Массообменная колонна

Предлагаемое техническое решение относится к массообменным аппаратам с листовой насадкой и может найти применение при проведении процессов ректификации, абсорбции, экстракции в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, газовой, пищевой, фармацевтической, энергетической и других отраслях промышленности, а также в экологических процессах разделения растворов и газов.
Известна массообменная колонна, включающая вертикальный аппарат круглого сечения, внутри которого поярусно установлены перфорированные решетки, на которых расположена слоями насадка, отличающаяся тем, что перфорированные решетки установлены наклонно под острым углом к горизонтали поочередно в диаметрально противоположные стороны, перфорации решеток выполнены в виде арочных прорезей выпуклостью вверх с осями, направленными в сторону наклона решеток, перфорированные решетки установлены на распорные эллиптические разрезные кольца, к концам которых прикреплены упорные пластины, к одной из которых прикреплен упорный винт, проходящий свободно в отверстие другой пластины, по обе стороны которой на упорный винт навинчены гайки так, что гайка между упорными пластинами навинчена до упора в пластину и распорное эллиптическое кольцо плотно прижато к внутренним стенкам колонны, ось упорного винта распорного эллиптического кольца смещена внутрь окружности распорного кольца и вниз относительно плоскости распорного кольца (Пат.  № 2050912, B01D 3/22, 1995 г.).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточная скорость тепло- и массообменных процессов из-за постоянства локальных скоростей жидких и газовых потоков (сплошной и дисперсной фаз) между перфорированными решетками, установленными наклонно под острым углом, что снижает общую производительность.
Известен абсорбер, представляющий собой колонну с насадкой в виде вертикальных пластин, в верхней части которой находятся распределяющие жидкость устройства, равномерно орошающие каждую пластину с обеих сторон, в нижней части колонны установлен коллектор для равномерного подвода газа на каждую пластину, состоящий из труб, установленных вдоль нижнего торца каждой пластины с равномерно герметично закрепленными по длине этих труб акустическими резонаторами с отверстиями, направленными на торцы пластин, на которых соосно с отверстиями горизонтально установлены диски, а верхние края пластин подвешены на цилиндрических пружинах, закрепленных в верхней части колонны  (П. м. №  168 134, B01D 53/14, 2016 г.).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится то, что поток газа равномерно орошает листовую насадку только в нижней части массообменной колонны, из-за чего будет формироваться низкая скорость тепло- и массообменных процессов между скоростей жидких и газовых потоков, что будет вызывать снижение производительности.
Известны массообменные аппараты с листовой насадкой, в которых размещены вертикальные листы из различных материалов (метал, пластмасса, натянутые на каркас ткань, пленка и т.п.). Для равномерного смачивания листовой насадки с обеих сторон используют распределительные устройства в виде конических лотков с прорезями, которые обеспечивают высокую равномерность орошения по периметру листов насадки, образуя жидкостные пленки по обеим сторонам листовой насадки[Общий курс процессов и аппаратов химической технологии. Учебник. Книга вторая / В.Г. Анштейн, М.К. Захаров, Г.А. Носов и др.: Пор редакцией В.Г. Анштейна. М. : Логос : Высшая школа, 2002, с. 914].
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится сложность и длительность удаления загрязнений (термических отложений, сажи, накипи, осмоления и др.) с поверхности листов, что уменьшает рабочий режим работы и производительность массообменной колонны. Кроме того, неподвижные листы насадки создают постоянный ламинарный пограничный слой пленки жидкости, снижающий скорость массопереноса между газовой и жидкой фазами, что также приводит к снижению общей производительности.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявляемому объекту и принятому за прототип является массообменные аппараты с насадкой и пульсатором: поршневым, мембранным или сильфонным, герметично присоединенного к боковой поверхности стенки корпуса. Например, экстракционная колонна с насадкой КРИМЗ состоит из трех частей: верхней и нижней отстойной зонами и представляющей собой тарелки на 2-10 мм меньше диаметра колонны, на которых находятся прямоугольные отверстия с направляющими лопатками по обеим сторонам тарелки. Тарелки закреплены на проходящих внутри колонны стержнях. Колебания в жидкой фазе создаются пневматическим пульсатором. (Ю.Н. Шаповалов, В.С. Шеин. Машины и аппараты общехимического назначения. Учебное пособие. - Воронеж: издательство ВТУ, 1981, с. 157-160; А.Г. Касаткин. Основные процессы и аппараты химической технологии.- М.: Химия 1971, с. 573-574).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится малая производительность при работе с высоковязкими структурированными неньютоновскими жидкостями из-за недостаточной скоростью массопереноса между дисперсными фазами: газожидкостной или жидкостно-жидкостной.
Техническим результатом предлагаемой конструкции массообменной колонны является увеличение производительности.
