Насадка для тепломассообменных аппаратов Советский патент 1993 года по МПК B01J19/32 

Изобретение относится к конструкциям насадок для проведения тепломассообменных процессов в системах газ-жидкость и может быть использовано в химической, нефтеперерабатывающей и газовой отраслях промышленности.

Недостатком прототипа является ограниченная поверхность контакта фаз, определяемая общей поверхностью, несоприкасающихся

друг с другом жидкостных кольцеобразных пленок, стекающих по нитям, а целью изобретения является повышение эффективности процесса массообмена за счет увеличения поверхности контакта газовой и жидкой фаз и предотвращения байпасных потоков газовой фазы через пакет насадки.

На фиг. 1 изображен общий вид плоской насадки с параллельными нитями, вид сбо

ку: на фиг, 2 - то же, вид спереди; на фиг. 3 - общий вид насадки с наклонными нитями; на фиг, 4 - вид А на фиг. 2; на фиг. 5 - плетение нитей; на фиг, 6 - вид Б на фиг. 5; на фиг. 7 - вариант выполнения насадки в виде рулона, вид сбоку; на фиг. 8-виД В на

фИГ. 7.V. V : - . ..

Насадка длК..пломассообмённых про- цессов состоит йз.блоков, каждый из которых представляет србой ряд; расположенных параллельно друг другу слоев 1 в виде прямоугольных полотнищ сетки 2, из которых частично удалены поперечные нити 3.

Таким образом, каждый слой нитей представляет собой прямоугольную, рамку из сетки 2 и расположенные в этой рамке продольные нити 4, которые имеют регулярные изгибы 5. образовайныё при плетении сетки. Указанные изгибы 5 расположены перпендикулярно плоскости сетки 2, а следовательно и слою 1, Если верхнее 6 и нижнее 7 Основания полотнища сетки 2 сместить, то нити 4 приобретут наклон, величина которого определяется величиной смещений оснований 6 и 7. Деформированные таким образом два слоя накладывают друг на-друга и скрепляют между собой любым известным способом, например точечной сваркой с последующей обрезкой выступающих углов. Таким образом образуется полотнище с противоположным направлением наклона продольных нитей.

Блок насадки образуется путем после- дователы ого складывания и скрепления между собой отдельных слоев 1 из полотнищ. При скреплении, например, точечной сваркой отдельных слоев 1 нитей образуется гибкий каркас 8, форма которого может быть произвольной, например, волнистая, круглая, прямоугольная м т. д.

В варианте выполнения (см. фиг. 5) блок насадки выполнен в виде рулона путем скручивания полотна низа сетки 2 (с параллельным расположением нитей) и последу- ющим скреплением каждых слоев 1 между собой.Такой же рулон, но с противоположным наклоним линий в. каждом слое рулона может быть получен, как показано выше, из Двух противоположных деформированных и скрепленных между собой полотнищ сетки 2. В рабочем положении блоки подвешиваются за верхние основания 2, при этом натяжение нитей 4 определяется весом подвешенной части блока.

При работе в качестве массообменного устройства жидкость подается сверху на торец каркаса 8 и, проходя сквозь щели между нитями сетки, верхние основания 6 которых образуют верхнюю часть каркаса 6. стекает по нитям вниз, а газ (пар), проходя скТюэь

блок нитей контактирует с жидкостью, стекающей по нитям.

В процессе контакта газа с жидкостью, стекающей вниз по нитям 4, за счет того, что

нити 4 находятся только под действием сравнительно незначительной силы тяжести, нити 4 начинают вибрировать, при этом направление вибраций будет развиваться преимущественно в плоскости слоя сетки

0 так, -как в плоскости изгибов продольных проволок 4, где они имеют более высокую жесткость, Учитывая, что расстояние между соседними слоями составляет не более диаметра проволок, а высота изгибов проволок

5 4 несколько меньше диаметра проволок (за счеттого, что при вытаскивании поперечных проволок полотнища сетки продольные проволоки упруго деформируются в сторону уменьшения высоты изгибов), пленки жид-.

0 кисти соседних проволок будут контактировать между собой, при этом поток легкой фазы легко разрушает и диспергирует эти пленМ, увеличивая тем самым поверхность контакта фаз.

