КОРОТКОСЛОЕВАЯ НАСАДКА Российский патент 2017 года по МПК B01J19/32 B01D53/18 F28F25/08 B01D47/14 B01J10/02 B01D3/28 

Изобретение относится к контактным устройствам для осуществления процессов тепло- и массообмена и может быть использовано в качестве насадки в колонных аппаратах, найти применение при осуществлении технологических процессов в химической, нефтяной, газовой, пищевой, парфюмерной и других отраслях промышленности.

Известна регулярная насадка для сепарационных и массообменных аппаратов (RU 2284856 С2, В01J 19/32, 10.10.2006), содержащая развернутые относительно друг друга пакеты из листов с наклонными гофрами или пористыми выступами, перекрещивающимися в смежных листах, где пористость выступов и (или) листов в пакетах уменьшается в насадке к выходу газа. Выступы и (или) листы пакетов выполнены на входе газа в насадку из гидрофильного, а на выходе газа из лиофильного материалов. Отношение размеров пор выступов и (или) листов пакетов на входе и выходе газа пропорциональны отношениям поверхностного натяжения отделяемых жидкостей в степени 0,5.

Недостатком таких насадок является сравнительно невысокая эффективность процессов тепло- и массообмена.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является короткослоевая насадка, состоящая из тонких чередующихся слоев (RU №2450231 С2, F28F 25/08, 10.05.2012).

Недостатком этой конструкции также является недостаточно высокая эффективность процессов тепло- и массообмена.

Цель изобретения - увеличение эффективности процессов тепло- и массообмена в колонном аппарате с насадкой.

Указанная цель достигается за счет того, что короткослоевая насадка, включающая тонкие чередующиеся слои, выполняется с различными геометрическими характеристиками, причем нечетный по ходу движения газового потока тонкий слой регулярной насадки чередуется с тонким слоем насыпной насадки.

В соседних чередующихся слоях насадки каждый нечетный слой насадки по ходу движения газового потока имеет меньшую высоту - H₁, по сравнению с каждым четным слоем высотой - Н₂, причем величина отношения - Н₂/Н₁ находится в пределах Н₂/Н₁=1,2÷7.

Соседние чередующиеся слои насадки могут быть выполнены из насыпной насадки с различными геометрическими характеристиками, например, различных колец Рашига, кольца Рашига – седла Палля.

Насыпная насадка может быть уложена регулярно.

На фиг. 1 изображен колонный аппарат 1 с патрубком ввода газа 2, гидрозатвором 3 и короткослоевой насадкой, состоящей из тонких слоев насадки 4 высотой H₁, чередующихся с тонким слоем насадки 5 высотой Н₂, которые расположены последовательно по ходу газового потока на опорной решетке 6. Колонный аппарат содержит распределитель жидкости 7 с форсунками 8, каплеотбойное устройство 9 и патрубок вывода газа 10.

Короткослоевая насадка работает следующим образом.

Поток газа G поступает в нижнюю часть колоны 1 через патрубок ввода газа 2, далее перемещается вверх, попадая в насадку с чередующимися слоями 4 и 5, где вступает во взаимодействие с потоком жидкости – L, движущимся навстречу потоку газа из верхней части колоны через распределитель жидкости 7 с форсунками 8 (см. фиг. 1). В результате противотока газа и жидкости в слоях насадки четных по ходу движения газового потока при определенной скорости газового потока - W_п возникает режим подвисания, характеризующийся торможением жидкости. При этом скорость течения жидкости снижается и растет толщина пленки. Сила трения уравновешивает силу тяжести жидкости, накопившейся в насадке. Вследствие того, что в соседних парах чередующихся слоев нечетные слои по ходу движения газового потока выполняют роль стабилизации (распределения) потока газа по всему поперечному сечению аппарата, а четные слои находятся в затопленном состоянии, возникает локальный режим инверсии фаз (РИФ) в каждой отдельной паре соседних чередующихся слоев насадки. В тех слоях насадки, где наступил режим РИФ, газ перестает быть сплошной фазой и барботирует через жидкость, заполнившую насадку. Режим РИФ соответствует максимальной эффективности тепло- и массообменных процессов, осуществляемых в насадочных колоннах. При движении газового потока через последовательно чередующиеся слои насадки в каждой соседней паре слоев 4, 5 реализуется локальный пульсирующий режим инверсии фаз, при котором эффективность процесса увеличивается. Газ из колонны выводится через патрубок вывода газа 10 в верхней части аппарата, предварительно пройдя каплеотбойное устройство 9. Жидкость из аппарата отводится через гидрозатвор 3 в нижней части колонного аппарата 1.

