Насадка для массообменного аппарата

Предлагаемое техническое решение относится к насадке для массообменных аппаратов и может найти применение в химической, нефтехимической, металлургической, машиностроительной, пищевой, биохимической и других отраслях промышленности, а также в экологических процессах очистки сточных вод и дымовых газов.
Известна насадка для массообменного аппарата, содержащая проволоку или полимерные мононити, стержень и перфорированные диски, при этом отношение диаметра диска к внутреннему диаметру аппарата составляет d/D=0,94÷0,98, при этом стержень установлен осесимметрично с аппаратом и имеет возможность осевого перемещения, причем нижний торец стержня жестко соединен с верхним перфорированным диском, а верхний торец - с механизмом осевого перемещения [п. м. №117310, МПК В01 D45/00, 2012].
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относятся большие затраты времени на очистку проволочной насадки от налипшей окалины, сажи и других отложений, что уменьшает основное время работы, тем самым снижая производительность.
Известна насадка для массообменного аппарата, содержащая проволоку, фиксирующие элементы в виде болтов, установленных равномерно по окружности перфорированных дисков в проволоке и закрепленных на концах дисками, причем отношение диаметра диска к внутреннему диаметру аппарата составляет:
где d и D – соответственно, диаметр диска и внутренний диаметр аппарата, мм, при этом  концы проволоки подключены к противоположным полюсам источника постоянного тока, а поверхность проволоки представляет собой чередующиеся участки, покрытые электроизоляционным материалом и свободные от изоляции, при этом отношение длины участка проволоки, свободного от изоляции, к диаметру наружного сечения изоляции составляет:
m
где l и d – соответственно, длина свободного от изоляции участка проволоки и диаметр наружного сечения изоляционного материала, мм [п.м. №154394, МПК B01J 19/32, 2015].
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится сложность удаления ржавчины, накипи, солевых и других термических отложений с поверхности проволоки и изоляции, что увеличивает время простоя, уменьшает основное время работы, тем самым снижает производительность.
Наиболее близким техническим решением по назначению  и совокупности признаков к заявленному объекту и принятому за прототип, является  насадка для массообменного аппарата, содержащая 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:
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 [п. м. №117317, МПК B01J 19/32, 2012].
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится стекание большей части потока по выпуклой поверхности сегмента сферического диска к стенкам аппарата. Из-за чего основной поток будет не проходить через всю поверхность проволоки или полимерных мононитей, а стекать по внутренней поверхности корпуса. Это будет способствовать уменьшению массообменного процесса, а значит  производительность.
Техническим результатом предлагаемой конструкции насадки для массообменного аппарата является увеличение производительности.
Поставленный технический результат достигается тем, что насадка для массообменного аппарата, содержащая проволоку, фиксирующие элементы в виде болтов, установленных равномерно по окружности перфорированных дисков в проволоке и закрепленных на концах дисков с отношением диаметра диска к внутреннему диаметру аппарата, подчиняющемуся условию:
(1)
где d и D – соответственно, диаметр диска и внутренний диаметр  аппарата, м; при этом каждый диск представляет собой сегмент сферы, верхний диск установлен в аппарате с образованием выпуклой поверхности, а нижний – с образованием вогнутой поверхности с отношением радиуса сферы к внутреннему диаметру аппарата, подчиняющемуся условию:
(2)
где R – радиус сферы, м; причем на внутренней стенке аппарата по всему периметру между верхним и нижним дисками закреплена вставка, выполненная из полимерного материала.
Закрепление вставки, выполненной из полимерного материала  на внутренней стенке аппарата по всему периметру между верхним и нижним дисками позволяет основной части потока стопориться на полимерной вставке и после стекания по выпуклой поверхности сегмента сферического диска направляться на очистку в основной части насадки, т.е. проходя через слой проволоки, из-за чего массообменный процесс будет происходить без потерь, что будет способствовать росту производительности.
Использование вставки из полимерного материала, приводит к увеличению шероховатости внутренней поверхности аппарата, из-за находящихся на ней капилляров. Кроме того, это позволяет создавать на стенках аппарата сепарационное пространство для прохождения газовой и жидкой фаз, что уменьшает гидравлическое сопротивление насадки и приводит к снижению пристенного эффекта.
На чертеже представлен общий вид предлагаемой конструкции насадки для массообменного аппарата в разрезе.
Насадка состоит из проволоки 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 – с 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, и гайками 7, при этом верхний диск 2 и нижний диск 3 образуют вогнутую поверхность с отношением радиуса сферы R к внутреннему диаметру аппарата D, подчиняющимися отношению (2). На внутренней стенке аппарата 4 по всему периметру между верхним 2 и нижним 3 дисками закреплена вставка 8, выполненная из полимерного материала.
Насадка для массообменного аппарата работает следующим образом.
Гайки 7 закручиваются на болтах 6, обеспечивая необходимую высоту Н проволоки 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. При этом насадка начинает упираться во вставку 8, выполненную из полимерного материала.
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, закрепление вставки 8, выполненной из полимерного материала  на внутренней стенке аппарата 4 по всему периметру между верхним 2 и нижним 3 дисками, позволяет основной части потока направляться во всю поверхность проволоки 1, из-за чего массообменный процесс будет происходить без потерь, а значит, увеличится время основной работы, тем самым повышая производительность.