ЭЛЕМЕНТ НАСАДКИ ДЛЯ МАССООБМЕННЫХ АППАРАТОВ (ВАРИАНТЫ)

Изобретение относится к конструкциям насыпных насадок для массообменных аппаратов и может быть использовано в нефтеперерабатывающей, нефтехимической и других отраслях промышленности, а также для проведения тепломассообменных процессов в системах жидкость - пар/газ.
Известен элемент насадки для массообменных аппаратов, выполненный в виде цилиндрического кольца, на боковой поверхности которого выполнены прямоугольные просечки, расположенные рядами по высоте в шахматном порядке и отогнутые по поперечной образующей внутрь цилиндрического кольца в виде лепестков, в котором поперечная концевая кромка каждого лепестка расположена под углом к поперечной корневой кромке лепестка.
Преимущественное выполнение, когда угол между поперечными концевой и корневой кромками лепестка составляет от 10° до 90°, см. RU Патент №2230607, МПК В01J 9/30, 2004.
Недостатком данной конструкции насадки является то, что наличие лепестков, являющихся каплеобразующими элементами, способствует капельному уносу жидкости, повышает гидравлическое сопротивление, к тому же, элемент насадки сложный по конструкции и изготовлению, а, следовательно, и дорогой.
Наиболее близким по технической сущности является элемент насадки для массообменных аппаратов, содержащий просечные полоски из листового материала, полоски изогнуты в вертикальной плоскости относительно концевых перемычек, при этом крайние просечные полоски отбортованы, а внутренние полоски изогнуты поочередно в противоположном направлении относительно друг друга и выполнены в виде дуг и лепестков, причем лепестки изогнуты вовнутрь дуг под определенным углом, см. Обзорная информация «Зарубежные насадочные устройства массообменной аппаратуры», М., Цинтихнефтемаш, 1982.
Недостатками известной насадки является то, что наличие отбортовок, а также изогнутых во внутрь дуг лепестков, усложняет конструкцию насадки и технологию ее изготовления; концы изогнутых лепестков являются каплеобразующими элементами, способствующие капельному уносу жидкости, между концевыми перемычками и внутренними противоположно изогнутыми полосками имеются полости с острыми углами, при работе в слое насадки в этих полостях, в местах перегиба просечных полос, образуются застойные зоны. Таким образом, наличие каплеобразующих лепестков и застойных зон снижает эффективность работы насадки.
Задачей изобретения является создание элемента насадки для массообменных аппаратов, позволяющего увеличить эффективность тепломассообмена за счет ликвидации застойных зон и каплеобразования, а также упростить конструкцию элемента и повысить технологичность его изготовления.
Техническая задача по первому варианту решается тем, что элемент насадки для массообменных аппаратов, содержащий просечные полоски из листового материала, полоски изогнуты в вертикальной плоскости относительно концевых перемычек, в котором середина крайних и внутренних четных просечных полосок изогнута в полукольца с равными радиусами сгиба, а в местах, примыкаемых к перемычкам, крайние и внутренние четные просечные полоски, при равной их длине внутренним нечетным просечным полоскам, изогнуты относительно полуколец внутренних нечетных полосок с образованием седловидных полостей.
Техническая задача по второму варианту решается тем, что элемент насадки для массообменных аппаратов, содержащий просечные полоски из листового материала, полоски изогнуты в вертикальной плоскости относительно концевых перемычек, в котором середина крайних и внутренних четных просечных полосок изогнута в полукольца, при этом радиус сгиба внутренних четных полосок в два раза превышает радиус сгиба крайних полосок, а в местах, примыкаемых к перемычкам, крайние и внутренние четные просечные полоски, при равной их длине внутренним нечетным просечным полоскам, изогнуты относительно полуколец внутренних нечетных полосок с образованием седловидных полостей.
Техническая задача по третьему варианту решается тем, что элемент насадки для массообменных аппаратов, содержащий просечные полоски из листового материала, полоски изогнуты в вертикальной плоскости относительно концевых перемычек, в котором внутренние нечетные просечные полоски изогнуты в полукольца, а крайние и четные внутренние просечные полоски, примыкаемые к перемычкам, изогнуты в полукольца, образуя попарно сдвоенные цилиндрические фигуры.
Техническая задача по четвертому варианту решается тем, что элемент насадки для массообменных аппаратов, содержащий просечные полоски из листового материала, полоски изогнуты в вертикальной плоскости относительно концевых перемычек, в котором середина крайних просечных полосок изогнута в полукольца, а в местах, примыкаемых к перемычкам, крайние просечные полоски, при равной их длине внутренним нечетным просечным полоскам, изогнуты относительно полуколец внутренних нечетных полосок с образованием седловидных полостей, а четные внутренние полоски в местах, примыкаемых к перемычкам, изогнуты в полукольца, образуя попарно сдвоенные цилиндрические фигуры, причем радиусы сгиба середины крайних полосок и цилиндрических фигур равны.
