РЕГУЛЯРНАЯ НАСАДКА ДЛЯ ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫХ АППАРАТОВ ИЗ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
REGULAR ADAPTER FOR HEAT-AND-MASS EXCHANGE APPARATUSES

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к конструкциям регулярных насадок, применяемых для проведения тепло- и массообменных процессов в системе газ (пар) - жидкость, таких как процесс ректификации, абсорбции, очистки и осушки природного газа, а также может найти применение в технологических процессах химической, нефтяной, газовой и других отраслей промышленности.
Уровень техники
В источнике [Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии, Часть 2, М., Химия, 1995, с.62-63] описана широко известная насадка «кольца Рашига», состоящая из колец, диаметр которых равен их высоте. Из колец Рашига может быть составлен как слой регулярной насадки, так и слой насадки «внавал».
Технический результат заключается в низкой стоимости насадки, простоте изготовления.
Общим с предлагаемой конструкцией насадки является наличие элементов, которые могут быть уложены в регулярный слой насадки, а также наличие круглых отверстий, через которые газ (пар) и жидкость поступают в элементы насадки.
Конструкция данной насадки не позволяет в полной мере обеспечить эффективность тепло- и массообменных процессов вследствие неравномерного распределения потоков, низкой смачиваемости колец Рашига при загрузке внавал, недостаточно высокой удельной поверхности насадки, что приводит к снижению эффективности работы насадки и увеличению габаритных размеров аппарата, а также слой насадки из колец Рашига обладает высоким гидравлическим сопротивлением, что приводит к увеличению эксплуатационных затрат.
В патенте на полезную модель RU 87103 U1 B01J 19/32 (2006.01) (опубликовано: 27.09.2009) «Регулярная насадка для пленочных тепломассообменных аппаратов» описывается конструкция насадки, выполненная из пластин, ориентированных вертикально с образованием каналов, каждый из которых имеет в поперечном сечении вид правильного шестиугольника, в трех не соседних углах которого установлены горизонтальные перегородки.
Технический результат заключается в простоте конструкции.
Общим с предлагаемой конструкцией является наличие вертикальных каналов, по которым перемещаются газ с жидкостью.
Недостаток аналогичен предыдущему аналогу.
Наиболее близким прототипом является конструкция насадки, описанной в патенте RU 2226125 С1 «Контактное устройство для массообменных аппаратов». Данное контактное устройство для массообменных аппаратов, составляется из горизонтальных рядов наклонных прямоугольных пластин, расположенных под углом друг к другу с щелью между кромками, при этом щели, образованные пластинами вышерасположенного ряда, располагаются против щелей нижерасположенного ряда, между которыми помещен горизонтальный отбойник, при этом отбойник имеет форму плоской прямоугольной пластины и ширину, в три раза большую ширины щели.
Общим с предлагаемой конструкцией является наличие регулярных горизонтально расположенных элементов.
Недостаток аналогичен предыдущему аналогу.
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,
- снижении гидравлического сопротивления насадки и снижении эксплуатационных затрат,
- уменьшении габаритных размеров аппарата и, как следствие, сокращении капитальных затрат на его изготовление.
Краткое описание чертежей
Перечень фигур:
фиг.1. Разрез горизонтальных элементов регулярной насадки для тепло- и массообменных аппаратов в соединении,
фиг.2. Вид сверху на плоскую пластину с регулярными отверстиями,
фиг.3. Схема движения газа и жидкости по насадке
В фиг.1 приводится конструкция горизонтальных элементов регулярной насадки для тепло- и массообменных аппаратов в соединении. На фиг.2 приводится конструкция плоской пластины с регулярными отверстиями, устанавливаема между вышележащим и нижележащим элементами насадки. На фиг.3 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 горизонтальных элементов, формованных из керамики или пластика, достигают за счет того, что элементы насадки представляют собой горизонтальные пластины 1, обладающими криволинейной поверхностью, состоящей из регулярной расположенных конических выпуклостей 2 и впадин 3, причем на вершине выпуклости и дне впадины имеются круглые сквозные конусообразные отверстия (фиг.1). Выпуклости и впадины располагаются в шахматном порядке так, что одна выпуклость окружена четырьмя впадинами. Стенки конических выпуклостей и впадин изготавливаются многогранными (8 граней) или сглаженными, как на фиг.1. Горизонтальные элементы укладываются друг на друга, соединяясь между собой так, чтобы отверстия на вершинах выпуклостей соседних элементов накладывались друг на друга, при этом образуются вертикальные каналы с переменным сечением для прохождения газа и жидкости (фиг.3). Для интенсификации массообмена между элементами устанавливается горизонтальный лист 4 с регулярными сквозными отверстиями разного размера так, как показано на фиг.1. Вид сверху на лист 4 приведен на фиг.2. Лист 4 изготовливается из пластика или металла. В малых отверстиях листа 4 между вышележащим и нижележащим элементами насадки устанавливаются устройства, имеющие вид вертикальных крестовин (фиг.3), с изогнутыми лепестками. Данная конструкция насадки позволяет отказаться от применения насадок, в которых присутствуют горизонтальные плоскости, нижняя сторона которых, как правило, не смачивается, что, как известно, снижает общую смачиваемость насадки. Поверхности, образующие предлагаемую насадку, расположены под углом друг к другу, что гарантирует их смачиваемость жидкостью как с верхней, так и с нижней стороны.