5 . Следует отметить, что такое соприкосновение пленок жидкости соседних проволок как в рядах за счет вибрации, та и за счет микроизгбрв в соседних слоях будет происходить по всему объему блока насадки, при

0 этом этот процесс развивается динамично, т. к. соприкосновение пленок жидкости соседних проволок в какой то точке объема приводит к сужению канала для прохода газа в этой точке, в свою очередь это приво5 дит к перераспределению газового потока и в дальнейшем приводит к частичному перекрытию каналов для газа в другой точке или многих точках и т, д., т. е. в блоке развивается стационарный устойчивый колебатель0 ный процесс продольных проволок 4. приводящий к эффективному массообмену. На тех частях проволок, где пленки жидкости не могут соприкоснутся, жидкость движется в виде стабильных кольцеобраз5 ных пленок, а в местах их соприкосновения они укрупняются, образуя нестабильные пленки и капли жидкости. Легкая фаза, проходя через блок насадки горизонтальным потоком, поочередно контактирует с плен0 ками жидкости, стекающей по несоприкасающимся участкам проволок, и с участками проволок, где эти пленки на проволоках соприкасаются, а плёнки жидкости сливаются в утолщины. В местах утолщения пленки

5 легкая фаза диспергирует эти нестабильные плёнки на отдельные капли, увеличивая тем самым поверхность контакта фаз. Диспер- гироБйние капли жидкости увлекаются затем потоком легкой фазы и, проходя через йзоны, где проволоки не соприкасаются, сепарируются на стабильных пленках стекающей по этим участкам проволоки жидкости. Этот процесс происходит до некоторого насыщения, т. к. по мере подачи сверху жидкости отдельные слившиеся между собой капли приобретают такие размеры, после которых не происходит их диспергирования и они уходят в нижнюю часть блока. Образующаяся от сливания капель жидкость через каналы в нижнем основании 7 каркаса 8 отводится из насадки и направляется на нижележащую ступень контакты, а газ после прохождения блока насадки уходит на вышележащую ступень контакта. Таким образом, теплообмен между фазами происходит как при обтекании легкой фазой жидкостных пленок, стекающих по соприкасающимся участкам проволок, так и при совместном движении легкой фазы диспергированных и укрупненных капель жидкости поперемен- но во всем объеме блока насадки, что интенсифицирует тепломассообмен. Кроме того, вибрация проволок и их увеличение за счет микроизгибов дополнительно увеличивает поверхность массообмена. Особенно целе- сообразно применение предложенной насадки в случае малого количества жидкой фазы, т. к. предложенная конструкция позволяет сконцентрировать большое количество жидкости на торцевой поверхности каркаса.

При применении предложенной насадки в качестве сепаратора за счет вибрации проволок с регулируемыми микроизгибами увеличивается вероятность их соударения с каплями жидкости, а следовательно, и интенсифицируется процесс сепарации, при этом вибрация проволок предотвращает утолщение пленок до критических величин, что также способствует эффективной села- рации и предотвращению выноса жидкости из пакета насадки.

При наклонном расположении проволок в насадке процессы массообмена в ней протекают аналогично описываемым выше с той лишь разницей, что расстояние газовой фазы в ней происходит более эффективно, т. к. в единице объема в этом варианте выполнения содержится большее количество проволок и уменьшаются вертикальные просветы между микроизгибами проволок, при этом в блоке из сетки, скрученной в рулон, газ, проходя по наклонным каналам, дополнительно закручивается в разных направлениях.

Предлагаемая конструкция насадки может быть применена для процессов тепло- массопереноса в системах, состоящих из двух жидких фаз, различающихся по плотности. В этом случае тяжелая фаза подводится к проволокам, а более легкая фаза движется в пространстве между проволоками, обтекая их и контактируя с кольцеобразными пленками тяжелой фазы.

Насадка может быть использована для проведения процессов при перекрестном, противоточном и прямоточном относительном движении контактирующих фаз.

Предлагаемая насадка может с успехом применяться также для проведения процессов сепарации двухфазных систем, при этом каналы для подвода жидкости в верхней части каркаса служат для подачи промывочной жидкости с целью предотвращения забивания насадки различного рода отложениями, содержащимися в исходной системе или образующимися в процессе сепарации, а каналы в нижней части каркаса служат для отвода отсепарированной и промывочной жидкости из пакета насадки. Очистке проволок от загрязнения способствует также и их вибрации.

При использовании насадки для проведения процесса конденсации паров хладо- агент, например охлажденный конденсат, подается через канал в верхней части каркаса и в виде пленок и капель стекает по поверхности проволок. Поток пара, обтекая проволоки, контактирует с поверхностью пленок и диспергированными каплями хла- доагента охлаждается, выделяется из потока пара на поверхности проволок и вместе с хлаДоагентом отводится через каналы в нижней части каркаса.

