РЕГУЛЯРНАЯ НАСАДКА ДЛЯ ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫХ АППАРАТОВ
REGULAR ADAPTER 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 контактных элементов в конденсаторах смешения, в качестве оросителей градирен, и может найти применение практически во всех технологических процессах нефтяной, газовой, химической, энергетической и других смежных отраслях промышленности.
Известна насадка (SU 482181, B01D 53/20, от 11.12.73), которая выполнена из пучка труб, касающихся друг друга боковыми поверхностями. Каждая труба в верхней части снабжена трубой меньшего диаметра, соединенной с ней коническим переходником, боковая поверхность которого выполнена с продольными щелями для ввода жидкости в трубу. Зазоры, образованные между смежными трубами, заглушены.
Известна регулярная насадка для массообменных аппаратов (SU 121254 A, B01D 53/20, от 16.05.84), которая выполнена в виде пустотелого цилиндра с турбулизирующими элементами, расположенными на его внешней поверхности. Элементы выполнены в виде кольцевых гофр. Радиус впадин между гофрами меньше радиуса самих гофр.
Недостатком таких насадок является то, что они обеспечивают недостаточную эффективность процессов тепло- и массообмена из-за неравномерного распределения газовых и жидкостных потоков по поперечному сечению аппарата.
Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является регулярная насадка (SU 572222, F28F 25/02, 22.07.73), состоящая из пучка параллельно установленных вертикальных труб. Трубы выполнены с изменяющимся вдоль оси как по площади, так и по форме поперечным сечением, а также из последовательно соединенных одинаковых по форме трубчатых элементов. Каждый трубчатый элемент имеет, по крайней мере, одно поперечное сечение круглой формы и одно сечение многоугольной формы. Площади проходного сечения межтрубного пространства и труб равны как на входе, так и на выходе.
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 пучка параллельно установленных вертикальных труб, 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 пучка параллельно установленных вертикальных труб 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 регулярная насадка для тепло- и массообменных процессов, содержащая пакеты из пучка параллельно установленных вертикальных труб с изменяющейся вдоль оси площадью поперечного сечения, согласно изобретению дополнительно снабжена по высоте аппарата блоками проставок, выполненных в виде горизонтально расположенных треугольных решетчатых призм, причем в соседних по высоте рядах призмы установлены с поворотом на 90°, трубы в пакетах в соседних по высоте рядах установлены со смещением, равным половине диаметра трубы, и при этом имеют форму овала Кассини, а соотношение диаметров наиболее широкого и наиболее узкого сечения труб находится в соотношении 2:1.
На фиг.1 изображена регулярная насадка, снабженная блоком проставки из объемных элементов; на фиг.2 изображен в плане блок труб в форме овала Кассини со смещением, равным половине диаметра трубы; на фиг.3 показан в изометрии объемный решетчатый элемент проставки; на фиг.4 изображен в плане блок проставки из треугольных призм.
Регулярная насадка для тепло- и массообменных процессов, содержащая пакеты 1 из пучка параллельно установленных вертикальных труб 2 с изменяющейся вдоль оси площадью поперечного сечения, отличается тем, что пакеты 1 дополнительно снабжены по высоте аппарата 3 блоками проставок 4, выполненных в виде горизонтально расположенных треугольных решетчатых призм 5, причем в соседних по высоте рядах призмы 5 установлены с поворотом на 90°, трубы 2 в пакетах 1 в соседних по высоте рядах установлены со смещением, равным половине диаметра трубы 2, при этом трубы 2 имеют форму овала Кассини, а соотношение наиболее широкого и наиболее узкого сечения труб 2 находится в соотношении 2:1.
Регулярная насадка работает следующим образом. Жидкая фаза подается на верхний торец пакета 1, собранного из пучка параллельно установленных вертикальных труб 2, и стекает по их поверхности в виде тонкой пленки, контактируя с восходящими потоками газа, таким образом, массообмен между жидкостью и газом происходит в пленочном режиме.
Пройдя пакет 1 из пучка параллельно установленных вертикальных труб 2, жидкость перетекает в блок проставки 4, выполненный из уложенных в ряды горизонтальных треугольных решетчатых призм 5, установленных с поворотом на 90° в соседних рядах. Жидкость равномерно растекается по поверхности объемных решетчатых элементов 5. Пленки жидкости при этом в объеме проставки 5 разрываются, режим течения жидкости становится пленочно-капельным. Газовый поток в объеме решетчатой проставки 5 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 массообмена за счет перераспределения жидкости, поступающей из пакета в виде пучка труб, установленных вертикально и параллельно друг другу, 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 выполнена 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.
Предлагаемая регулярная насадка позволяет повысить эффективность тепло- и массообмена на 19-21% в процессах испарительного охлаждения оборотной воды в градирнях, проста в изготовлении и может быть использована при реконструкции известных регулярных насадок, собранных из пучка параллельно установленных вертикальных труб, изменяющихся вдоль оси по площади поперечного сечения, согласно изобретению путем размещения по высоте между пакетами соответствующих проставок, позволяющих интенсифицировать процессы тепло- и массообмена за счет турбулизации газовых потоков и перераспределения потоков жидкости.