Элемент насадки для ректификационной колонны

Полезная модель относится к конструкциям элементов насыпных насадок для массообменных аппаратов, например, кубовых ректификационных колонн периодического действия и может применяться в химической, нефтеперерабатывающей, нефтехимической, газовой, пищевой и других отраслях промышленности.
Элементы насадок помещают в колонный аппарат для создания развитой поверхности контакта между взаимодействующими потоками фаз и увеличения в результате этого эффективности тепломассообмена.
Широкое распространение нашли нерегулярные насадки, элементы которых загружаются в аппараты навалом.
Элементы нерегулярных насадок изготавливают в виде колец, спиралей, роликов, шаров, полусфер, седел и других фигур.
В качестве материала элементов нерегулярных насадок используют металл, стекло, керамику, пластмассу.
К насадкам ректификационных колонн предъявляются определенные требования, они должны обладать большой удельной поверхностью и большим свободным объемом.
Обладать коррозионной стойкостью в соответствующих средах.
Для уменьшения давления на поддерживающее устройство и стенки аппарата насадка должна иметь малый удельный вес.
Элементы насадки должны обладать достаточной жесткостью, чтобы сохранять первоначальную форму.
Наиболее просты по конструктивному исполнению и наименее затратны по изготовлению, а в ряде случаев и наиболее эффективны в процессе тепломассообмена, элементы нерегулярных насадок, выполненные из металлической проволоки.
Известна плотная прерывистая насадка, выполненная в виде набивки, состоящей из отдельных фрагментов тонкой металлической проволоки (патент РФ на полезную модель №83194, МПК B01D 3/00).
Недостатком является недостаточно развитая поверхность элементов насадки и недостаточно большой свободный объем.
Известна также насадка в виде проволочных спиралей, витки которых имеют вид треугольников, развернутых относительно друг друга (патент РФ на изобретение №2077360, МПК B01D 3/32).
Недостатком является большое гидравлическое сопротивление на поверхностях проволочных спиралей.
Кроме того, известен элемент насадки для ректификационной колонны, выполненный в виде призмы или усеченной пирамиды, образованных проволочными витками из антикоррозийного материала (патент РФ на изобретение №2090237, МПК B01D 3/00, B01D 3/14).
Недостатком также является большое гидравлическое сопротивление, вызванное микро завихрениями потока газа (пара) на остроугольных на поверхностях элемента насадки.
Ближайшим аналогом предлагаемой полезной модели является элемент насадки, выполненный в виде витков спирали из проволоки, конец последующего витка соединен с началом предыдущего и повернут относительно него на некоторый угол (патент РФ на полезную модель №154002, МПК B01J 19/30).
Отсутствие остроугольных поверхностей у элемента насадки позволяет снизить гидравлическое сопротивление и увеличить пропускную способность насадки.
Однако элемент насадки конструктивно сложен и изготовление его достаточно трудоемко.
Несмотря на большое разнообразие известных конструкций элементов нерегулярных насадок, при осуществлении технологических процессов с использованием массообменных аппаратов периодически возникает потребность в разработке новых элементов насадок.
При разработке полезной модели решалась техническая проблема по расширению арсенала конструкций элементов насадок, использующихся в ректификационных колоннах.
Технический результат заключается в обеспечении получения нового элемента для насадки ректификационной колонны, лишенного недостатков известных конструкций, а также обладающего малой массой, простой конструкцией и не требующего больших затрат при его изготовлении.
Технический результат достигается тем, что в элементе насадки для ректификационной колонны, выполненном в виде ряда витков цилиндрической спирали, изготовленной из тонкой металлической проволоки, в качестве материала проволоки использован алюминиевый сплав, при этом длина спирали равна 0,9-1,2 ее наружного диаметра.
Г
В элементе насадки в качестве материала проволоки использован алюминиевый сплав АМ6.
Наружный диаметр и длина с цилиндрической спирали могут составлять 10-11 мм.
Витки цилиндрической спирали элемента насадки могут быть выполнены из проволоки диаметром 0,9-1,1 мм.
Цилиндрическая спираль элемента насадки может быть изготовлена путем навивки проволоки на стальной прут толщиной 7,8-8,2 мм.
Именно такая совокупность существенных признаков предлагаемой полезной модели позволяет решить техническую проблему и достичь технического результата, что подтверждено практическим применением.
На фиг. приведена конструкция элемента насадки в разрезе.
Элемент насадки состоит из витков 1 цилиндрической спирали.
Витки 1 спирали выполнены из тонкой металлической проволоки диаметром d.
Длина L спирали длина спирали равна 0,9-1,2 наружного диаметра D спирали.
Г
При изготовлении элемента насадки навивают проволоку из алюминиевого сплава АМ6, диаметром 0,9-1,1 мм на стальной прут толщиной 7,8-8,2 мм и длиной 300-350 мм на токарном станке, получая цилиндрическую спираль диаметром 10-11 мм.
Г
Применение алюминиевого сплава АМ6 в качестве материала элемента насадки наиболее эффективно для надежной работы ректификационной колонны, по сравнению с другими алюминиевыми сплава, что подтверждается проведенными исследованиями.
После навивки проволоки снимают спираль с прута и разрезают по длине на отдельные спирали с десятью-одиннадцатью витками, получая готовые элементы насадки, длина которых равна 0,9-1,2 наружного диаметра.
Насадка работает следующим образом.
В ректификационной колонне жидкость тонкой пленкой покрывает элементы насадки и стекает по ним, а газ по свободным нерегулярным каналам внутри элемента и между элементами поднимается вверх, обмениваясь с жидкостью разделяемыми компонентами.
Предложенные элементы были разработаны для использования в качестве насадки крупногабаритной ректификационной колонны, диаметром 200 мм и высотой 4000 мм.
Использование предлагаемой полезной модели в указанной колонне, входящей в состав аппаратурного комплекса для производства хладагентов на основе изобутана, подтвердило высокую эффективность работы насадки и возможность получения высококачественного готового продукта в промышленных масштабах.