РЕГУЛЯРНАЯ НАСАДКА ДЛЯ ТЕПЛО-МАССООБМЕННЫХ АППАРАТОВ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО БИОРЕАКЦИОННЫХ
PREFORMED PACKING FOR HEAT-AND-MASS EXCHANGE DEVICES, MAINLY BIOREACTION ONES

Изобретение относится к области химического машиностроения и может использоваться для очистки газа, дезодорации воздуха, а также для осуществления тепло-массообменных процессов в химической промышленности.
Из уровня техники известна насадка для массообменного аппарата (RU 117317 U1, B01J 19/32 от 27.02.2012), 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.
Недостатком такой насадки для массообменного аппарата является высокое гидравлическое сопротивление, а также структура насадки не позволяет достичь полного смачивания, остаются сухие зоны, в которых возможны проскоки газа, а также низкая эффективность массообмена.
Наиболее близко к предлагаемому изобретению относится регулярная сетчатая насадка Панченкова Г.М. для массообменных аппаратов (SU 827136 от 07.05.1981), которая принята нами за прототип и состоит из сетки, связанной способом "кулирная гладь", в виде блока спирали.
К недостаткам такой конструкции относится удовлетворительное распределение жидкости по сечению насадки, обеспечивающееся лишь при диаметре колонны до 0,3 м, что сужает область применения изобретения. В промышленных колоннах большего диаметра требуется установка специальных распределителей жидкости.
Кроме того, не обеспечивается поперечное перераспределение жидкости в насадке, что снижает эффективность процессов тепло- и массообмена.
Существенным недостатком конструкции является то, что материал насадки, выполненный из стали, не пригоден для проведения процессов биологической очистки газа.
Задача изобретения состоит в увеличении эффективности процесса биологической очистки газа при одновременно невысоком гидравлическом сопротивлении насадки.
Сущность изобретения состоит в том, что регулярная насадка для осуществления в аппарате процессов тепло-массообмена состоит из сетки в виде блока спирали, согласно изобретению блоки спирали, по крайней мере два, установлены с чередованием в зависимости от плотности навивки спирали, при этом спираль сетки выполнена с прямоугольным поперечным сечением и расстоянием между витками спирали сетки блока, равным от 2 до 20 толщин стенки сетки, а внутри спирали размещена полимерная прокладка с высокой пористостью для образования биопленки.
Кроме того, отличия состоят еще в том, что сетка спирали блока выполнена из лавсановых мононитей, полимерная прокладка выполнена в виде хаотически расположенной нитевидной структуры, а верхний блок выполнен с большей плотностью навивки спирали, чем нижний.
Технический результат, который может быть получен при использовании данного изобретения:
- увеличение эффективности тепло-массообменных процессов на 8-12% по отношению к аналогичным известным контактным устройствам благодаря наличию нитевидной структуры прокладки, обладающей высокой пористостью, что крайне необходимо для образования биопленки;
- обеспечение равномерного распространения и транспортировки жидкости и питательного раствора по всему объему насадки благодаря свойствам материала сетки, при этом гидравлическое сопротивление насадки во всем испытываемом диапазоне нагрузок при скорости газа до 1 м/с не превышало 600 Па на погонный метр;
- повышение эффективности процесса за счет использования всей поверхности насадки благодаря расстоянию между витками спирали, равному от 2 до 20 толщин стенки спирали, и разной плотности навивки спирали в нижнем и верхнем блоках насадки, которые не оставляют сухих зон, приводящих к проскокам газа.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, на которых изображено:
на фиг. 1 - общий вид насадки:
на фиг. 2 - разрез одного блока насадки;
на фиг. 3 - взаимное расположение блоков насадки с различной плотностью навивки спирали.
Регулярная насадка состоит из сетки 1, выполненной в виде блока спирали с прямоугольным поперечным сечением, внутри спирали уложена пористая полимерная прокладка 2 в виде хаотически расположенной нитевидной структуры.
Расстояние между витками спирали сетки 1 равно от 2 до 20 толщин стенки сетки 1, при этом толщина стенок сетки равна от 2-4 мм. Верхний блок насадки выполнен с большей плотностью навивки спирали, чем нижний, для равномерного распределения жидкости по всему объему насадки.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
На поверхность сетки 1 и пористой полимерной прокладки 2 регулярной насадки иммобилизуют микроорганизмы. Прямотоком подается очищаемый газ и орошающая вода с питательными элементами, орошение периодическое. Микроорганизмы, образуя биопленку на сетке 1 и пористой полимерной прокладке 2, поглощают загрязняющие вещества, содержащиеся в газовой фазе, превращая их в конечные продукты - двуокись углерода и воду.
Наличие диапазона в расстоянии между витками от 2 до 20 толщин стенки спирали решает две технические задачи:
1. При использовании нескольких блоков (кассет) насадки осуществляется равномерное распределение орошающего раствора и газораспределение в слое насадки, что повышает эффективность очистки, например, если аппарат высотой 2 и более метров. В таком случае первый блок (считая от верха аппарата) имеет расстояние между витками 2 толщины, следующий 6, следующий 14, следующий 20, затем опять блок насадки с расстоянием между витками 2, затем 6 и так далее до достижения необходимой высоты слоя насадки. Или любое другое чередование в данных пределах. В таком чередовании блоков при высоте аппарата более 2 метров осуществляется перераспределение газовой и жидкой фаз за счет конструкции самой насадки, без использования распределительных устройств, которые необходимы в аппаратах, где используется другие насадки, в том числе и насадки, взятые за прототип.
2. За счет увеличения расстояния между витками наблюдается повышение эффективности насадки, так как увеличивается удельная поверхность насадки (за счет увеличения насыпной плотности полиамидного материала), но при этом увеличивается гидравлическое сопротивление насадки. То есть в зависимости от условий работы установки (мощности воздуходувки, максимальной потери напора в вентиляционной системе, в которую будет устанавливаться аппарат с насадкой) можно выбрать оптимальный режим работы.
Ниже приведены таблицы 1 и 2 эффективности удаления разных веществ в зависимости от значений расстояния между витками спирали.
Использование предлагаемой регулярной насадки в народном хозяйстве позволит доводить эффективность процесса биологической очистки газа от летучих органических соединений на табачных, мусороперерабатывающих заводах, а также лакокрасочных и других цехах различных производств до 99% без дополнительных затрат электроэнергии на преодоление гидравлического сопротивления регулярной насадки.