ПРОВОЛОЧНАЯ НАСАДКА ДЛЯ МАССООБМЕННЫХ КОЛОНН

Изобретение относится к технологическому химическому оборудованию, а именно к нерегулярным контактным устройствам (насадкам) массообменных (ректификационных, абсорбционных, химобменных и др.) колонн.
Известны различные типы насадок, элементы которых представляют собой тела различной формы, помещаемые в колонный аппарат с целью создания развитой поверхности контакта между взаимодействующими потоками фаз и увеличения в результате этого эффективности тепломассообмена. (Я.Д. Зельвенский, А.А. Титов, В.А. Шалыгин. Ректификация разбавленных растворов // Л.: Химия. - 1974. - 216 с.).
Насадки используются в химико-технологических процессах ректификации, абсорбции и др. В насадочных массообменных аппаратах жидкость тонкой пленкой покрывает элементы насадки и стекает по ним, а газ (пар) по свободным нерегулярным каналам поднимается вверх, обмениваясь с жидкостью разделяемыми компонентами. При этом гидравлические и массообменные характеристики насадки определяются геометрией ее элементов.
В частности, широко применяется проволочная спиральная насадка для ректификационных колонн (Левин А.И. Проволочная спиральная насадка для ректификационных колонн // а.с. №75115, Класс 12/а 5, опубл. 13.09.1949 г.). Каждый виток элемента насадки выполнен в виде многогранника, повернутого на некоторый угол относительно соседнего витка. Длина спирального элемента (высота закрученной призмы) равна стороне треугольника.
Недостатком этой насадки является большое гидравлическое сопротивление, вызванное микрозавихрениями потока газа (пара) на острых углах, и вследствие этого, малая пропускная способность (производительность) насадки.
Известна также насадка для ректификационной колонны НПП «КОНВЕРСИЯ» (Янушкевич В.А.; Лукерченко В.Н.; Лапин А.А. Элемент насадкт для ректификационной колонны/Шатент РФ №2090237, B01D 3/00, опубл. 20.09.1997 г).
c
Элемент насадки для ректификационной колонны выполнен в виде призмы или усеченной пирамиды, образованной проволочными витками, выполненными из антикоррозийного материала, так, что каждый виток элемента выполнен в виде незамкнутого n-угольника, конец последней стороны n-угольника предыдущего витка соединен с началом первой стороны n-угольника последующего витка, причем соседние витки повернуты друг относительно друга на угол ϕ с образованием (2n-1)-угольной звезды при проекции двух смежных витков элемента на плоскость, перпендикулярную центральной оси элемента.
Недостатком этой насадки также является большое гидравлическое сопротивление, вызванное микрозавихрениями потока газа (пара) на острых углах (2n-1)-угольной звезды и малая пропускная способность (производительность) насадки.
За прототип выберем насадку Левина А.И.
Техническая задача заключается в снижении гидравлического сопротивления и увеличения пропускной способности (производительности) насадки.
Техническая задача достигается тем, что элемент насадки выполнен в виде витков спирали из проволоки диаметром d, причем конец предыдущего витка соединен с началом последующего и повернут относительно него на некоторый угол ϕ, при этом каждый виток состоит из последовательности N прямолинейных участков длиной l и N отрезков дуги радиусом r, при этом выполняются соотношения:
0≤ϕ≤15°; 2≤N≤6; r≥d; l≥d.
На рис.1 в качестве примера приведены чертежи витков и общий вид элементов насадки по предлагаемому патенту при N=2, 3, 4.
Насадка работает следующим образом. В массообменной колонне жидкость тонкой пленкой покрывает элементы насадки и стекает по ним, а газ (пар) по свободным нерегулярным каналам поднимается вверх, обмениваясь с жидкостью разделяемыми компонентами. Пропускная способность (производительность) насадки определяется максимальной скоростью газообразной (паровой) фазы, при которой не происходит захлебывание колонны.
Отсутствие острых углов позволяет снизить гидравлическое сопротивление насадки и увеличить ее пропускную способность (производительности) от 5% до 10% для различных колонн, жидкостей и режимов.