Решение технической задачи дает возможность создать элемент насадки, позволяющий увеличить эффективность работы массообменного аппарата за счет ликвидации застойных зон и каплеобразования, а также упростить конструкцию элемента и повысить технологичность его изготовления.
На Фиг.1 изображен элемент насадки для массообменных аппаратов по первому варианту; на Фиг.2 изображен элемент насадки по второму варианту; на Фиг.3 изображен элемент насадки по третьему варианту; на Фиг.4 изображен элемент насадки по четвертому варианту; на Фиг.5 представлена развертка элемента насадки.
Развертка заготовки элемента насадки является единой для всех вариантов, которая содержит: крайние просечные полоски 1, четные просечные полоски 2, нечетные просечные полоски 3 и перемычку 4.
Элемент насадки для массообменных аппаратов по первому варианту содержит просечные полоски из листового материала 1, 2, 3, изогнутые в полукольца в вертикальной плоскости относительно концевых перемычек 4, в котором середина крайних 1 и внутренних четных просечных полосок 2, изогнута в полукольца с равными радиусами сгиба, а в местах, примыкаемых к перемычкам 4, крайние 1 и внутренние четные просечные полоски 2, при равной их длине внутренним нечетным просечным полоскам 3, изогнуты относительно полуколец внутренних нечетных полосок 3 с образованием седловидных полостей 5.
Элемент насадки для массообменных аппаратов по второму варианту содержит просечные полоски из листового материала 1, 2, 3, изогнутые в полукольца в вертикальной плоскости относительно концевых перемычек 4, в котором середина крайних 1 и внутренних четных просечных полосок 2 изогнута в полукольца, при этом радиус сгиба внутренних четных полосок 2 в два раза превышает радиус сгиба крайних полосок 1, а в местах, примыкаемых к перемычкам 4, крайние 1 и внутренние четные просечные полоски 2, при равной их длине внутренним нечетным просечным полоскам 3, изогнуты относительно полуколец внутренних нечетных полосок 3 с образованием седловидных полостей 5 и 5'.
Элемент насадки для массообменных аппаратов по третьему варианту содержит просечные полоски из листового материала 1, 2, 3, изогнутые в полукольца в вертикальной плоскости относительно концевых перемычек 4, в котором внутренние нечетные просечные полоски 3 изогнуты в полукольца 3, а крайние 1 и четные внутренние просечные полоски 2, примыкаемые к перемычкам 4, изогнуты в полукольца, образуя попарно сдвоенные цилиндрические фигуры 5 и 5'.
Элемент насадки для массообменных аппаратов по четвертому варианту содержит просечные полоски из листового материала 1, 2, 3, изогнутые в полукольца в вертикальной плоскости относительно концевых перемычек 4, в котором середина крайних просечных полосок 1 изогнута в полукольца 1, при этом в местах, примыкаемых к перемычкам 4, крайние просечные полоски 1, при равной их длине внутренним нечетным просечным полоскам 3, изогнуты относительно полуколец внутренних нечетных полосок 3 с образованием седловидных полостей 5, а четные внутренние полоски 2 в местах, примыкаемых к перемычкам, изогнуты в полукольца, образуя попарно сдвоенные цилиндрические фигуры 6 и 6', причем радиусы сгиба середины крайних полосок 1 и цилиндрических фигур 6 и 6' равны.
Насадка работает следующим образом.
Для ведения технологического процесса необходимый объем аппарата заполняют элементами насадки. При определенной температуре и давлении с верха аппарата подается жидкость, а снизу вверх поднимается паровая (газовая) фаза. Жидкая фаза, проходя через насадку, перераспределяется по диаметру аппарата, взаимодействуя на поверхности элементов насадки с восходящей паровой (газовой) фазой. При этом на элементах насадки образуется стекающая вниз пленка жидкости, на поверхности которой происходит тепломассообмен.
Варианты конструкций заявляемых элементов насадки с гидравлически обтекаемыми поверхностями позволяют достичь высокой скорости движения газовой фазы без излишнего захвата жидкости парами (газами), смачивая при этом поверхность насадки и равномерно распределяя жидкость по всему объему тепломассообменного аппарата. Геометрия насадки способствует перетеканию пленки с одних просечных элементов на другие, что приводит к частому обновлению межфазной поверхности, предотвращает каплеобразование и капельный унос жидкости паровым (газовым) потоком, значительно интенсифицируя, тем самым, тепломассообмен между паровой (газовой) и жидкой фазами.
Таким образом, как видно из примеров конкретного выполнения, заявляемая конструкция элемента насадки по всем вариантам выполнена гидравлически обтекаемой, без наличия застойных зон и центров каплеобразования, что обеспечивает по сравнению с прототипом более высокую эффективность работы массообменного аппарата по нагрузке и производительности.
Варианты конструкции элемента насадки просты и входят в один и тот же габаритный размер, что дает возможность расширить интервал работы по нагрузке за счет уменьшения типоразмеров и снижения удельной металлоемкости, а также изготавливать элементы насадки на одной штамповой оснастке, что повышает технологичность изготовления насадки и уменьшает затраты на ее производство.