При вакуумированной ректификации, характеризующейся низкими плотностями орошения, развитие межфазной поверхности, обеспечиваемое в предложенной насадке за счет многократного вовлечения жидкости в контакт с парами, позволитуменьшить требуемый объем насадки. При использовании предложе -ной насадки в качестве серпарационного устройства предотвращение байпасных потоков позволит также уменьшить требуемый объем насадки.

Важной особенностью предложенной насадки является одновременное протекание в ней двух противоположных процессов, а именно диспергирование и слияние капель, которые возникают одновременно по всему объему насадки, причем эти процессы протекают динамично и соответственно динамично перераспределяется по объему насадки газовая фаза, т. е. насадка работает в режиме саморегуляции.

Кроме того, предложенная насадка за счет гибкости рамок, составляющих каркас насадки, позволяет образовать насадки внутри массообменного аппарата практически любой формы, в том числе в форме кон- .

груэнтной внутренней поверхности аппарата - это позволяет повысить коэффициент заполнения объема аппарата, что в свою очередь уменьшает его габариты.

Технико-экономические преимущества предложенной насадки по сравнению с про- тотипом при использовании ее в тепломассо- обменных аппаратах заключаются в снижении материалоёмкости и энергоемкости. Предложенная конструкция насадки значительно проще и технологичней прототипа и позволяет значительно механизировать процесс изготовления блоков, благодаря использованию специализированных станков для изготовления сетки, что позволяет снизить себестоимость и вес блока насадки в 2-3 раза.

Формула изобретения 1. Насадка для тепломассообменных аппаратов, включающая многослойный па- кет нитей, закрепленных рядами в несущем каркасе и образующих каналы для подвода и отвода жидкости к нитям, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности процесса за счет увеличе- ния поверхности контакта газовой и жидкой фаз и предотвращению байпасных потоков

0

5

0 5

газовой через.пакет насадки, слой нитей снабжен вверху и внизу сетчатыми частями, а каркас выполнен изогнутым в виде жестко соединенных между собой сетчатых частей каждого слоя нитей, продольно или наклонн о расположенных по отношению к направлению потока газовой и жидкой фаз и закрепленных с возможностью вибрации, при этом части нитей, расположенных в сетчатых частях каждого слоя, являются одновременно силовыми элементами и дистанционирующмми элементами.

2. Насадка по п. 1, отличающаяся тем, что пакет нитей вцпрлнен в виде рулона.

3. Насадка по пп, 1 и 2, о т л и ч а ю щ а я- ,с я тем, что полотнище рулона выполнено в виде двух конгруэнтно совмещенных между собой слоев с противоположным направлением наклона нитей в каждом слое.

4. Насадка по п. 1, отличающаяся тем, что каждая нить выполнена с регулярными микроизгибами в направлении, перпендикулярном плоскости каркаса, шаг которых равен расстоянию между поперечными проволоками в сетчатой части каждого слоя нитей.

8udS

Использование: изобретение относится к конструкциям насадок для проведения тепломассообменных процессов в системах газ-жидкость и может /ыТь использовано в химической, нефтеперерабатывающей и газовой отраслях промышленности. Сущность изобретения: насадка для тепломассообменных процессов содержит многослойный пакет нитей, закрепленных рядами в несущем каркасе, снабженном каналами для подвода и отвода жидкости к нитям. Каркас насадки выполнен гибким в виде жестко соединенных между собой сетчатых частей каждого слоя нитей, продольно или наклонно расположенных по отношению к направлению потока газовой и жидкой фаз и закрепленных с возможностью вибрации в упомянутых потоках, при этом части нитей, расположенных в сетчатых частях каждого слоя, являются одновременно и силовыми элементами каркаса и его дистанционными элементами, определяющими расстояние между нитями, каждая из которых выполнена с регулярными микроизгибами в направлении, перпендикулярном поверхности каркаса, регулярность которых равна расстоянию между поперечными проволоками в сетчатой части каждого слоя нитей. Пакет нитей может быть выполнен в виде рулона, сетчатые части витков которого жестко соединены между собой, а полотнище рулона выполнено в виде двух конгруэнтна совмещенных между собой слоев с противоположным направлением наклона нитей в каждом слое. 3 з. п. ф-лы, 8 ил. vj О 8 Ю ел

Шаг. 5