Насадка для контактирования газа и жидкости
NOZZLE FOR CONTACTING GAS AND LIQUID

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к средствам обеспечения тепломассообмена, более конкретно к насадкам для контактирования газа и жидкости, предназначенным для использования в установках и технологиях абсорбции, дистилляции, десорбции, ректификации, экстракции, сушки и увлажнении газов, мокрого пылеулавливания. Изобретение может использоваться в химической, нефтехимической, металлургии, энергетике и в других отраслях промышленности.
Уровень техники
Из уровня техники известно большое количество средств того же назначения.
В качестве наиболее близкого аналога выбрана насадка для контактирования газа и жидкости, содержащая образующие пакет ячейки, которые выполненны в форме прямоугольного параллелепипеда, и боковые стороны, выполненные изогнутыми (патент РФ 2416461 С1, МПК B01J 19/32, 20.04.2011). Данная известная насадка обеспечивает контактирование газа и жидкости в условиях вихревых потоков. Недостатком данного известного средства является недостаточная турбулентность взаимодейтствия газа и жидкости, ограничивающая интенсификацию массообменных процессов.
Раскрытие сущности изобретения
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение интенсификации массообменных процессов.
В ходе решения указанной задачи обеспечивается достижение следующей совокупности технических результатов: повышение турбулентности встречных потоков газа и жидкости за счет несимметричности проходного сечения, повышение скорости прохождения фаз, улучшение способности насадки перерапределять фазы по всему сечению аппарата, в котором установлена насадка.
Указанные технические результаты достигаются тем, что насадка для контактирования газа и жидкости содержит образующие пакет ячейки, упомянутые ячейки имеют каркас, выполненный в форме прямого непрямоугольного параллелепипеда, и боковые стороны, выполненные изогнутыми так, что одни концы противолежащих упомянутых боковых сторон изогнуты навстречу друг другу, а другие их концы изогнуты в противоположных направлениях.
Указанные технические результаты достигаются также тем, что основание упомянутого каркаса выполнено в виде ромба, имеющего угол от 95 градусов до 120 градусов.
Указанные технические результаты достигаются также тем, что, по крайней мере, часть поверхности упомянутых боковых сторон выполнена шероховатой.
Указанные технические результаты достигаются также тем, что, по крайней мере, некоторые упомянутые боковые стороны выполнены с перфорацией.
Отличительной особенностью насадки в соответствии с изобретением является выполнение ячеек в форме непрямоугольного параллелипипеда, что обеспечивает нессиметричное сечение для прохода фаз и формирование более интенсивной турбулентности при их смешении.
Краткое описание фигур чертежей
На Фиг. 1 показана форма каркаса ячейку
На Фиг. 2 показаны два вида сбоку на ячейку.
На Фиг. 3 показан вид снизу/сверху на ячейку средства, выбранного в качестве наиболее близкого аналога.
На Фиг. 4 показан вид снизу/сверху на ячейку.
На Фиг. 5 показана фотография насадки вид сверху/снизу.
Осуществление изобретения
Повышению эффективности тепломассообменного оборудования (аппаратов, колонн, установок и пр.) в различных областях техники уделяется большое внимание. К современному тепломассообменному оборудованию предъявляются высокие массо-габаритные, энергетические и эксплуатационные требования. Современное оборудование должно быть технологичным, производительным, простым в конструкции и использовании и надежным.
Одним из путей достижения необходимых свойств является использование в тепомассообменных установках так называемых контактных насадок, обеспечивающих интенсивное взаимодействие контактируемых фаз.
Насадка в соответствии с настоящим изобретением относится к пакетному типу и обеспечивает тепломассообмен за счет сильной турбулентности (завихрения) встречных потоков фаз и увеличения площади их контактирования по всему внутреннему объему аппарата.
Насадка для контактирования газа и жидкости содержит собранные в пакет ячейки. Как правило, все ячейки имеют одинаковую форму и конструкцию. Однако, в зависимости от конструкции аппаратов, внутрь которых устанавливается собранный пакет, некоторые ячейки могут отличаться по форме, размерам и конструкции. Ячейки имеют каркас 1, выполненный в форме прямого непрямоугольного параллелепипеда и боковые стороны 2, а также основания 3.
Как известно, под прямым параллелепипедом понимается параллелепипед, у которого все боковые грани представляют собой прямоугольники. Прямой непрямоугольный параллелепипед означает, что его основания выполнены в форме параллелограммов (не прямоугольников), а боковые стороны имеют форму прямоугольников.
Боковые стороны 2 ячейки содержат две пары противоположно лежащих сторон и выполнены изогнутыми так, что одни концы противолежащих боковых сторон изогнуты навстречу друг другу, а другие их концы изогнуты в противоположных направлениях, как показано на Фиг. 2. Таким образом, во взятой в отдельности от остальных ячейки одни концы каждой пары противолежащих сторон изогнуты внутрь ячейки, т.е. навстречу друг другу (позиция 4 на Фиг. 2), а другие концы - вовне ячейки, т.е. в противоположных направлениях (позиция 5), при этом если, например, верхние концы сторон одной пары противолежащих сторон расходятся, то верхние концы другой пары сторон сходятся и наоборот.
