РЕГУЛЯРНАЯ НАСАДКА ДЛЯ ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ
REGULAR ADAPTER FOR HEAT AND MASS EXCHANGE PROCESSES

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к конструкциям регулярных контактных насадок, применяемых для проведения тепло- и массообменных процессов в системе газ (пар) - жидкость, таких как абсорбция, ректификация, очистка и осушка природного газа, и может найти применение в технологических процессах химической, нефтяной, газовой и других отраслей промышленности.
Уровень техники
В патенте 0130745 А2 (ЕР МПК: F28F 25/08, B01D 53/18, F28C 1/02, опубл. 21.06.84) описана регулярная насадка, выполненная из установленных вертикально гофрированных листов, соприкасающихся выступающими гофрами друг к другу. Гофры соседних соприкасающихся друг с другом листов выполнены по диагонали в противоположных направлениях. Листы выполнены с отверстиями или просечками в виде арок, отогнутых треугольников, прямоугольников или четырехлистников, расположенными на сторонах гофр.
Технический результат заключается в повышении эффективности работы насадки, применяемой для тепло- и массообменных процессов.
Общим с предлагаемой конструкцией насадки является наличие гофрированных листов, расположенных вертикально, с имеющимися в них отверстиями и просечками.
Конструкция данной насадки не позволяет в полной мере обеспечить эффективность тепло- и массообменных процессов вследствие неравномерного распределения потоков и недостаточно развитой поверхности контакта фаз.
Из патента на полезную модель 77406 (RU МПК F28C 3/06, опубл. 12.02.2008) известна регулярная насадка, состоящая из вертикально расположенных просечно-вытяжных листов. Просечно-вытяжные листы гофрированы и расположены в насадке вершинами друг к другу с образованием горизонтальных каналов.
Общим с предлагаемой конструкцией насадки являются гофрированные листы, собранные в пакеты и расположенные вертикально, таким образом, чтобы образовать горизонтальные каналы.
Недостаток аналогичен предыдущему аналогу.
Известна регулярная насадка «АВР». Авторскими правами на насадку «АВР» обладает ООО "HT Нефть и Газ". Конструкция и принцип работы данной насадки подробно описаны на интернет сайте [http://www.ntng.ru]. Насадка «АВР» состоит из блока, сформированного зигзагообразными перегородками, образующими в плоскостях контакта каналы вертикальных решеток. На границе контакта происходит дробление жидкости.
Общим с предлагаемой конструкцией насадки является наличие гофрированных листов, образующих вертикальные каналы.
Недостатком таких конструкций регулярных насадок является низкая эффективность работы на средах, характеризующихся повышенной загрязненностью и склонных к образованию осадка, что связано с наличием сетчатого материала между гофрированными листами.
Известна регулярная насадка, описанная в [И.И. Поникаров. Машины и аппараты химических производств. Изд-во Машиностроение, 1989 г., с. 98-99]. Она состоит из вертикальных металлических гофрированных листов. Листы имеют одинаковую форму со строго установленным углом сгиба и шагом гофрирования. Гофрированные листы расположены на одинаковом расстоянии друг от друга и образуют зигзагообразные вертикальные каналы. Листы собираются в пакеты и устанавливаются в массообменный аппарат. Принцип процесса следующий: жидкость, поступая в верхнюю часть аппарата, стекает по зигзагообразным вертикальным каналам вниз. Газ (пар), поступая из нижней части аппарата, поднимается вверх. В результате этого на насадке образуется пленочная область контакта фаз, на которой происходит массообмен между жидкостью и газом (паром).
Общим в конструкции данной насадки и настоящего изобретения является наличие вертикально установленных гофрированных листов.
Недостаток аналогичен предыдущему аналогу.
Наиболее близким по конструкции (прототип) является регулярная насадка, описанная в патенте №2452560 «Регулярная насадка для тепло- и массообменных аппаратов». Регулярная насадка состоит из собранных в пакеты гофрированных листов, установленных вертикально, вершинами гофр друг к другу. В насадке используются две разные конструкции листов, которые в пакете располагаются попеременно. В гофрированных листах первого вида имеются вырезы, сделанные на краях вершин гофр. Также на вершинах гофр листа первого вида имеются небольшие горизонтальные площадки. Гофрированные листы второго вида выполнены с вырезами в вершинах гофр. В собранном виде гофрированные листы образуют горизонтальные ромбовидные каналы и вертикальные, зигзагообразные каналы.
Общим в конструкции данной насадки (прототипа) и настоящего изобретения является наличие вертикально установленных гофрированных листов двух видов, один из которых выполнен с вырезами в вершинах гофр.
Недостаток данной насадки состоит в том, что на горизонтальных площадках листов первого вида образуются плоские струи жидкости с малой поверхностью контакта фаз.
Задачей изобретения является создание новой высокоэффективной регулярной насадки для проведения тепло- и массообменных процессов.
Технический результат
Технический результат изобретения заключается в:
- повышении эффективности работы насадки и интенсивности процессов тепло- и массообмена,
- уменьшении габаритных размеров аппарата и, как следствие, сокращении капитальных затрат на его изготовление.
Краткое описание чертежей
Перечень фигур:
фиг. 1 - регулярная насадка для тепло- и массообменных аппаратов;
фиг. 2 - гофрированные листы регулярной насадки;
фиг. 3 - спиралевидные ленты;
фиг. 4 - схема движения газа и жидкости по насадке.
