КОНТАКТНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ МАССООБМЕННЫХ АППАРАТОВ
CONTACT DEVICE FOR MASS-TRANSFER APPARATUS

Изобретение относится к массообменным устройствам колонных аппаратов для систем газ (пар) - жидкость и может быть использовано в нефтехимической и химической промышленности.
3
Известны насадочные колонны, в которых контакт между газом и жидкостью осуществляется на поверхности специальных насадочных тел, а также в свободных пространствах между ними. Известна конструкция уголковой насадки, составленная из равнобоких уголков, причем кромки полок соседних в ряду уголков, перпендикулярных к полкам уголков нижерасположенного ряда, образуют с ними щели, при этом торцы кромок уголков выполнены зубчатыми [Пат.2094113 РФ, МКИ 6 B01J 19/32. Уголковая насадка для массообменных аппаратов. 27.10.97, Бюл. №30].
Недостатком данной конструкции является значительное гидравлическое сопротивление. Кроме того, при малых нагрузках процесс диспергирования жидкой фазы недостаточно эффективен.
7
Наиболее близким по совокупности существенных признаков является контактное устройство для массообменных аппаратов, составленное из рядов прямоугольных пластин, расположенных с образованием уголковых элементов, установленных углами вверх с щелью при вершине угла и с зазором между кромкой пластины вышерасположенного ряда, с пластиной нижерасположенного ряда, при этом плоские пластины расположены с возможностью создания струйно-капельного взаимодействия фаз при движении через зазоры между кромкой пластины вышерасположенного ряда с пластиной нижерасположенного ряда, пленочного течения по наклонным полкам пластин и диспергирования легкой фазы в вышерасположенную область через щели при вершине угла, причем отношение ширины щели при вершине угла к величине зазора между кромкой пластины вышерасположенного ряда равно 1:5. [Пат. №3 229928, МПК B01J 13/32, В01D 3/28; 11/04. Контактное устройство для массообменных аппаратов. 10.06.2004 Бюл №16].
Недостатком данной конструкции является низкая эффективность процесса при малых нагрузках диспергирования жидкой фазы, так как на гладких поверхностях наклонных пластин происходит проскок между собой фаз, не достигая тесного контакта.
Изобретение направлено на решение задачи эффективности и интенсификации процесса массообмена для систем газ - жидкость и снижение гидравлического сопротивления.
Указанная задача решается за счет того, что контактное устройство для массообменных аппаратов, составленное из рядов продольных пластин, расположенных с образованием уголковых элементов, установленных углами вверх с щелью при вершине угла и с зазором между кромкой пластины вышерасположенного ряда с пластиной нижерасположенного ряда, при этом продольные пластины выполнены синусоидальной формы, расположены с возможностью создания струйно-капельного взаимодействия фаз при движении через зазоры между кромкой синусоидальной пластины вышерасположенного ряда с пластиной нижерасположенного ряда, пленочного течения по наклонным полкам синусоидальной поверхности пластин и диспергируемой газовой фазы в вышерасположенную область через щели при вершине угла, достигая взаимного тесного контакта фаз, при этом наклон расположенных пластин выполнен в пределах под углом 40-45°, зазор щели при вершине угла и величина зазора между кромкой пластины вышерасположенного ряда с пластиной нижерасположенного ряда подбирались конструктивно.
Сущность изобретения заключается в одновременном эффективном использовании контактов фаз, при возникающем струйно-капельном взаимодействии при движении через зазоры, при их пленочном течении по наклонным синусоидальным полкам элементов, а также при турбулизации фаз в объеме между полками. При этом щель при вершине угла создает условия для дополнительной турбулизации и диспергирования легкой фазы в вышерасположенную область.
Взаимодействие между фазами на полках синусоидальной поверхности осуществляется в тесном контакте с меньшим проскоком, тем самым улучшает эффективность массообмена, приводит к интенсификации процесса массопередачи, исключает застойные и свободные области контактной зоны при движении фаз, способствует одновременному струйно-противоточному течению через щели, пленочному течению вдоль наклонных синусоидальных поверхностей полок, турбулизации фаз и дополнительному диспергированию при прохождении через щель при вершине угла. При этом наклон расположенных синусоидальных пластин выполнен в пределах под углом α=40-45°.
Величина зазора щели при вершине угла и величина зазора между кромкой пластины вышерасположенного ряда с пластиной нижерасположенного ряда подбирались конструктивно.
Технический результат, обеспечиваемый данной конструкцией контактной насадки для массообменного процесса, выражается в увеличении эффективности массопередачи и стабилизации равномерности профиля скоростей взаимодействующих фаз и, как следствие, обеспечивает равномерный массообмен, а также более низкое гидравлическое сопротивление.
Сущность изобретения поясняется чертежами: на фиг.1 - показана конструкция контактного устройства с схемой движения газовой и жидкой фаз; на фиг.2 - расположение синусоидальных пластин под углом α.
Контактное устройство составлено из наклонных рядов синусоидальных пластин 1, образующих уголковый элемент со щелью при вершине 2, расположенных углами вверх, причем кромки пластин вышерасположенного ряда образуют с пластинами нижерасположенного ряда зазоры 3, соотношение ширины щели 2 при вершине угла и величины зазора, образованной кромкой пластины вышерасположенного ряда с нижерасположенным рядом, подбирались конструктивно.
Контактное устройство работает следующим образом. При противоточной схеме движения фаз жидкость стекает по наклонным синусоидальным полкам 1 к зазору 3, образованному кромкой пластины вышерасположенного ряда и пластиной нижерасположенного ряда и с повышенной скоростью истекает в область наклонной синусоидальной поверхности пластины, эффективно контактируя с противоточно движущейся газовой фазой, распадаясь при этом на струи и диспергируясь входя в область между синусоидальными пластинами 1. Восходящий газовый поток эффективно контактирует со стекающей по наклонным синусоидальным пластинам с жидкостью в области II и III и, имея вертикальную составляющую, вызывает турбулизацию газожидкостного слоя в области I. Затем в вышерасположенной ячейке процесс массообмена повторяется. В связи с возможностью изменять ширину щели вершины угла и величину зазора между кромками вышерасположенного ряда и пластиной нижерасположенного ряда, позволяет регулировать объем областей турбулизации, время пребывания взаимодействия фаз в аппарате, размер струй жидкой фазы и нагрузку аппарата.
Контактное устройство для массообменных аппаратов может быть использовано для осуществления процессов массообмена в системах газ - жидкость и может найти применение в химической и нефтехимической отраслях промышленности.
Проведенные предварительные экспериментальные исследования показали, что применение предлагаемого контактного устройства позволяет увеличить эффективность массообмена на 9-11% в зависимости от размера и свойств системы и до 17% повысить их нагрузки, а также согласно экспериментальным данным, гидросопротивление данной насадки на 16-19% ниже, чем в контактном устройстве с плоскими поверхностями пластин.