СПОСОБ РЕГУЛЯРНОЙ УКЛАДКИ КОЛЬЦЕВОЙ НАСАДКИ
ANNULAR PACKING REGULAR ARRANGEMENT

Изобретение относится к способу ведения процессов абсорбции, ректификации, также процессов нефтепереработки и газоочистки.
Известна регулярная укладка, включающая контейнеры с перфорированными верхними и нижними стенками и размещенные в них регулярно уложенные кольца Рашига (SU №880454, B01D 53/20).
Недостатком такой укладки является снижение эффективности процесса тепло- и массообмена из-за образования застойных зон (мениск) в местах контакта соседних друг с другом элементов насадки.
Наиболее близким по технической сущности и достижению результата к изобретению' является способ регулярной укладки насадки из колец Рашига в контактных аппаратах, в котором кольца Рашига располагают горизонтальными рядами по концентрическим окружностям вплотную друг к другу со смещением колец каждого ряда по отношению к предыдущему (SU №316458, B01D 3/28).
Недостатком этого способа является снижение эффективности процесса тепло- и массообмена за счет образования застойных зон (мениск) в местах контакта соседних друг с другом элементов насадки. Также это явление приводит к неоправданному росту гидравлического сопротивления.
Задача изобретения - интенсифицировать процесс тепло- и массообмена с одновременным снижением гидравлического сопротивления, а также увеличить эффективную поверхность насадки.
Указанный технический результат достигается за счет того, что каждый элемент насадки в нижележащем слое в одной концентрической окружности по отношению к каждому элементу насадки в вышележащем слое расположен со смещением, равным:
s=(d+b)/2,
где b, мм - величина зазора, d, мм - наружный диаметр насадки.
при этом элементы насадки с одинаковым расположением в ряду чередуются через ряд по высоте, а элементы насадки уложены относительно друг друга в каждом слое с зазором, равным
b=2δ+В,
где b, мм - величина зазора, δ, мм - толщина пленки жидкости, стекающей по насадке; В=3÷4, мм - минимальное расстояние между пленками жидкости толщиной δ, стекающими по поверхности соседних элементов насадки.
Этот интервал объясняется тем, что при использовании В<3 мм может привести к слиянию пленок, В>4 мм приводит к уменьшению активной поверхности за счет сокращения числа насадочных элементов.
Толщина пленки жидкости - δ определяется по следующим критериальным уравнениям:
ж
для ламинарного течения пленки жидкости, при Rе<1600:
ж
ж
2
2
где ν - кинематическая вязкость жидкости, м/с; g - ускорение свободного падения, м/с; Re - число Рейнольдса для пленки жидкости;
ж
для турбулентного течения пленки жидкости, при 1600≤Rе≥30000:
В свою очередь число Рейнольдса для пленки жидкости рассчитывается по формуле:
,
3
2
ж
где q - линейная плотность орошения, м/(м·с); ν - кинематическая вязкость жидкости, м/с.
На фиг.1 показана колонна с кольцевой насадкой, уложенной по предложенному способу, поперечный разрез; на фиг.2 изображен продольный разрез укладки кольцевой насадки в колонне.
Колонный аппарат 1 заполняется кольцевой насадкой 2 диаметром d и высотой h, каждый элемент 3 насадки 2 в нижележащем слое в одной концентрической окружности по отношению к каждому элементу 4 насадки 2 в вышележащем слое расположен со смещением, равным s, при этом элементы насадки 2 с одинаковым расположением в ряду чередуются через ряд по высоте, а элементы 4, 5 насадки 2 уложены относительно друг друга в каждом слое с зазором b.
Способ согласно изобретению осуществляется следующим образом.
2
ж
-6
2
Пример 1. Жидкая фаза - вода - подается равномерно в колонный аппарат 1 на насадку 2 - кольца Рашига размерами 50×50×5 мм, уложенную предложенным способом, и стекает по ее поверхности в виде тонкой пленки и струек жидкости, контактируя с восходящим потоком газа, содержащим СО. Режим течения пленки жидкости по насадке - ламинарный, при этом число Рейнольдса для пленки жидкости Rе=1500. Кинематическая вязкость жидкости 1,004·10 м/с.
Толщина пленки жидкости, стекающей по поверхности элементов насадки 2, рассчитывается по формуле:
Т.е. толщина пленки жидкости, стекающей по поверхности элементов насадки, 2δ=0,5 мм.
Элементы 4, 5 насадки 2 уложены относительно друг друга в каждом слое с зазором, равным:
b=2δ+В,
где b, мм - величина зазора, δ, мм - толщина пленки жидкости, стекающей по насадке; В=3÷4, мм - минимальное расстояние между пленками жидкости толщиной δ, стекающими по поверхности соседних элементов насадки.
Т.е. величина зазора между элементами 4, 5 насадки b=2·0,5+4=5 мм.
Каждый элемент 3 насадки 2 в нижележащем слое в одной концентрической окружности по отношению к каждому элементу 4 насадки 2 в вышележащем слое расположен со смещением, равным:
s=(d+b)/2,
где b, мм - величина зазора, d, мм - наружный диаметр насадки.
Т.е. величина смещения между элементами 3 и 4 насадки 2 s=(50+5)/2=27,5 мм.
2
ж
-6
2
Пример 2. Жидкая фаза - вода - подается равномерно в колонный аппарат 1 на насадку 2 - кольца Рашига размерами 50×50×5 мм, уложенную предложенным способом, и стекает по ее поверхности в виде тонкой пленки и струек жидкости, контактируя с восходящим потоком газа, содержащим СО. Режим течения пленки жидкости по насадке - турбулентный, при этом число Рейнольдса для пленки жидкости Rе=15000. Кинематическая вязкость жидкости 1,004·10 м/с.
Толщина пленки жидкости стекающей по поверхности элементов насадки 2 рассчитывается по формуле:
Т.е. толщина пленки жидкости, стекающей по поверхности элементов насадки, δ=1,7 мм.
Элементы 4, 5 насадки 2 уложены относительно друг друга в каждом слое с зазором, равным:
b=2δ+В,
где b, мм - величина зазора, δ, мм - толщина пленки жидкости, стекающей по насадке; В=3÷4, мм - минимальное расстояние между пленками жидкости толщиной δ, стекающими по поверхности соседних элементов насадки.
Т.е. величина зазора между элементами 4, 5 насадки b=2·1,7+4=7,7 мм.
Каждый элемент 3 насадки 2 в нижележащем слое в одной концентрической окружности по отношению к каждому элементу 4 насадки 2 в вышележащем слое расположен со смещением, равным:
s=(d+b)/2,
где b, мм - величина зазора, d, мм - наружный диаметр насадки.
Т.е. величина смещения между элементами 3 и 4 насадки 2 s=(50+7,7)/2=28,85 мм.
Дистанционирование рядом расположенных элементов позволяет избежать слияние пленок (струек жидкости), стекающих по поверхности насадок, и образование застойных зон (миниск), что обеспечивает увеличение активной поверхности насадки, участвующей в процессе тепло- и массообмена ~30%, равномерность распределения газожидкостного потока, тем самым повышая эффективность процесса тепло- и массообмена.
Технический результат, который может быть получен при использовании данного изобретения, заключается в повышении эффективности процесса тепло- и массообмена, увеличении эффективной поверхности насадки. Дополнительный положительный эффект заключается в некотором снижении гидравлического сопротивления.