НАСАДКА ДЛЯ МАССООБМЕННОГО АППАРАТА

Предлагаемое техническое решение относится к насадке для массообменных аппаратов и может найти применение в химической, нефтехимической, металлургической, машиностроительной, пищевой, фармакологической, биохимической и других отраслях промышленности, а также в экологических процессах очистки сточных вод и дымовых газов.
Известна насадка для массообменных аппаратов из проволочных спиралей и стеклянного волокна, обладающая высокой удельной поверхностью и свободным объемом (В.М.Рамм. Абсорбция газов. Изд. 2-е, перераб. и дополн. - М.: Химия, 1976, С.315-316).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточная степень очистки жидкостей и газов от молекул извлекаемых компонентов из-за неравномерности распределения поверхности материала насадки и гидравлического сопротивления по ее объему, особенно вблизи стенок аппарата с образованием пристенного эффекта, что приводит к разному времени пребывания очищаемой среды в насадке.
Известна насадка в контактном аппарате для озонирования водных систем, выполненная из объемного нетканого волокнистого модуля с поровым пространством 0,7-0,99, представляющего собой беспорядочно уложенные в объеме и точечно-скрепленные в местах соприкосновений прочные нити с диаметром 0,2-2 мм из полимерного материала, инертного к воздействию водной системы и озона (свидетельство на полезную модель №33759, РФ C02F 1/78, 2003).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточная степень очистки жидкостей и газов при использовании известной насадки в массообменных аппаратах из-за неравномерности структуры пор и поверхности объемного нетканого волокнистого модуля особенно вблизи стенок аппарата, где порозность насадки возрастает, а ее поверхность уменьшается с образованием пристенного эффекта, что приводит к разному гидравлическому сопротивлению, времени пребывания и массопереносу улавливаемых молекул.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту по совокупности признаков и принятому за прототип является насадка для массообменного аппарата, содержащая проволоку или полимерные мононити, фиксирующие элементы в виде параллельных стержней, установленных в проволоке или полимерных мононитях и закрепленных на концах пластинами, выполненными в виде болтов, равномерно установленных по окружности дисков с отношением диаметра диска к внутреннему диаметру аппарата составляющем:
где d и D - соответственно диаметр диска и внутренний диаметр аппарата (патент на полезную модель РФ №109015, B01J 19/32, B01D 45/00, 2011).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата относятся недостаточная степень очистки жидкостей или газов от молекул извлекаемых компонентов из-за неодинакового распределения насадки по объему и сечению аппарата, что приводит к увеличению пористости и уменьшению поверхности насадки вблизи стенок с образованием пристенного эффекта, вызывающего перемещение жидкости к стенке аппарата, а газа к его оси.
Техническим результатом предлагаемой насадки для массообменного аппарата является увеличение степени очистки жидкостей или газов от молекул извлекаемых компонентов за счет выравнивания свободного объема и поверхности насадки по сечению аппарата и нивелирования пристенного эффекта.
Поставленный технический результат достигается тем, что в насадке для массообменного аппарата, содержащего проволоку или полимерные мононити, фиксирующие элементы в виде болтов, установленных равномерно по окружности перфорированных дисков в проволоке или полимерных мононитях и закрепленных на концах дисков с отношением диаметра диска к внутреннему диаметру аппарата составляющем d/D=0,94÷0,98, где d и D - соответственно диаметр диска и внутренний диаметр аппарата, при этом каждый диск представляет собой сегмент сферы и верхний диск установлен в аппарате с образованием выпуклой поверхности, а нижний - с образованием вогнутой поверхности, причем отношение радиуса сферы к внутреннему диаметру аппарата составляет:
где R - радиус сферы.
Выполнение диска в виде сегмента сферы и установка верхнего диска с образованием выпуклой поверхности, а нижнего - с образованием вогнутой поверхности позволяет равномерно по радиусу уменьшать свободный объем и увеличивать удельную поверхность насадки, так как высота насадки равномерно уменьшается от центральной оси к стенкам аппарата. Это препятствует перераспределению жидкости и газа в объеме насадки, когда жидкость (на плоских дисках) перетекает к стенкам аппарата, а газ, наоборот - к его оси, увеличивает интенсивность массопереноса в жидкости и газе и в целом приводит к возрастанию степени очистки.
Уменьшение отношения радиуса сферы ниже заявляемого предела
R/D=3
приводит к чрезмерному сжатию проволоки или полимерных мононитей насадки у стенок аппарата, сильному уменьшению ее свободного объема и увеличению гидравлического сопротивления, что уменьшает течение жидкости у стенок аппарата, снижает скорость массопереноса и степень очистки.
Увеличение отношения радиуса сферы выше заявляемого предела
R/D=5
приводит к недостаточному сжатию проволоки или полимерных мононитей у стенок аппарата и не обеспечивает необходимого уменьшения свободного объема и повышения удельной поверхности насадки, что приводит к перераспределению жидкости к стенкам аппарата, недостаточному ее контакту с газом, движущемся в центре колонны, снижению интенсивности массопереноса и степени очистки.
Таким образом, предлагаемая конструкция насадки для массообменного аппарата позволяет увеличить степень очистки жидкостей или газов от молекул извлекаемых компонентов за счет равномерного изменения удельной поверхности, свободного объема и гидравлического сопротивления насадки по сечению и объему аппарата, предотвратить пристенный эффект, связанный с увеличением расхода жидкости у стенок аппарата, а газа в его центральной области.
На фиг. изображена предлагаемая насадка для массообменного аппарата в разрезе.
Насадка состоит из проволоки или полимерных мононитей 1 различной толщины и профиля, верхнего 2 и нижнего 3 перфорированных дисков, выполненных в виде сегмента сферы с диаметрами d, подчиняющимися отношению (1). Верхний диск 2 установлен в аппарате 4 с образованием выпуклой поверхности, а нижний 3-е образованием вогнутой поверхности. Нижний диск 3 опирается на опоры 5, закрепленные внутри аппарата 4. Положение верхнего диска 2 относительно нижнего диска 3 регулируется с помощью болтов 6, равномерно установленных по окружности дисков 2 и 3, гайками 7.
Насадка для массообменного аппарата работает следующим образом.
Гайками 7, при их закручивании на болтах 6, обеспечивают необходимую высоту Н проволоки или полимерных мононитей 1 в насадке, создавая в ней заданный свободный объем и удельную поверхность в центральной части аппарата 4. Так как высота насадки между сегментами сфер, образованных верхним 2 и нижним 3 дисками равномерно уменьшается от центра к стенкам аппарата 4, то свободный объем насадки также равномерно уменьшается, а удельная поверхность насадки от центра к стенкам аппарата 4 увеличивается. Это предупреждает возможность перетекания жидкости, подаваемой сверху вниз от центра к стенкам аппарата 4, а газа, подаваемого снизу вверх наоборот от стенок к центру, то есть нивелирует пристенный эффект в массообменных аппаратах с насадкой.
Таким образом, установка перфорированных дисков 2 и 3, выполненных в виде сегментов сферы так, что верхний диск 2 образует выпуклую поверхность, а диск 3 - вогнутую, позволяет интенсифицировать процесс массопереноса за счет выравнивания объемов жидкостей и газов в насадке и предотвращения перетекания жидкости к стенкам, а газа - в центральную часть аппарата, и в целом увеличить степень очистки жидкостей или газов от вредных примесей.