Нерегулярная насадка для массообменных аппаратов

 

Изобретение относится к насадочным элементам колонного оборудования. Цель изобретения - интенсификация массообмена, повышение механической прочности. Для достижения высокого эффекта массообмена поверхность насадки образована равными по ширине пластинами 1, имеющими выпуклую криволинейную форму и отогнутыми от продольной оси насадки поочередно в противоположные стороны. Пластины имеют параболическую форму с возрастающей длиной к основанию и концы образуют боковые стороны 2 равнобедренного треугольника с закругленными вершинами 3. Пластины 1 чередуются с прорезями 4, равными им по ширине. Насадка внавал загружается в колонный аппарат и орошается подаваемой сверху из распределителя жидкостью, которая, попадая на пластины 1 и боковые стороны треугольника 2, растекается по ним в виде пленки. Избыток жидкости перетекает через прорези 4 на внутреннюю поверхность насадки и далее на нижерасположенные пластины. Подаваемый снизу пар (газ) противотоком движется по каналам, образованным слоем насадки, значительно турбулизируя жидкость, интенсифицирует процесс массопередачи. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 В 01 D 53 20

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

flO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ .

Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4325531/23-26 (22) 25.09.87 (46) 23.05.89. Бюл. № !9 (72) H. К. Галаган, А. Б. Тютюнников, А. Ю. Колесников, В. Ф. Павленко, А. Л. Марченко, В. А. Заколотюк, Н. Г. Зеленская, С. А. Лапкин, М. М. Бергельсон, В. A. Левин и М. С. Горбунов (53) 66.074.5! 3 (088.8) (56) Патент Франции № 129931, кл. В Ol D l/03, 1980.

Авторское свидетельство СССР № 704648, кл. В 01 D 53/20,,1979. (54) НЕРЕГУЛЯРНАЯ НАСАДКА ДЛЯ

МАССООБМЕННЫХ АППАРАТОВ (57) Изобретение относится к насадочным элементам колонного оборудования. Цель изобретения — интенсификация массообмена, повышение механической прочности. Для достижения высокого эффекта массообмена поверхность насадки образована равными по

„„SU„„1480862 А 1 ширине пластины 1, имеющими выпуклую криволинейную форму и отогнутыми от продольной оси насадки поочередно в противоположные стороны. Пластины имеют пара-. болическую форму с возрастающей длиной к основанию, и концы образуют боковые стороны 2 равнобедренного треугольника с закругленными вершинами 3. Пластины 1 чередуются с прорезями 4, равными им по ширине. Насадка внавал загружается в колонный аппарат и орошается подаваемой сверху из распределителя жидкостью, которая, попадая на пластины 1 и боковые стороны треугольника 2, растекается по ним в виде пленки. Избыток жидкости перетекает через прорези 4 на внутреннюю поверхность насадки и далее на нижерасположенные пластины. Подаваемый снизу пар (газ) противотоком движется по каналам, образованным слоем насадки, значительно турбулизируя жидкость, интенсифицирует процесс массопередачи. 1 з. п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

1480862

Изобретение относится к химическому машиностроению, а именно к насадочным элементам колонного оборудования, предназначенного для процессов ректификации, дистилляции, абсорбции, экстракции.

Цель изобретения — интенсификация массообмена за счет развития турбулентности потоков, увеличения удельной контактной поверхности и свободного объема а также повышение механической прочности насадки.

На фиг. 1 показана насадка, общий вид; на фиг. 2 — вид А на фиг. 1; на фиг. 3 — сечение Б-Б на фиг. 1.

Поверхность насадки образована равными по ширине пластинами 1, имеющими выпуклую криволинейную форму и отогнутыми от продольной. оси насадки поочередно в противоположные стороны, а пластины имеют параболическую форму с возрастающей амплитудой к основанию и концы образуют боковые стороны 2 равнобедренного треугольника с закругленными вершинами 3, в результате чего образуется полузамкнутая форма насадочного тела, на поверхности которого пластины 1 чередуются с прорезями 4, равными им по ширине.

Насадка простой геометрической формы изготовляется методом штамповки и при ее производстве рекомендуется использование отходов листового металла.

Нерегулярная насадка загружается в колонну внавал и работает следующим образом.

