Насадка для тепломассообменных аппаратов

Полезная модель относится к контактным устройствам для тепло- и массообменных процессов в колонных аппаратах химической, газоперерабатывающей и нефтехимической промышленности.
Известна насадка тепломассообменого аппарата, выполненная в виде полых шаров, шар изготовлен с локальным утолщением со стороны внутренней поверхности с целью снижения сопротивления, с внешней стороны шара могут быть выполнены ребра (авт.свидетельство №698639, 1979 г.). Недостатком конструкции является сложность изготовления и недостаточно развитая поверхность контакта фаз в колонном аппарате.
Самым близким по технической сути решением является насадка для тепло- и массообменных аппаратов, выполненная в виде шара с концевыми выступами кольцевой формы, опоясывающими шар, которые смещены относительно центра шара на расстояние 0,2-0,55 R шара (авт.свидетельство №1586774, 1990 г.). Высота и ширина кольцевых выступов выполнена постоянной по всей поверхности шара и равна 0,01-0,05 диаметра шара. Недостатком конструкции является трудоемкость упорядоченной загрузки насадки, так как шары укладываются в колонну выступом навстречу набегающему потоку для уменьшения вихревой зоны за насадкой и ее гидравлического сопротивления.
Техническая задача - создание эффективной нерегулярной насадки для тепломассообменных аппаратов, позволяющей получить в аппарате активную гидродинамическую обстановку для контакта фаз.
Технический результат - повышение эффективности работы насыпной насадки за счет развития межфазной поверхности при равномерной турбулизации потоков в различных точках сечения аппарата.
Он достигается тем, что известное устройство в виде шара выполнено пустотелым с круглыми отверстиями в стенках из полимерного материала, стойкого к агрессивным средам, при этом количество отверстий в шаре 12, отверстия равномерно распределены по поверхности шара и их ось проходит через центр шара, отношение объема полости шара к суммарному объему проходов, образованных отверстиями, составляет от 0,5 до 3.
При засыпке в колонный аппарат слоя насадки благодаря ее шарообразной форме равномерная и упорядоченная укладка происходит самопроизвольно. Отдельные пустотелые шары обладают минимальной поверхностью соприкосновения между собой и со стенками колонного аппарата, так как контакт между шарообразными телами возможен только в точке соприкосновения, при этом максимальное количество соприкосновений одной насадки с соседними составляет 12. Для исключения недостатка - капиллярообразования и сбора капель в местах контакта насадочных тел, количество отверстий на поверхности насадки равно 12. Таким образом, при любом хаотичном, беспорядочном размещении насадок проходы насадочных тел в той или иной степени попадают в пространство между шарами, что минимизирует эффекты образования капель и капилляров.
Полая конструкция насадки с круглыми отверстиями позволяет эффективно перераспределять жидкостные и газовые потоки при их взаимодействии как в объеме отдельной насадки, так и в пространстве между соседними насадками для достижения режима эмульгирования и увеличения поверхности контакта фаз в аппарате. Роль отверстий в насадке в условиях работы при режиме эмульгирования сводится к раздроблению газовых вихрей на большое число мелких вихрей, пронизывающих жидкость к распределению их по всему сечению колонны, увеличению длины их пути; что приводит к увеличению интенсивности массопередачи.
Для надежной и эффективной работы насадки в режиме эмульгирования необходимо согласование суммарного объема проходов, образованных отверстиями, и объема полости шара для исключения негативного явления формирования на внутренней поверхности насадки капель жидкой фазы, что уменьшает разделительную способность насадки и снижает эффективную межфазную поверхность. Соотношение объемов пустот в шаре и суммарного объема проходов равное 0,5…3 позволяет снизить недостаток в работе насадок, при котором наблюдается образование капель, стекающих струй.
Предлагаемое устройство изображено на чертеже (фиг. 1 - общий вид).
3
2
Насадка для тепломассообменного аппарата представляет собой пустотелый шар 1 с внешним диаметром D и толщиной стенки h с числом проходов n=12 в виде сквозных отверстий 2 диаметром d, равномерно распределенных по поверхности шара, ось которых проходит через центр шара. Отношение объема полости шара V1=4/3⋅π⋅((D-2h)/2) к суммарному объему проходов V2=n⋅h⋅(πd/4) составляет V1/V2=0,5…3.
Устройство работает следующим образом. Насадку для тепломассообменных аппаратов изготавливают из полимерного материала - термопласта, устойчивого к агрессивным средам и термостойкого, в виде пустотелого шара 1 с круглыми отверстиями 2 в стенках, при этом количество отверстий в шаре 12, отверстия равномерно распределены по поверхности шара и их ось проходит через центр шара, отношение объема полости шара к суммарному объему проходов, образованных отверстиями, составляет от 0,5 до 3. Насадки для тепломассообменных аппаратов загружают в колонный аппарат в навал. При этом насадки самопроизвольно располагаются в аппарате равномерно, упорядоченно и обладают минимальной поверхностью соприкосновения между собой и со стенками колонного аппарата. В условиях работы при режиме эмульгирования прохождение газа через отверстия 2 внутрь шара 1 и
выход его из отверстий 2 вызывает активное раздробление газовых вихрей на большое число мелких вихрей, пронизывающих жидкость к распределению их по всему сечению колонны, увеличению длины пути их и завихрению самой жидкости. Таким образом, получаем развитую межфазную поверхность тепломассобмена при равномерной турбулизации потоков в различных точках сечения аппарата и, следовательно, повышение эффективности работы нерегулярной насадки.
Предлагаемая насадка по сравнению с известными эффективно перераспределяет жидкостные и газовые потоки при их взаимодействии как в объеме отдельной насадки, так и в пространстве между соседними насадками, в аппарате не происходит образования крупных капель и стекающих струй, что интенсифицирует процессы тепломассообмена.
Положительный эффект - предлагаемая конструкция позволяет повысить эффективность работы насыпной насадки за счет развития межфазной поверхности, получить равномерную гидродинамическую обстановку в различных точках сечения аппарата.