Сопоставительный анализ прототипа и заявленного изобретения показывает, что общим конструктивным признаком является наличие регулярно расположенных горизонтальных элементов.
Отличительной особенностью заявленного изобретения является то, что насадка состоит из собранных в пакеты элементов, которые обладают криволинейной поверхностью, состоящей из регулярной расположенных конических выпуклостей и впадин, причем на вершине выпуклости и дне впадины имеются круглые сквозные отверстия (фиг.1).
Данная конструкция насадки позволяет обеспечить развитую поверхность контакта фаз и высокую интенсивность тепло- и массообмена, повысить эффективность работы насадки, снизить гидравлическое сопротивление насадки и снизить эксплуатационные затраты на преодоление гидравлического сопротивления, уменьшить габаритные размеров аппарата и, как следствие, сократить капитальные затраты на его изготовление.
Сущность предлагаемой регулярной насадки иллюстрируется чертежом (фиг.1). В насадке используются горизонтальные керамические или пластиковые элементы 1, которые накладываются друг на друга. Элемент насадки представляет собой формованное устройство с криволинейно поверхностью, а именно пластину. Поверхность элемента 1 имеет вид регулярно расположенных конических выпуклостей 2 и впадин 3. Конусы усечены, причем на вершине конической выпуклости и дне конической впадины проделаны сквозные отверстия (фиг.1). Выпуклости и впадины располагаются в шахматном порядке так, что одна выпуклость окружена четырьмя впадинами. Стенки конических выпуклостей и впадин изготавливаются многогранными (8 граней) или гладкими, как на фиг.1. Высота выпуклостей и глубина впадин зависит от требуемой поверхности массообмена. Диаметр отверстий на вершинах конусов выбирается из расчета, что свободное сечение насадки должно составлять не менее 50% от сечения аппарата. Горизонтальные элементы укладываются друг на друга, соединяясь между собой так, чтобы отверстия на вершинах выпуклостей соседних элементов накладывались друг на друга, при этом образуются вертикальные каналы с переменным сечением для прохождения газа и жидкости (фиг.3).
Для интенсификации массообмена в отверстия между вышележащим и нижележащим элементами насадки могут устанавливаться устройства, имеющие вид листов с регулярно расположенными отверстиями разных размеров. В малых отверстиях расположены вертикальные крестовины 5 (фиг.2), с изогнутыми лепестками. Пластины изготовливают из пластика или металла. Крепление этих пластин осуществляется за счет зажима их между вышележащим и нижележащим элементами насадки.
Схема движения потоков газа и жидкости показана на фиг.3. Жидкость стекает сверху вниз по каналам переменного сечения, интенсивно орошая наклонные стенки конусов (фиг.3). Таким образом, на данной насадке вся поверхность орошается. Это приводит к увеличению интенсивности процессов тепло- и массообмена и повышению эффективности работы насадки. Что, в свою очередь, приведет к снижению габаритов аппарата. Кроме того, насадка обладает низким гидавлическим сопротивлением вследствие регулярности расположения элементов. Газ поднимается снизу вверх по тем же каналам, взаимодействуя с жидкостью на стенках элементов и в объеме каналов (фиг.3).
Устройства в виде крестовин с кривыми стенками позволяет раздробить потоки газа (пара) и жидкости, придать им закрученное движение, что способствует увеличению поверхности контакта фаз и интенсификации тепло- и массообмена.
Осуществление изобретения
Предлагаемая регулярная насадка работает следующим образом.
Поток газа (пара) проходит снизу вверх по каналам переменного сечения, образованными горизонтальными элементами насадки (фиг.3). Жидкость стекает сверху вниз. Жидкость орошает наклонные стенки конусообразных выпуклостей и впадин, образуя развитую поверхность контакта фаз. Газ (пар) движется снизу вверх, при этом периодически меняется скорость его движения за счет изменения сечения канала, что способствуют образованию вихрей и интенсивному перемешиванию в газовой фазе. Газ проходит через те же отверстия, что и жидкость. Массообмен проходит между газом (паром) и жидкостью на поверхности элементов насадки, а также в объеме газожидкостного слоя. На фиг.3 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.