Выполнение тонкого слоя регулярной насадки чередующимся с тонким слоем насыпной насадки позволяет реализовать локальный пульсирующий режим РИФ, использовать концевые эффекты турбулизации взаимодействующих потоков и тем самым увеличить эффективность тепло- и массообменных процессов.

При величине отношения высоты четного слоя насадки Н₂ к высоте нечетного слоя насадки H₁ меньше 1,2 существенно возрастает гидравлическое сопротивление слоя насадки. При величине отношения Н₂/Н₁ больше 7 увеличение эффективности тепло- массообменных процессов становится незначительным.

Выполнение чередующихся слоев насадки из насыпной насадки с различными геометрическими характеристиками позволяет снизить себестоимость изготовления при сохранении высокой эффективности тепло- и массообменных процессов.

Укладка насыпной насадки регулярно позволяет увеличить гидродинамическую устойчивость РИФ.

Положительный эффект заключается в следующем.

Использование многослоевых чередующихся слоев насадки с различными геометрическими характеристиками обеспечивает послойное (локальное) существование режима РИФ в колонном аппарате, пульсирующий режим течения газовой и жидкой фаз по высоте колонного аппарата, обеспечивая тем самым существенное и устойчивое во времени увеличение эффективности процессов тепло- и массообмена в колонных аппаратах с насадкой.

Изобретение относится к контактному устройству для осуществления процессов тепло- и массообмена в системе газ-жидкость и может найти применение в технологических процессах нефтяной, газовой, химической и других смежных отраслей промышленности. Короткослоевая насадка состоит из тонких чередующихся слоев, выполненных с различными геометрическими характеристиками, причем нечетный по ходу движения газового потока тонкий слой регулярной насадки 4 чередуется с тонким слоем насыпной насадки 5, при этом в соседних чередующихся слоях насадки каждый нечетный слой насадки по ходу движения газового потока имеет меньшую высоту - H₁, по сравнению с каждым четным слоем высотой - Н₂, причем величина отношения - Н₂/Н₁ находится в пределах (H₂/H₁)=1,2÷7. Соседние чередующиеся слои насадки могут быть выполнены из насыпной насадки с различными геометрическими характеристиками (различные кольца Рашига, кольца Рашига-седла Палля). Насыпная насадка может быть уложена регулярно. Использование многослоевых чередующихся слоев насадки с различными геометрическими характеристиками обеспечивает послойное (локальное) существование режима инверсии фаз в колонном аппарате, пульсирующий режим течения газовой и жидкой фаз по высоте колонного аппарата, обеспечивая тем самым существенное и устойчивое во времени увеличение эффективности процессов тепло- и массообмена в колонных аппаратах с насадкой. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Короткослоевая насадка, состоящая из тонких чередующихся слоев, отличающаяся тем, что тонкие слои выполнены с различными геометрическими характеристиками, причем нечетный по ходу движения газового потока тонкий слой регулярной насадки чередуется с тонким слоем насыпной насадки, при этом в соседних чередующихся слоях насадки каждый нечетный слой насадки по ходу движения газового потока имеет меньшую высоту - H₁, по сравнению с каждым четным слоем высотой - Н₂, причем величина отношения - Н₂/Н₁ находится в пределах (H₂/H₁)=1,2÷7.

2. Короткослоевая насадка по п. 1, отличающаяся тем, что соседние чередующиеся слои насадки выполнены из насыпной насадки с различными геометрическими характеристиками.