на угол, находящийся в пределах от 60 до 120°.

- гофрированные пластины 1 в соседних по высоте рядах блока насадки установлены с чередующимися наклоном в разные стороны относительно вертикали на угол, находящийся в пределах от 10 до 50°.

- гофрированные пластины 1 могут быть выполнены с криволинейными изгибами.

Работает предлагаемая насадка следующим образом.

Жидкая фаза подается на верхнюю часть блока насадки и в виде тонкой пленки жидкости стекает по поверхности гофрированных пластин 1 насадки. Противотоком, навстречу стекающей жидкости, движется газ (пар) и взаимодействует со стекающей жидкостью. Гофры 2 на поверхности гофрированных пластин 1 придают волновой характер течению пленки жидкости, что резко увеличивает интенсивность тепло- и массообмена.

Наличие просечек 3 на гофрированных пластинах 1 позволяет стекающей жидкости перетекать с одной стороны гофрированной пластины 1 на другую, тем самым вызывая поперечное перемешивание жидкости и, как следствие, увеличение интенсивности тепло- и массообмена в жидкой фазе. За счет уменьшения зазора 4 между соседними гофрированными пластинами 1 в блоке насадки и, как следствие, уменьшения свободного поперечного сечения аппарата, можно достигнуть высокой степени турбулизации газовой фазы и, как следствие, увеличения эффективности процессов тепло- и массообмена.

Увеличивая зазор 5 между соседними по высоте блоками насадки, можно создать в образовавшемся пространстве зону струйно-капельного течения жидкости, что также увеличивает интенсивность тепло- и массообмена. Размещая соседние по высоте гофрированные пластины 1 с поворотом друг относительно друга в горизонтальной плоскости, можно добиться перераспределения жидкости по сечению аппарата, а также турбулизовать газ в зазоре 5 между соседними по высоте блоками насадки, что также способствует интенсификации тепло- и массообмена.

Таким образом, заявленное изобретение позволяет не только повысить интенсивность тепло- и массообменных процессов, но и уменьшить габариты аппаратуры.

Изобретение относится к конструкциям регулярных насадок, которые могут быть применены в химической, нефтехимической, пищевой, криогенной, в градирнях оборотного водоснабжения и других отраслях промышленности. Регулярная насадка состоит из блоков, выполненных из вертикально установленных гофрированных пластин, имеющих гофры с просечками, образованными за счет смещения соседних рядов гофр относительно друг друга, при этом пластины установлены с зазором относительно друг друга в ряду одного блока и с зазором в соседних по высоте блоках на величину, соизмеримую с высотой гофр. Высота гофр составляет от 0,2 до 0,5 от величины эквивалентного диаметра канала d_э, а величина зазора между соседними гофрированными пластинами в ряду одного блока составляет от 0,6 до 0,8 от величины эквивалентного диаметра канала d_э, где d_э=4 ε/a, ε - порозность насадки, м³/м³, а - удельная поверхность насадки, м²/м³. Изобретение обеспечивает полное смачивание поверхности регулярной насадки, интенсивную турбулизацию жидкой фазы, высокую интенсивность тепло- и массообмена и уменьшение габаритов аппарата. 6 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Регулярная насадка для тепло- и массообменных аппаратов, включающая размещенные в аппарате блоки, выполненные из вертикально установленных гофрированных пластин, отличающаяся тем, что гофры на гофрированных пластинах выполнены с просечками, образованными за счет смещения соседних рядов гофр относительно друг друга, а гофрированные пластины установлены с зазором относительно друг друга в ряду одного блока и с зазором в соседних по высоте блоках на величину, соизмеримую с высотой гофры, при этом высота гофры на гофрированных пластинах составляет от 0,2 до 0,5, а величина зазора между соседними гофрированными пластинами в ряду одного блока составляет от 0,6 до 0,8 от величины эквивалентного диаметра канала - d_э, где d_э=4 ε/a; ε - порозность насадки, м³/м³; а - удельная поверхность насадки, м²/м³.

2. Регулярная насадка по п.1, отличающаяся тем, что гофрированные пластины во всех рядах блока могут быть выполнены с горизонтальным расположением гофры.

3. Регулярная насадка по п.1, отличающаяся тем, что гофрированные пластины во всех рядах блока могут быть выполнены с вертикальным расположением гофры.

4. Регулярная насадка по п.1, отличающаяся тем, что гофрированные пластины, соседние в ряду блока могут быть выполнены с чередующимся горизонтальным и вертикальным расположением гофры.

5. Регулярная насадка по п.1, отличающаяся тем, что гофрированные пластины в соседних по высоте блоках могут быть выполнены и установлены с поворотом относительно друг друга в горизонтальной плоскости на угол, находящийся в пределах от 60 до 120°.

6. Регулярная насадка по п.1, отличающаяся тем, что гофрированные пластины в соседних по высоте рядах блока могут быть выполнены иустановлены с чередующимся наклоном в разные стороны относительно оси аппарата на угол, находящийся в пределах от 10 до 50°.

7. Регулярная насадка по п.1, отличающаяся тем, что гофрированные пластины могут быть выполнены с криволинейными изгибами.