Вид на ячейку сверху (вид внизу аналогичен) показан на Фиг. 4 и Фиг. 5. Здесь наглядно показана пара сторон 4, загнутых внутрь и пара сторон 5, загнутых наружу ячейки.
Ячейки могут собираться в пакет различным образом. Наиболее эффективно выполнить пакет так, чтобы ячейки имели общие соседние боковые стороны, а также основания. Тогда, боковая сторона, отогнутая внутрь одной ячейки, одновременно будет являться боковой стороной, отогнутой наружу по оотношении к соседней ячейке.
Основание 3 упомянутого каркаса целесообразно выполнить в виде ромба, имеющего угол α от 95 градусов до 120 градусов, как показано на Фиг. 4 и Фиг. 5, или параллелограмма с небольшой разницей в длине сторон.
По крайней мере, часть поверхности боковых сторон может быть выполнена шероховатой или иметь неровности для удержания капель жидкой фазы на поверхности.
По крайней мере, некоторые боковые стороны могут быть выполнены с перфорацией различной формы для увеличения скорости продвижения фаз и уменьшения гидравлического сопротивления.
Для более наглядной иллюстрации отличий настоящего изобретения на Фиг. 3 показан вид снизу (вид сверху аналогичен) на конструкцию насадки, выбранной в качестве наиболее близкого аналога. Тот факт, что сходящиеся пары концов сторон (в терминологии прототипа - завихрители) перпендикулярны друг другу говорит о том, что основание ячейки выполнено в виде прямоугольника, например квадрата. Так называемые завихрители в прототипе образованы парами сходящихся концов 4 противолежащих боковых сторон. Пары расходящихся концов 5 противолежащих боковых сторон направлены вовне ячейки. При такой конфигурации проходное сечение (заштрихованная область на Фиг. 3) является преимущественно симметричной.
Выполнение основания ячейки в виде параллелограмма, например, ромба, в соответствии с настоящим изобретением показано на Фиг. 4. Здесь позиции 4 и 5 также соответствуют сходящимся и расходящимся парам концов боковых сторон. Как видно из Фиг. 4, в случае настоящего изобретения проходное сечение (заштрихованная области) не является симметричным и содержит участки различной формы и размеров. Это создает условия для формирования более частых и интенсивных очагов турбулентности, чем в более простом сечении прототипа.
Пакетная насадка в соответствии с настоящим изобретением обладает высокой производительностью (пропускной способностью по жидкой и газовой фазам), низким гидравлическим сопротивлением, высокими значениями коэффициентов тепло- и массообмена, высокими показателями равномерности распределения жидких и газообразных потоков по сечению аппарата, компактностью и технологичностью.
Новизна изобретения состоит в форме выполнения основания ячейки, предпочтительно, в виде ромба или параллелограмма с небольшой разницей в длине сторон.
Насадка работает следующим образом.
Собранные в пакет ячейки устанавливают внутрь аппарата, колонны, установки или иного тепло- или массообменного оборудования, используемого для проведения процессов абсорбции, десорбции, разделения многокомпонентных смесей (ректификации), мокрого пылеулавливания в химической, нефтехимической, энергетической, металлургической и других отраслях промышленности.
Через нижние основания 3 ячеек подается газ, а через верхние основания, противотоком к газу, подается жидкая фаза. Поднимающийся снизу вверх газ уносит стекающую жидкость и, возвращая часть ее на поверхность ячеек, входит в прямоточное вихревое течение, обусловленное конструкцией боковых сторон 2 и формой ячеек. В результате этого, образуется большая и равномерно распределенная по сечению аппарата поверхность контакта фаз, реализуются высокие коэффициенты тепло- и массопередачи и в то же время снижается гидравлическое сопротивление каждой ячейки за счет более быстрого образования и осаждения капель на стенках ячеек вследствие того, что закрутка газа или парожидкостного потока осуществляется одновременно по трем осям. В каждой ячейке образуется несколько очагов вихрей за счет сложной формы проходного сечения оснований, что позволяет быстро, эффективно и равномерно распределить газожидкостную систему по всему объему аппарата.
3
2
Проведенные исследования показали, что в настоящем изобретении рабочая скорость по газовой фазе достигает величины 8 м/с, рабочая плотность орошения достигает значения 160 м/(м⋅ч).
Гидравлическое сопротивление первого слоя высокоинтенсивной пакетной вихревой насадки составлет величину менее 90 Па.
Проведенные экспериментальные исследования доказывают, что сложная форма проходного сечение оснований ячеек (см. Фиг. 4, 5) обеспечивает снижение гидравлического сопротивления и повышение интенсивности тепло- и массообмена.
Высокие эксплуатационные свойства насадки в соответствии с настоящим изобретением обеспечивают улучшение массо-габаритных и энергетических показателей тепло- массообменного оборудования до 40-60%. Насадка легко адаптируется к оборудованию любых типоразмеров и характеризуется повышенной перераспределяющей способностью жидкой фазы по сечению аппарата даже при подаче последней в одну точку.