На насадку подают жидкость сверху из распределительного устройства. Попадая на отогнутые пластины 1 и боковые стороны 2 треугольника, жидкость растекается по ним в виде пленки за счет сил поверхностного натяжения. При дальнейшем движении избыток жидкости перетекает через прорези 4, попадая на внутреннюю поверхность насадки и далее на нижерасположенные пластины.

В местах соприкосновения пластин между собой (точек контакта) пленка жидкости дробится на отдельные капли, струи, которые образуют дополнительную поверхность контакта фаз и далее стекают на нижележащие контактные элементы.

Подаваемый снизу газ (пар) противотоком движется по каналам, образованным насадкой. Конструкция насадки создает условия благоприятного динамического воздействия газового (парового) потока на жидкость, способствует развитию турбулентности в пленке жидкости, вихреобразованиям, пульсациям. За счет эффективного взаимодействия потоков, быстрого выравнивания концентраций в завихренной жидкости возрастает движущая сила процесса массопередачи, интенсифицируется массоперенос. Внутри каждой насадки создаются условия перекрестно-поперечного движения фаз, дополнительно интенсифицирующих процесс массонередачи и способствующих увеличению активной контактной поверхности.

Наиболее целесообразное отношение высоты насадки к малой оси основания 1,9—

> 2,3/1 определяет параболическую форму пластин, а также является целесообразным для обеспечения качества изготовления насадки без разрывов и прочности насадки на сжатие.

При соотношении менее 1,9:1,0 парабо10 лическая форма пластин более приближается к окружности, что снижает механическую прочность насадки, уменьшает возможность более плотной упаковки насадки в слое, увеличивает вероятность образова1 ния мертвых зон и неравномерности распределения потоков, что снижает эффективность массопереноса.

При соотношении свыше 2,3:1,0 уменьшается объемность. насадки, т. е, она становится более плоской, что значительно умень20 шает свободный объем насадки, возрастает гидравлическое сопротивление, ухудшаются условия взаимодействия потоков жидкости и газа, что снижает эффективность массообмена.

25 HCIlbITBHHR HBCBglKH IlpOBOJIHT B KOJIOHнах диаметром 250 мм и 800 мм с высотой насадочного слоя по 1 м при процессе десорбции водно-аммиачных растворов.

Сравнительная характеристика технологических показателей известной и предлагае о мой насадок приведена в таблице.

Предлагаемая насадка (таблица) обладает большей производительностью как по газовой (паровой), так и по жидкой фазам, меньшим гидравлическим сопротивлением, имеет широкий диапазон устойчивой рабоЗ ты, что достигается полузамкнутой формой насадки с выполнением ее поверхности из отогнутых поочередно в. противоположные стороны пластин равной ширины параболической формы с возрастающей амплитудой к основанию. 3а счет того, что концы

40 пластин образуют боковые стороны равнобедренного треугольника с закругленными вершинами, возрастает общая величина активной контактной поверхности, способствующая более интенсивному массообмену, луч4 шей разделяющей способности, о чем свидетельствуют более высокие значения числа теоретических тарелок на 1 м насадки.

Предлагаемая насадка меньшей массы, более проста по конструкции и в изготовле.нии, обладает большей механической прочностью, выдерживая большие предельные нагрузки на сжатие, кроме того, имея лучшие технологические параметры, она обеспечивает снижение металлоемкости и расхода энергоресурсов, а возможность использования отходов листового металла значительно у снижает ее стоимость.

Интенсификация массообмена, снижение гидравлического сопротивления и повышение

1480862 механической прочности достигаются за счет исполнения пластин равной ширины параболической формы с возрастающей амплитудой к основанию.

Параболическая форма пластин, характеризующаяся монотонным возрастанием, достижением максимума и монотонным убыванием до минимума, способствует наиболее плавному возрастанию и падению энергии в образующейся пленке жидкости, а следовательно, наиболее устойчивому течению пленки по поверхности пластин. Газ (пар) при встрече с пленкой жидкости вызывает возмущения на поверхности пленки и приводит к развитию ее турбулентности, увеличению активной поверхности насад-. ки, что значительно интенсифицирует процесс массопереноса. Большое число точек контакта, создаваемое пластинами в слое насадки, обеспечивает непрерывное обновление межфазной поверхности, что значительно повышает разделяющую способность насадки.