В фиг. 1 приводится конструкция регулярной насадки для тепло- и массообменных аппаратов. На фиг. 2 приводится конструкция гофрированных листов регулярной насадки. На фиг. 3 приводится конструкция спиралевидных лент. На фиг. 4 приводится схема движения газа и жидкости по насадке.
Раскрытие изобретения
Устранение указанных недостатков и достижение заявляемого технического результата от реализации регулярной насадки, предназначенной для проведения тепло- и массообмена, состоящей из собранных в пакеты гофрированных листов двух видов, установленных вертикально, вершинами гофр друг к другу, установленных попеременно, с проделанными в листах вырезами таким образом, чтобы стал возможен вход вершин гофр листа первого вида, в прорези вершин гофр листа второго вида с образованием щелей между ними (фиг. 1), достигают за счет того, что на вершинах гофр листов первого вида имеются расположенные в ряд спиралевидные ленты.
Сопоставительный анализ прототипа и заявленного изобретения показывает, что общим конструктивным признаком является вертикально установленные гофрированные листы.
Отличительной особенностью заявленного изобретения является то, что на вершинах гофр листов первого вида имеются расположенные в ряд спиралевидные ленты.
Сущность предлагаемой регулярной насадки иллюстрируется чертежом (фиг. 1). В насадке используются конструкции листов двух видов 1 и 2 (фиг. 1), которые располагаются попеременно. Угол сгиба α гофрированных листов может быть различным, на фиг. 1 приведено изображение насадки, выполненной с углом сгиба α, равным 90°. Возможно использовании насадки с углом сгиба от 60° до 120°. Угол выбирается в зависимости от условий протекания тепло- и массообмена, что позволяет обеспечить максимально эффективное проведение процессов.
В гофрированном листе 1, показанном на фиг. 2, имеются вырезы 7. Вырезы 7 сделаны на краях вершин гофр и имеют одинаковую форму. Также на вершинах гофр имеются спиралевидные ленты 3, выступающие на 5-10 мм. Конструкция спиралевидных лент 3 представлена на фиг. 3. Спиралевидные ленты 3 образуются за счет сплющивания небольшого участка вершины гофры, разрезания получившейся горизонтальной площадки на множество лент с одним закрепленным концом и поворота свободного конца ленты вокруг оси ленты на 90°. Гофрированный лист второго вида 2, показанный на фиг. 1 и фиг. 2, выполнен следующим образом: в вершинах гофр просечкой проделаны прорези 4. Прорези имеют одинаковую форму. Размеры прорезей 4 могут варьироваться и подбираться в зависимости от свойств среды, расхода жидкости и газа (пара). При обработке загрязненных сред, когда возможно забивание и закоксовывание, размер прорезей может быть увеличен. Данная конструкция гофрированных листов позволяет выполнять стыковку листов вида 1 и 2 (фиг. 1). Стыковка происходит следующим образом: вершины гофрированного листа 1 входят в прорези вершин гофр листа 2 с образованием щелей для прохождения газа и жидкости. В собранном виде гофрированные листы образуют горизонтальные ромбовидные каналы. Также данная компоновка образует вертикальные каналы сложной зигзагообразной формы. Для уменьшения гидравлического сопротивления слоя насадки возможно проделывание просечек, вдоль на сторонах гофр на листе второго вида. На фиг. 2 показан гофрированный лист второго вида 8 с проделанными просечками 9.
Схема движения потоков газа и жидкости показана на фиг. 4. Жидкость стекает сверху вниз, накапливаясь в нижней части ромбовидных каналов и образуя вращающиеся струи при истечении со спиралевидных лент 3 (фиг. 3). Газ поднимается снизу вверх по зигзагообразным каналам, эжектируя жидкость, стекающую со спиралевидных лент 3 (фиг. 3). Взаимодействие газа и жидкости осуществляется в ромбовидных каналах при взаимодействии потоков. При истечении со спиралевидных лент 3 (фиг. 3) сначала струи жидкости и газа движутся параллельно, прямоточно, а затем ударяются о противоположную стенку, интенсивно перемешиваясь. Это приводит к увеличению интенсивности процессов тепло- и массообмена и повышению эффективности работы насадки. Это, в свою очередь, приведет к снижению габаритных размеров аппарата и снижению капитальных затрат на его изготовление.
Осуществление изобретения
Предлагаемая регулярная насадка работает следующим образом.
Поток газа (пара) проходит снизу вверх зигзагообразно по каналам, образованными листами насадки (фиг. 4). Жидкость стекает сверху вниз. Течение жидкости происходит следующим образом: поток жидкости устремляется в горизонтальный ромбовидный канал 5 (фиг. 1) и частично заполняет его. Далее жидкость стекает на нижний соседний ромбовидный канал в виде вращающихся струй по спиралевидным лентам 3 (фиг. 1). Таким образом, весь пакет гофрированных листов частично заполняется жидкостью, и определенный уровень жидкости постоянно присутствует в ромбовидных каналах. При этом жидкость стекает зигзагообразно, постоянно изменяя направление, что способствует перемешиванию и увеличению интенсивности тепло- и массообмена. Газ (пар) движется зигзагообразно снизу вверх. Он не может пройти через прорези 4 (фиг. 1), так как ему препятствует слой жидкости, который постоянно присутствует в ромбовидных каналах. Газ устремляется в область 6 (фиг. 1), при этом захватывает стекающую жидкость со спиралевидных лент 3, тем самым создавая эффект эжектирования. На фиг. 4 подробно показана схема движения потоков газа и жидкости.
Таким образом, в новой конструкции насадки создаются более благоприятные условия для протекания процессов тепло- и массообмена, чем в известных аналогичных конструкциях.