РЕГУЛЯРНАЯ НАСАДКА ДЛЯ ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫХ АППАРАТОВ
REGULAR PACKING FOR HEAT-AND-MASS EXCHANGE APPARATUSES

Изобретение относится к конструкциям регулярных насадок, которые применяются в процессах ректификации, абсорбции, очистки и осушки природного газа, а также в качестве смесителей жидких и газовых потоков, в качестве разделителей фаз в сепарационных устройствах, в качестве контактных элементов в конденсаторах смешения, в качестве оросителей градирен, и может найти применение практически во всех технологических процессах нефтяной, газовой, химической и других смежных отраслях промышленности.
Известна регулярная насадка фирмы «Глитч» (патент EP 0130745: F28F 25/08, B01D 53/18, F28C 1/02 от 21.06.84), которая выполнена из вертикально установленных гофрированных листов, соприкасающихся выступающими гофрами друг с другом. Гофры соседних соприкасающихся друг с другом листов выполнены по диагонали в противоположных направлениях. Листы выполнены с отверстиями или просечками в виде арок, отогнутых треугольников, прямоугольников или четырехлистников, расположенными на сторонах гофр.
Известна регулярная насадка фирмы «Зульцер» (патент США №4643853: 261-112 от 17.02.87), которая выполнена из вертикально установленных гофрированных листов, соприкасающихся выступающими гофрами друг с другом. Гофры на каждом из листов расположены по диагонали и выполнены с отверстиями или насечками вдоль или поперек гофр.
Недостатком таких насадок является то, что они недостаточно эффективно обеспечивают равномерное распределение газовых и жидкостных потоков по поперечному сечению аппарата.
Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является регулярная насадка, (патент RU №2.300419, B01J 19/32, 25.10.2005), состоящая из расположенных с промежутками по высоте аппарата контактных пакетов, собранных из гофрированных листов, установленных вертикально и параллельно с наклоном гофр соседних листов под углом к горизонту в противоположные стороны, соприкасающихся выступающими гофрами друг с другом и образующих между собой свободные каналы сложной геометрической формы, и размещенных в промежутках по высоте между контактными пакетами блоков проставок. Блоки проставок выполнены в виде горизонтально уложенных в ряды параллельно друг другу объемных элементов, причем оси симметрии элементов, лежащих в соседних по высоте рядах, взаимно перпендикулярны, а общая высота блока проставок находится в пределах 1,0-4,0 эквивалентных диаметров одного элемента, при этом отношение высоты пакета из гофрированных листов к высоте блока проставки находится в пределах 2-5.
К недостаткам этой конструкции относится отсутствие перемешивания и турбулизации газовых и жидкостных потоков внутри контактных пакетов насадки, что снижает увеличение эффективности тепло- и массообменных процессов.
Также недостатком известных конструкций насадок является то, что их наибольшая тепло- и/или массообменная эффективность проявляется при проведении определенных технологических процессов, что ограничивает область их применения.
Задача изобретения: повысить интенсивность процессов тепло- и массообмена за счет:
- турбулизации газовых потоков разрыва пленки жидкости в структуре объемных решетчатых призм проставки и создания дополнительной пленочно-капельной зоны контакта фаз;
- перераспределения и поперечного перемешивания жидкости, поступающей из каналов пакета из гофрированных листов, с помощью ее дополнительного горизонтального перемещения в блоке проставки.
Технический результат, который может быть получен при использовании данного изобретения, заключается в достижении турбулизации потоков газа на входе в пакет регулярной насадки из гофрированных листов, разрыве пленки жидкости, получении дополнительной пленочно-капельной области взаимодействия газовой и жидкой фаз, достижении перемешивания жидкостных потоков в поперечном сечении аппарата перед входом в нижерасположенный пакет регулярной насадки из гофрированных листов и, как следствие, в повышении тепло- и массообменной эффективности известных регулярных насадок массообменных аппаратов и оросительных устройств градирен, а также в расширении сферы применения насадки.
Указанный технический результат достигается тем, что в регулярной насадке для тепло- и массообменных аппаратов, состоящей из расположенных с промежутками по высоте аппарата контактных пакетов, собранных из гофрированных листов, установленных вертикально и параллельно друг другу, соприкасающихся выступающими гофрами друг с другом и образующих между собой свободные каналы, и размещенных в промежутках по высоте между контактными пакетами блоков проставок, которые выполнены в виде уложенных в ряды объемных элементов, согласно изобретению каждый объемный элемент выполнен в виде треугольной призмы, у которой две верхние грани выполнены выпуклыми, а нижняя - вогнутой, причем поверхность призмы выполнена решетчатой с отверстиями одинаковой формы и равной площади живого сечения, причем отношение высоты пакетов из гофрированных листов к высоте блока проставок равно 2:1, а общая высота блока проставок составляет по меньшей мере два ряда призм, установленных с поворотом на 90° в соседних рядах.
