ЭЛЕМЕНТ НАСАДКИ ДЛЯ МАССООБМЕННОГО АППАРАТА

Предлагаемое техническое решение относится к конструкции массообменных аппаратов непрерывного действия, применяемых в процессах абсорбции, скрубберных процессах, испарительном охлаждении для реализации контакта фаз между жидкостью и газовым потоком.
Известны конструкции насадочных устройств, состоящих из геометрических элементов различной конфигурации и предназначенных для развития поверхности контакта фаз между жидкостью и газовым потоком. (Насадки массообменных колонн. Б.А. Сокол, А.К. Чернышев, Д.А. Баранов [и др.]; под ред. Д.А. Баранова. - М., 2009)
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится высокое гидравлическое сопротивление восходящему потоку газа, что повышает энергозатраты на проведение массообменных процессов.
Известна конструкция регулярной массообменной насадки, включающей пакеты параллельных листов, массообменные поверхности которых образуют объемно-секционированное пространство, при этом листы в пакетах насадки расположены горизонтально, а массообменные поверхности каждого листа выполнены в виде отгибных козырьков, расположенных рядами с противоположным направлением отгиба упомянутых козырьков в смежных рядах, при этом отгибные козырьки выполнены перфорированными с гофрированной поверхностью. (Патент №2006284, РФ B01J 19/32, 1994).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится высокое гидравлическое сопротивление восходящему потоку газа и недостаточное развитие поверхности контакта фаз (недостаточная интенсивность процесса массопереноса).
Известна конструкция регулярной насадки для массообменных аппаратов, состоящей из горизонтально установленных гофрированных лент, вертикальных плоских металлических сеток, каркаса, при этом вертикальные плоские сетки крепятся на горизонтальных стержнях каркаса, расположенных в шахматном порядке, причем вертикальные листы сетки располагают между вертикальными рядами лент, а ребро нижнего основания вышележащей лепты находится на одном уровне с ребром верхнего основания нижележащей ленты. (Патент №2467792, РФ B01J 19/32 2012).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится высокое гидравлическое сопротивление восходящему потоку газа.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявляемому объекту и принятому за прототип является элемент насадки для массообменных и сепарационных аппаратов, содержащий набор параллельно расположенных стержней, и пластины с отверстиями, через которые пропущены стержни, при этом пластины снабжены отверстиями, свободными от стержней, и перегородками, установленными сверху и по всему периметру пластин, пластины установлены по высоте элемента на расстоянии друг от друга, например, с каскадным расположением относительно друг друга (Патент №2124394, РФ B01J 19/32, 1999).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится высокое гидравлическое сопротивление насадки при различных гидравлических режимах работы.
Целью предлагаемой конструкции элемента насадки массообменного аппарата является создание аэродинамически обтекаемой конфигурации насадки для обеспечения развитого капельного режима течения жидкости.
Техническим результатом является снижение гидравлического сопротивления восходящему потоку газа, уменьшение энергозатрат и повышение интенсивности массопередачи.
Поставленный технический результат достигается тем, что элемент насадки для массообменного аппарата, содержащий набор параллельно расположенных стержней, на которых с каскадным расположением относительно друг друга установлены пластины со свободными от стержней отверстиями, при этом пластины выполнены параболической формы с зубчатыми краями и установлены вершиной вниз, причем под каждой пластиной установлены фиксаторы.
Выполнение пластин элемента массообменной насадки параболической формы, установленных вершиной вниз, навстречу газовому потоку, позволяет создать аэродинамически обтекаемую конфигурацию насадки, что существенно снижает гидравлическое сопротивление восходящему газовому потоку и энергетические затраты на проведение массообменного процесса.
Зубчатые края пластин и наличие свободных от стержней отверстий позволяют развивать капельный режим течения сквозь слой насадки, что значительно интенсифицирует процесс массопереноса и развивает поверхность контакта фаз при малом гидравлическом сопротивлении восходящему потоку газа, что также способствует снижению энергозатрат.
Установка под каждой пластиной фиксаторов позволяет варьировать расстояние между ними, соответственно регулировать порозность насадки, что дает возможность управлять гидравлическими режимами работы, снижать сопротивление восходящему потоку газа и контролировать скорость промежуточного осаждения капель потока жидкости, что положительно скажется на интенсивности процесса массопереноса и энергетической эффективности массообменного аппарата.
На фиг. представлен общий вид элемента насадки для массообменного аппарата.
Элемент насадки для массообменного аппарата состоит из параллельно расположенных стержней 1 и пластин 2 параболической формы с зубчатыми краями, установленных на стержнях с каскадным расположением относительно друг друга, вершиной вниз и ориентированных навстречу капельному потоку. Расстояние между пластинами 2 элемента насадки может варьироваться в зависимости от развиваемого режима и регулируется фиксаторами 3 установленными под каждой пластиной, чтобы обеспечить при необходимой эффективности массопереноса минимальное гидравлическое сопротивление газовому потоку.
Насадка массообменного аппарата работает следующим образом. Жидкость орошает поверхность верхних пластин 2 параболической формы, которые начинают развивать капельный режим течения сквозь слой насадки, - за счет свободных от стержней отверстий и зубчатых краев верхней кромким. Двигаясь от ступени к ступени капли замедляют свое движение, дробятся, перемешиваются, разбиваются и обновляют поверхность контакта фаз, эти циклы повторяются но всей высоте насадки. Газ контактирует с потоком жидкости на поверхности капель и огибая аэродинамически обтекаемые пластины 2 параболической формы, совершает волновое течение. Поверхность контакта фаз между капельным и газовым потоками достаточно велика, как и скорость осаждения капель жидкости, что приводит к интенсификации процесса массопереноса, кроме того пластины параболической формы элемента насадки являются ступенями смешения (концентрирования) и обновления поверхности контакта. Насадка за счет установки пластин 2 параболической формы вершиной вниз, ориентированных навстречу капельному потоку жидкости, обладает высокой удерживающей способностью, что повышает время пребывания капель жидкости в массообменном аппарате. Кроме того, пластины 2 параболической формы элемента насадки расположены (пространственно ориентированы) таким образом, чтобы при развитии капельного режима орошения препятствовать проскоку капель через ступень, увеличивая время пребывания и обновляя поверхность контакта. Регулируемое фиксаторами 3 расстояние между пластинами 2 параболической формы позволяет при необходимой интенсивности массопереноса обеспечить минимальное гидравлическое сопротивление газовому потоку и энергетические затраты.
Таким образом, выполнение элемента насадки для массообменного аппарата в виде каскада перфорированных пластин параболической формы с зубчатыми краями, установленных вершиной вниз на параллельных стержнях, навстречу капельному потоку жидкости, снижает гидравлическое сопротивление восходящему потоку газа и способствует снижению энергозатрат при высоких показателях интенсивности процесса массопереноса.