Кроме того, насадка имеет форму, в которой концы пластин образуют боковые стороны равнобедренного треугольника с закругленными вершинами.

Соотношение размеров насадки (высоты к малой оси основания) 1,9 — 2,3/1 обеспечивает параболическую форму пластин, позволяет разместить в 1 м объема колонны наибольшее количество насадок, увеличив удельную поверхность контакта фаз, с ростом которой повышается эффективность массопереноса. Образованный угол раскрытия равнобедренного треугольника способству.ет возникновению касательных напряжений на поверхности соприкосновения фаз в результате трения, создавая условия образования вихрей, пульсаций, ведущих к возрастанию интенсивности массопередачи.

Полузамкнутая форма насадки улучшает аэродинамические свойства насадочного тела.

Открытое основание насадки дает более полный доступ к внутренней ее поверхности двухфазному потоку, что расширяет диапазон устойчивой работы в сторону увеличения нагрузок по жидкости и газу, т.е. позволяет повысить производительность насадочной колонны. Кроме того, создаются благоприятные условия дополнительной турбулизации потоков за счет образующегося перекрестно-поперечного движения фаз в самой насадке.

Увеличивается и свободный об.ьем насадки, за счет чего значительно снижается гидравлическое сопротивление слоя насадки.

Большой свободный объем насадки позволяет применять насадку для процессов с поДля изготовления насадки можно исполь30 зовать различные отходы листового металла, что не требует предварительного раскроя заготовки насадки, сокращает тру1 дозатраты, значительно снижает ее стоимость и металлоемкость, Формула изобретения

1. Нерегулярная насадка для массообменных аппаратов, поверхность которой образована равными по ширине пластинами листового материала, имеющими выпуклую криволинейную форму и отогнутыми от продольной оси насадки поочередно в противоположные стороны, отличающаяся тем, что, с целью интеьсификации массообмена за счет развития турбулентности потоков, увеличения удельной контактной поверхности и свободного объема, а также повышения механической прочности, пластины имеют параболическую форму с возрастающей к основанию длиной, а концы пластин образуют боковые стороны равнобедренного треугольника с закругленными вершинами.

2. Насадка по п. 1, отличающаяся тем, что отношение высоты насадки к малой оси

50 основания составляет 1,9 — 2,3/1. лимеризующимися, инкрустирующими, загрязненными продуктами. Предлагаемая полузакрытая форма способствует самоориентации насадки при мокрой засыпке ее в колонну, лучшей упаковке, уменьшению вероятности образования байпасных .-,оп.

Цельновытянутые параболические пластины, стороны равнобедренного треугольника с закругленными вершинами обеспечивают механическую прочность насадки.

При насыпке слоя насадки элемент испытывает силовое воздействие сжатия со стороны близлежащих элементов. Наибольшие пластические деформации испытывают отогнутые полосы насадок, близкие к ок15 ружности. Параболическая форма пластин позволяет увеличить значения допускаемых усилий на насадку и обеспечивает механическую прочность слоя насадки высотой свыше 50 м без механических вмятин, деформаций каждого насадочного тела, что подтверждается проведенными экспериментальными исследованиями.

Простая геометрическая форма насадки позволяет разработать и изготовить штампы достаточно простой конструкции с ис25 пользованием метода электроэрозпонной обработки, позволяющие ускорить процесс их изготовления, снизить трудоемкость, а также увеличить долговечность штампов в 3- — 5 рдз.

1480862

Показатели

Насадка предлагаемая известная

Производительность (скорость газовой фазы), м/с

Нагрузка по жидкости, мз /м ч

Число теоретических тарелок на

i м насадки

Гидравлическое сопротивление 1 м насадки, Па удельная поверхность, м2 /мз

Свободный объем, м /м

Количество насадок в 1 м, шт.

Вес одной насадки, г

Предельная нагрузка на насадку, Н

2,0

100

2,4

120

1,6

2,0

0,92

18

190

0,95

13

245

ВидА

4ьГ Z

Б-Б

Составитель А. Сондор

Редактор И. Шулла Техред И. Верес Корректор Э. Лончакова

Заказ 2557/5 Тираж 500 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат «Патент», r Ужгород, ул. Гагарина, 101