Гофрированные листы соседних по высоте аппарата контактных пакетов выполнены с поворотом в горизонтальной плоскости на угол 60-120° относительно друг друга.
На фиг.1 изображена регулярная насадка, снабженная блоком проставки из объемных элементов; на фиг.2 изображен в плане блок проставки из треугольных призм, у которых две верхние грани выполнены выпуклыми, а нижняя - вогнутой; на фиг.3 показан в изометрии объемный решетчатый элемент проставки.
Регулярная насадка для тепло- и массообменных аппаратов, состоящая из расположенных с промежутками по высоте аппарата контактных пакетов 1, собранных из гофрированных листов 2, установленных вертикально и параллельно друг другу, соприкасающихся выступающими гофрами 3 друг с другом и образующих между собой свободные каналы 4, и размещенных в промежутках по высоте аппарата 5 между контактными пакетами 1 блоков проставок 6, которые выполнены в виде уложенных в ряды объемных элементов 7, выполненных в виде треугольной призмы 8, у которой две верхние грани выполнены выпуклыми, а нижняя - вогнутой, причем поверхность призмы 8 выполнена решетчатой с отверстиями одинаковой формы и равной площади живого сечения, причем отношение высоты пакетов 1 из гофрированных листов 2 к высоте блока проставок 6 равно 2:1, а общая высота блока проставок 6 составляет по меньшей мере два ряда призм 8, установленных с поворотом на 90° в соседних рядах.
Компоновка регулярной насадки в аппарате 8 выполнена так, что гофрированные листы 2 соседних по высоте аппарата 8 контактных пакетов 1 выполнены с поворотом в горизонтальной плоскости на угол 60-120° относительно друг друга.
Регулярная насадка работает следующим образом. Жидкая фаза подается на верхний торец пакета 1, собранного из гофрированных листов 2 и стекает по их поверхности в виде тонкой пленки, контактируя с восходящими по свободным каналам 4 пакета 1, образованным взаиморасположением гофрированных листов 2, потоками газа, таким образом, массообмен между жидкостью и газом происходит в пленочном режиме.
Расположение гофр 3 в листах 2 обеспечивает рациональное использование рабочего объема аппарата 5 вследствие увеличенного пути прохождения жидкости и ее перераспределения в местах соприкосновения гофр 3 соседних листов 2 пакета 1.
Пройдя пакет 1 из гофрированных листов 2, жидкость перетекает в блок простаки 6, выполненный, например, из уложенных в ряды с зазором относительно друг друга с поворотом на 90° в соседних рядах. Жидкость равномерно растекается по поверхности объемных решетчатых элементов. Пленки жидкости при этом в объеме проставки разрываются, режим течения жидкости становится пленочно-капельным. Газовый поток в объеме решетчатой проставки турбулизируется.
Размещение проставок между пакетами из гофрированных листов позволяет:
- повысить интенсивность процессов тепло- и массообмена за счет турбулизации газовых потоков, поступающих из закрытых каналов расположенного ниже проставки пакета из гофрированных листов, с помощью дополнительного перемешивания в блоке проставки,
- создать дополнительную пленочно-капельную зону контакта фаз, что ведет к увеличению массообменной эффективности насадки и уменьшению капитальных затрат,
- повысить интенсивность процессов тепло- и массообмен за счет перераспределения жидкости, поступающей из закрытых каналов расположенного выше проставки пакета из гофрированных листов, с помощью ее дополнительного перемещения по поверхности элементов блока проставки в горизонтальном направлении, что обеспечивает перемешивание жидкости и ее равномерное распределение по поперечному сечению аппарата.
Компоновка насадки в виде чередующихся пакетов и проставок как основных составляющих регулярной насадки таким образом, что при уменьшении пределов менее 2:1 наступает снижение эффективности от использования этих проставок, а при увеличении пределов более 2:1 теряется развиваемая удельная поверхность насадки.
Выполнение гофрированных листов соседних по высоте аппарата контактных пакетов с поворотом в горизонтальной плоскости на угол 60-120° относительно друг друга обусловлено тем, что при угле меньше 60° равномерность плотности орошения каплями жидкости нижележащего блока насадки снижается. То же имеет место при угле больше 120°.
Выполнение блока проставки из объемных элементов, представляющих собой треугольные призмы, у которых две верхние грани выполнены выпуклыми, а нижняя вогнутой способствует увеличению поверхности контакта фаз и увеличению времени контакта взаимодействующих фаз. Кроме того, этот прием позволяет увеличить жесткость решетчатых элементов.
Предлагаемая регулярная насадка позволяет повысить эффективность тепло- и массообмена на 18-24% в процессах испарительного охлаждения оборотной воды в градирнях, проста в изготовлении и может быть получена при реконструкции известных регулярных насадок, собранных из гофрированных листов, согласно изобретению путем размещения по высоте между пакетами из гофрированных листов соответствующих проставок, позволяющих интенсифицировать процессы тепло- и массообмена за счет турбулизации газовых потоков и перераспределения потоков жидкости.