Поставленный технический результат достигается тем, что массообменный аппарат с листовой насадкой, состоящий из корпуса, насадки и  поршневого пульсатора, герметично присоединенного к боковой поверхности стенки корпуса, причем корпус содержит патрубки для входа и выхода жидкости и входа и выхода газа, листовая насадка выполнена в виде полых герметичных параллелепипедов из высокоэластичного материала, подвешенных на перфорированной тарелке орошения, в которые поршневым пульсатором подается воздух, с патрубками соединенными с распределительной трубкой, а в нижней части корпуса аппарата снаружи устанавливается дополнительный пульсатор, соединенный с одним концом распределительной трубки, в которую от пульсатора подается воздух. Выполнение насадки в виде полых герметичных параллелепипедов из высокоэластичного материала (например, резины), в которые поршневым пульсатором подается воздух, позволяет рукавам надуваться и растягиваться, при этом происходит увеличение поверхности контакта фаз стекающей вниз жидкости и поднимающего вверх газа (пара), это способствует повышению производительности.
Выполнение насадки в виде полых герметичных параллелепипедов из высокоэластичного материала (например, резины), в которые поршневым пульсатором подается воздух, с патрубками соединенными с распределительной трубкой, а в нижней части корпуса аппарата снаружи устанавливается дополнительный пульсатор, соединенный с одним концом распределительной трубки, в которую от пульсатора также подается воздух, позволяет рукавам надуваться и растягиваться из-за чего происходит  удаления загрязнений (термических отложений, сажи, накипи, осмоления и др.) с поверхности листов, это значительно упрощает процесс проведения регенерации в колонне, а значит, повышает производительность.
На фигуре изображен общий вид в разрезе предлагаемой конструкции массообменной колонны.
Массообменный аппарат представляет собой колонну, состоящую из корпуса 1 с насадкой, выполненной из полых герметичных параллелепипедов из высокоэластичного материала 2, подвешенных на перфорированной тарелке орошения 3. Корпус 1 содержит: патрубки для входа 4 и выхода 5 жидкости и входа 6 и выхода 7 газа, поршневой пульсатор 8, который герметично присоединен к насадке, выполненной из полых герметичных параллелепипедов из высокоэластичного материала 2. Насадка 2 в нижней части соединяется с патрубками 9,  распределительной трубкой 10 и дополнительным пульсатором 11.
Массообменный аппарат работает следующим образом.
Жидкость по патрубку 4 подается на перфорированную тарелку орошения 3, которые равномерно в виде пленки орошают обе поверхности насадки, выполненной из полых герметичных параллелепипедов из высокоэластичного материала 2, стекает по ним вниз корпуса 1 и отводится из него по патрубку 5.
Газ подается по патрубку 6, равномерно заполняет внутреннюю полость корпуса 1, равномерно обтекая насадку, выполненную из полых герметичных параллелепипедов из высокоэластичного материала  2, образует вихри и волнообразование поверхностей пленки жидкости, поднимается вверх вдоль поверхности насадки, выполненной из полых герметичных параллелепипедов из высокоэластичного материала 2, и выходит из корпуса 1 по патрубку 7.
Когда поршневой пульсатор 8 и 11 подает воздух в насадку, выполненную из полых герметичных параллелепипедов из высокоэластичного материала 2 (например, резины), в нижней части минует распределительную трубку 10, происходит уменьшение объема газовой (паровой) фазы внутри корпуса 1, что увеличивает скорость газа по всей высоте. Пленка жидкости при этом стекает по обеим поверхностям раскачивающихся  листов насадки из полых герметичных параллелепипедов из высокоэластичного материала 2.
Пример. В процессе ректификации этилового спирта, используется насадка, выполненная из полых герметичных параллелепипедов из высокоэластичного материала 2, высотой 2 метра, переменной ширины и толщиной 0,03  м.
При подаче  поршневым пульсатором 8 воздуха в насадку 2, полые герметичные параллелепипеды из высокоэластичного материала начинают увеличивать свои размеры. Мягкие резины обладают эластичностью, большой прочностью на разрыв и высоким сопротивлением истиранию. С характеризуются высокими диэлектрическими показателями в интервале температур от —65 до 4-250° С. Резины имеют прочность на разрыв около 50 /сгс/сл и относительное удлинение около 200% [ Г.П. Григорьев, А.Г. Сирота и др.  Полимерные материалы  : М. Высшая школа. 1966 г. с.242]
Примем что в насадке, выполненной  из полых герметичных параллелепипедов из высокоэластичного материала 2 удлиниться на 10%.  Тогда рукава будут иметь высоту 2,2 метра и диаметр 0,033 м, таким образом, поверхность массообмена увеличить, это будет способствовать увеличению производительности.
Таким образом, установка внутри корпуса 1, насадки из полых герметичных параллелепипедов из высокоэластичного материала (например, резины) 2 в форме рукавов, в которую поршневым пульсатором  8 и 11 подается поток воздуха, позволяет рукавам надуваться и растягиваться из-за чего происходит  удаления загрязнений (термических отложений, сажи, накипи, осмоления и др.) с поверхности листов, что способствует росту массопереноса, также увеличение объема насадки в виде полых герметичных параллелепипедов из высокоэластичного материала 2, приводит  к увеличению поверхности массообмена и к уменьшению газовой (паровой) фазы внутри корпуса, это увеличивает скорость газа по всей высоте корпуса колонны, а значит, увеличивает время работы колонны и ее производительность в целом.