КОНТАКТНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ МАССООБМЕННЫХ АППАРАТОВ
CONTACT DEVICE FOR MASS-EXCHANGE UNITS

Изобретение относится к массообменнои аппаратуре, применяемой в абсорбционных и ректификационных колоннах, и может быть использовано в газовой, нефтяной, нефтехимической и других отраслях промышленности.
Известно контактное устройство для массообменных аппаратов (патент на изобретение №2006284, B01J 19/32, опуб. 30.01.1994 г.), представляющее собой регулярную насадку в виде пакета из горизонтальных полотен, при этом массообменные поверхности каждого листа выполнены из отгибных козырьков, расположенных рядами с противоположным направлением отгиба козырьков в смежных рядах, для образования объемно-секционированного пространства.
Общим признаком известного и предлагаемого решений является наличие в регулярной насадке пакета горизонтальных полотен.
Недостатком такой конструкции является сложность изготовления и снижение эффективности перемешивания фаз ввиду недостаточного дробления потоков.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому техническому решению, выбранной в качестве прототипа, является насадка для массообменных аппаратов (патент на изобретение №2225753, B01J 19/32, опуб. 20.03.2004 г., БИ №8), включающая горизонтальные гофрированные полотна с отверстиями, изготовленные из просечно-вытяжного листа, расположенные так, что образующие гофров соседних полотен взаимно перпендикулярны, приэтом нижние части гофров выполнены глухими. Между полотнами установлена сетка.
Общими признаками известного и предлагаемого решений являются наличие в насадке нескольких горизонтальных полотен и наличие на них сетки.
Недостатками такого контактного устройства являются сложность конструкции и пониженная производительность за счет высокого гидравлического сопротивления конструкции.
Техническая задача заключается в упрощении конструктивного выполнения контактного устройства при повышении производительности и обеспечении эффективной работы устройства за счет организации на каждом полотне областей для беспрепятственного стока жидкости, чередующихся с областями преимущественного пропускания газа, и чередования расположения таких зон на нижележащих полотнах.
Техническая задача достигается тем, что в контактном устройстве для массообменных аппаратов, представляющем собой регулярную насадку в виде пакета перфорированных горизонтальных полотен, на которых имеется сетка, сетка перекрывает часть перфораций полотна, причем на каждом нижележащем полотне область перекрытия перфораций смещена относительно вышележащего полотна так, что на каждом нижележащем полотне область, перекрытая сеткой, расположена под областью вышележащего полотна, не перекрытой сеткой.
Кроме того, в контактном устройстве сетка может быть выполнена с отверстиями, расположенными непосредственно над частью перфораций полотна и соразмерными с ними.
Также в контактном устройстве сетка может быть размещена на полотне участками, например, в виде полос или секторов.
Размещение сетки над частью перфораций полотна позволит снизить гидравлическое сопротивление устройства и соответственно повысить его производительность, организовав беспрепятственный сток жидкости через области с перфорациями, не перекрытыми сеткой. При этом газ будет проникать преимущественно через перфорации, покрытые сеткой, как более свободные от потока стекающей жидкости, и взаимодействовать с жидкостью, задерживаемой на сетке, обеспечивая эффективный массообмен. Смещение области перекрытия перфораций на каждом нижележащем полотне относительно вышележащего полотна так, что на каждом нижележащем полотне область, перекрытая сеткой, расположена под областью вышележащего полотна, не перекрытой сеткой, также будет способствовать повышению эффективности массообмена, т.к. над областью, где преимущественно поднимается газ, будут расположена область вышележащего полотна, откуда преимущественно стекает жидкость. Т.е. эффективность массообмена повысится и за счет более интенсивного массообмена в пространстве между полотнами. Организация на полотне областей для распределенного и чередующегося стока жидкости и подъема газа и чередование таких областей на соседних полотнах обеспечивает оптимальные условия для массообмена фаз по всей поверхности полотен, позволяя равномерно распределить жидкость на полотнах контактного устройства и соответственно улучшить условия массообмена.
Выполнение сетки с отверстиями, расположенными непосредственно над частью перфораций полотна и соразмерными с ними, позволяет упростить конструкцию и изготовление контактного устройства, обеспечивая организацию стока жидкости через области с отверстиями в сетке.
Размещение сетки на полотне участками, например, в виде полос или секторов позволит организовать области с преимущественным стоком жидкости там, где сетка отсутствует, и преимущественным проходом газа через те отверстия, где сетка присутствует.
Заявителю и авторам не известны конструкции контактных устройств для массообменных аппаратов, в которых при простоте конструкции достигалось бы эффективная работа устройства за счет организации на каждом полотне чередующихся областей стока жидкости и прохода газа и создания условий для эффективного перемешивания на каждом нижележащем полотне.
На фиг.1 показано контактное устройство, в котором сетка выполнена с отверстиями, расположенными непосредственно над частью перфораций полотна.
На фиг.2 изображено контактное устройство, в котором сетка размещена на полотне участками в виде полос.
Контактное устройство представляет собой пакет из нескольких перфорированных горизонтальных полотен 1, на каждом из которых имеется сетка 2 с ячейками квадратного сечения, уложенная без зазора. На сетке выполнены отверстия 3, расположенные непосредственно над частью перфораций 4 полотна и соразмерные с ними (фиг.1). Таким образом, сетка 2 перекрывает часть перфораций 4 полотна. Сетка может быть уложена полосами 5 или секторами над частью перфораций полотна (фиг.2), также перекрывая часть перфораций 4 полотна. При этом на каждом нижележащем полотне область перекрытия перфораций смещена относительно вышележащего полотна так, что на каждом нижележащем полотне область, перекрытая сеткой, расположена под областью вышележащего полотна, не перекрытой сеткой.
Контактное устройство для массообменных аппаратов работает следующим образом. При работе массообменной колонны, когда сверху производится орошение колонны, а снизу производится подвод газа, на контактных устройствах происходит массообмен. При этом на каждом полотне 1 образуется барботажный слой, в котором и осуществляется массообмен между фазами. Жидкость, скапливающаяся на полотне, стекает на нижележащее полотно в основном через перфорации, не перекрытые сеткой, за счет образующегося над ними более высокого столба жидкости, а также за счет того, что сетка препятствует стоку жидкости, не позволяя ей проваливаться, в том числе за счет гидравлического сопротивления самой сетки и поверхностного натяжения в ячейках сетки. При этом газ поступает на полотно преимущественно через перфорации 4, перекрытые сеткой и свободные от стекающего потока жидкости. На полотне в барботажном слое осуществляется массообмен, при этом сетка, уложенная на поверхности полотна, выполняет также роль турбулизирующего элемента и рассекателя, на котором от газовой фазы дополнительно отбиваются капли жидкости. Т.к. на каждом нижележащем полотне область перекрытия перфораций смещена относительно вышележащего полотна так, что на каждом нижележащем полотне область, перекрытая сеткой, расположена под областью вышележащего полотна, не перекрытой сеткой, на полотнах контактного устройства организовывается перекрестно-встречное течение газовых (паровых) и жидкостных фаз по высоте аппарата. При этом достигается максимальная эффективность таких контактных устройств.
Проведенные лабораторные исследования показали, что предложенная конструкция повышает производительность не менее чем на 50% при повышении эффективности массообмена свыше 30% по сравнению с ближайшим аналогом. Такой результат особенно хорошо проявляется при использовании данного контактного устройства в массообменных аппаратах с диаметром свыше одного метра.