РЕГУЛЯРНАЯ НАСАДКА ДЛЯ ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫХ АППАРАТОВ

Полезная модель относится к конструкциям регулярных насадок для проведения тепломассообменных процессов в системе«газ-жидкость». Разработка может быть использована в нефтяной, нефтехимической, газовой и других отраслях промышленности в процессах ректификации, абсорбции, очистки и осушки природного газа.
Известна регулярная насадка фирмы "Зульцер" (патент США 4643853, НКИ: 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 такой насадки является то, что она недостаточно эффективно обеспечивает равномерное распределение газовых и жидкостных потоков по поперечному сечению аппарата за счет свободного перемещения газа в поперечном направлении.
Похожей конструкцией обладает насадка «Оптифлоу» (Патент РФ 2099133, МПК 6: B01J 19/32, 35/04, 8/00, от 07.03.95), состоящая из вертикально установленных гофрированных листов с наклонно расположенными гофрами по отношению к потоку газа, имеющими регулярные окна в форме ромбов.
К недостаткам данной конструкции следует отнести то, что часть потока газа, проходящего вдоль гофр под углом к оси аппарата, значительно больше части потока газа, которая проходит вертикально через октаэдры, и поэтому не достигается существенное повышение эффективности тепло- и массообмена.
Известна конструкция регулярной насадки для тепло- и массообменных аппаратов (Патент РФ 2188706, МПК B01J 19/32, B01F 3/04, заявл. 15.01.2001) Насадка состоит из вертикально установленных гофрированных листов, соприкасающихся выступающими гофрами друг с другом, а каждая гофра листа выполнена с обратно вогнутыми элементами, которые расположены в местах пересечения параллельных линий с ребрами гофр. На гофрах вдоль параллельных линий, в местах их пересечения с ребрами гофр, выполнены поперечные надрезы, а у каждого из надрезов размещены обратно вогнутые элементы в виде треугольников.
Недостатком подобной конструкции является низкая турбулизация жидкости и ограниченные возможности по перемешиванию ее в поперечном, по отношению вертикальному гофрированному элементу, направлении.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) является регулярная насадка для тепломассообменных аппаратов в виде пакетов вертикальных гофрированных листов с наклонным рифлением, причем в смежных листах гофры имеют одинаковый, но противоположный угол наклона к вертикали, а вся гофрированная поверхность листов перфорирована горизонтальными рядами просечек. Согласно изобретению просечки выполнены с отогнутыми козырьками на ребрах и на вершинах гофр, причем козырьки на ребрах гофр и козырьки на вершинах ребер, отогнутые в сторону впадин гофр смежных листов, отклонены соответственно от поверхности ребер и от касательной к вершинам гофр на одинаковый угол, а угол отклонения от поверхности ребер козырьков, расположенных на вершинах гофр и отогнутых в сторону выступов гофр смежных листов, равен углу между касательной к вершинам гофр и поверхность ребер (А/с №1082470, МПК B01D 53/20, от 02.03.83 бил. №12)
Недостатком данной конструкции является отсутствие возможности перехода газовой фазы в каналы образованные соседней парой листов без разрыва пленочного течения жидкости на поверхности гофрированных листов насадки. Т.е. переход может осуществляться только через отверстия в просечках, равномерно расположенных по всей поверхности элемента, что существенно снижает поверхность контакта фаз.
Задачей полезной модели является создание нового устройства - регулярной насадки для тепло- и массообменных аппаратов с достижением следующего технического результата: повышение интенсификации массообмена за счет обеспечения возможности перехода газовой фазы в каналы образованные соседней парой листов без разрыва пленочного течения жидкости на поверхности гофрированных листов насадки, а также за счет дополнительной турбулизации жидкой и газовой фазы.
Поставленная цель достигается тем, что регулярная насадка для тепло- и массообменных аппаратов состоит из пакета вертикально установленных наклонно гофрированных элементов, соприкасающихся выступающими гофрами друг с другом, при этом гофрированные элементы выполнены из листов с просечками. Согласно полезной модели каждая гофра вертикального элемента по ребру снабжена надрезами, между которыми гофра обратно выгнута.
На фиг. 1 представлен пакет вертикально установленных наклонных гофрированных элементов.
На фиг. 2 представлен гофрированный элемент регулярной насадки в виде листа, снабженного надрезами по ребру.
На фиг. 3 представлено распределение слоя жидкости по гофрированному элементу насадки в виде листа с просечками
Регулярная насадка для тепло- и массообменных аппаратов, состоит из пакета вертикально установленных наклонно гофрированных элементов 1, соприкасающихся выступающими гофрами 2, 3 друг с другом, при этом гофрированные элементы выполнены из листов с просечками 4. Согласно полезной модели каждая гофра 2, 3 вертикального элемента 1 по ребру снабжена надрезами 5, между которыми гофра обратно выгнута.
В предлагаемой регулярной насадке обеспечивается равномерное распределение жидкости и газа по двум пересекающимся каналам, причем жидкость, под действием гравитационных сил, движется вниз в капельно-пленочном режиме, образуя на поверхности гофрированных элементов 1 насадки сплошной слой. Газовая фаза, заполняя пространство между листами, перемещается вверх не только в вертикальном (продольном), но и горизонтальном (поперечном) направлении. Это достигается за счет наличия наклонных гофр 2, 3 на вертикальных элементах 1 насадки.
Поперечные надрезы на гофрах 5 с обратно вогнутыми элементами (фиг. 2) позволяет дополнительно получить каналы для газовой фазы, пересекающие плоскость листа, а также получить между смежными листами завихритель потока для дополнительной турбулизации контактирующих сред.
Размеры просечек 4 на гофрированном элементе 1 насадки выбираются в зависимости от физико-химических свойств сред такими, чтобы обеспечивалось безотрывное течение жидкости по поверхности насадки (фиг 3). Это необходимо для исключения возможности прохождения газовой фазы через отверстия, и увеличения горизонтальных (поперечных) перемещений газового потока. В тоже время, отверстия созданные просечками 4 гофрированного элемента 1 обеспечивают перемешивание слоев жидкости стекающей по противоположным поверхностям вертикальных гофрированных элементов. Также просечки 4 создают дополнительные выпукло-вогнутые неровности на поверхности вертикального гофрированного элемента насадки 1, что дополнительно турбулизирует контактирующие потоки, повышая интенсивность массообменных процессов.
Предлагаемая насадка проста в изготовлении, может быть выполнена прокаткой или штамповкой.
Таким образом, выполнение вертикальных гофрированных снабженных по ребру надрезами, между которыми гофра обратно выгнута, обеспечивает повышение эффективности тепло- и массообмена в процессах разделения многокомпонентных смесей, таких как, например, ректификации, абсорбции, очистки, осушки и т.п., за счет частичного перехода газовой фазы в каналы, образованные соседней парой листов без разрыва пленочного течения жидкости, а также за счет турбулизации жидкой и газовой фазы, возникающей при обтекании обратно выгнутых надрезов ребер гофр.