Насадка для проведения процессов сепарации и массообмена

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 В 01 J 19/32

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг. 1

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4832266/26 (22) 27.03.90 (46) 30.04.92.Бюл.N 16 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт нефтяного машиностроения (72) Ю. Н.Лебедев, В. Г.Чекменев и Г. В.Мамонтов (53) 66.074.513(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 363510, кл. В 01 0 53/20, 1973.

Патент ФРГ

¹ 2108629, кл. F 28 F 25/08, 1974.

Патент Великобритании

¹ 1586048, В 1 R, 1974.

Патент Швейцарии

¹ 618006, кл. F 28 F 25/08, 1972.

Патент Бельгии № 717195, кл. F 28 F, 1975, Патент Великобритании

¹ 1569828, кл, В 1 R, 1982. (54) НАСАДКА ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ПРОЦЕССОВ СЕПАРАЦИИ И МАССООБМЕНА (57) Изобретение может быть использовано для проведения процессов сепара„, Ы,„1729567 А1 ции и массообмена в системах газ — жидкость и жидкость — жидкость. Цель изобретения состоит в повышении эффективности за счет увеличения поверхности контакта, снижении перепада давления, материалоемкости и предотвращения забивания осадками пакета насадки, состоящего из вертикальных листов 1 с выполненными на них чередующимися выступами и впадинами, образующими между смежными листами 1 и 3 сложные каналы. Цель изобретения достигается навивкой на листы насадки 3 проволочных или неметаллических нитей 4 в виде отдельных контуров вокруг каждого второго листа 3, либо в виде вложенных друг в друга контейнеров вокруг центрального листа пакета 1 и поочередно охватывающих каждую пару листов, симметричных центральному листу пакета. Листы могут быть выполнены с чередующимися выступами и впадинами в виде наклонных или зигзагообразных гофр, а также,в виде полных или, усеченных пирамид, а поверхность листов насадки и нити покрыты или выполнены из материалов, избирательно смачивающихся дисперсной фазой. 3 з,п, ф-лы, 4 ил.

1729567

Изобретение относится к конструкциям насадок для проведения процессов сепарации и массообмена в системах жидкость-жидкость, газ-жидкость и жидкость-жидкость-твердое тело и может быть использовано в химической, нефтяной и газовой промышленности.

Известна листовая насадка из гофрированных вертикальных листов, в которых выступы горизонтальных гофр заходят за впадины гофр смежных листов.

Известна насадка из вертикальных параллельных листов, между которыми размещены зигзагообразные гофрированные перегородки, имеющие в поперечном сечении форму равнобедренного треугольника или трапеции.

Известна насадка, включающая гофрированные листы и перегородки с рифленой поверхностью, способствующие турбулизации и созданию локальных пульсаций потока, Известна насадка, включающая гофрированные листы с чередующимися выступами и впадинами, причем стороны каждого выступа состоят из сочетаний мелкорифленой и гладкой поверхности.

Известна насадка, представляющая собой пакет, собранный из листов, на которых выполнены регулярно чередующиеся выступы и впадины в виде усеченных 3- или 4гранных пирамид.

Известна насадка (прототип), представляющая собой пакет из вертикальных листов с регулярно чередующимися выступами и впадинами, например, с наклонными гофрами, в которой смежные листы повернуты о друг относительно друга на 180 .

Во всех известных насадках интенсификация процесса достигается тем, что между смежными профилированными вертикальными листами в пакете насадки образуются сложные каналы, заставляющие поток многократно изменять направление движения.

При проведении процесса сепарации это приводит к многократному столкновению капель дисперсной фазы, их укрупнению за счет слияния (коагуляции), в результате чего повышается движущая сила процесса всплывания или осаждения капель. А при проведении процессов массообмена турбулизация потока и увеличение поверхности контакта фаз приводит к повышению эффективности массопередачи.

Недостатками известных конструкций является то, что повышение эффективности процесса связано с уменьшением размеров рельефа поверхности листов и их более плотной упаковкой, что приводит к росту перепада давления, материалоемкости насадки и к опасности их забивания осадками, коксом полимерами или смолами при работе с загрязненными, коксующимися, полимеризующими или смолосодержащими

5 средами. Увеличение же сечения каналов, образованных профилями смежных листов, приводит при массообмене к уменьшению поверхности контакта фаз и степени турбулизации потоков, а при сепарации — к сни1р жению числа столкновений капель и к увеличению пути, который необходимо проделать капле дисперсной фазы, чтобы достичь сепарирующих элементов и рофилированных листов, что приводит к снижению

15 эффективности сепарации за счет ухудшения условий коагуляции капель дисперсной фазы и увеличению их проскока (уноса) с потоком сплошной фазы.

Кроме того, при отводе уже отсепарированной дисперсной фазы по потолочным (для легкой дисперсной фазы) или подовым (для тяжелых капель) элементам и рофилированныхлистов возможен срыв пленки выделенной фазы и ее вторичное

25 диспергирование потоком сплошной фазы вследствие относительно низкой стабильности пленок, образованных на поверхностях малой кривизны и высокой турбулентности потока сплошной фазы.

gp Цель изобретения — повышение эффективности процесса, за счет увеличения поверхности контакта снижение перепада давления, материалоемкости и предотвращение забивания пакета осадками, коксом, продуктами коррозии и проч., а также повышение эффективности сепарации фаз.

Цель изобретения достигается тем, что между смежными листами насадки размещены слои проволочных или неметалличе4р ских нитей, установленных с шагом относительно друг друга и навитых в виде отдельных контуров вокруг каждого второго листа пакета, либо в виде вложенных друг в друга контуров вокруг центрального листа

45 пакета и поочередно охватывающих каждую пару листов, симметричных центральному листу пакета. Чередующиеся выступы и впадины листов насадки могут быть выполнены в виде наклонных или зигзагообразных гофров, усеченных или полных пирамид, а сепарирующие поверхности профилированных листов насадки и сами нити могут быть покрыты или выполнены из материалов, избирательно смачивающихся дисперсной

Слои нитей, размещенные между смежными листами насадки с достаточно малым шагом, соизмеримы с их диаметром, полностью перекрывают сечение каналов, образованных выступами и впадинами смежных

1729567 листов. При проведении процессов массообмена они образуют высокоразвитую поверхность массообмена при низком перепаде давления и материалоемкости. А в процессах сепарации нити служат эффективными сепарирующими элементами, так как расположены близко друг к другу, что на порядок сокращает путь, который необходимо проделать капле дисперсной фазы для достижения поверхности сепарации, При этом капли дисперсной фазы образуют на нитях кольцеобразную пленку жидкости, гораздо более устойчивую, чем на сепарирующих поверхностях листовой насадки, где кривизна поверхности существенно меньше. Кольцеобразная пленка отсепарированной жидкости беспрепятственно отводится до верхней (в случае дисперсной фазы) или нижней (для тяжелой фазы) границы насадки или поверхности раздела фаз, не подвергаясь опасности срыва ее потоком сплош ной фазы. Поскольку отдел ьн ые участки нитей зажаты между выступами смежных листов насадки, дисперсная фаза, отсепарированная на сепарирующих поверхностях листов, может переходить на нити, по которым отвод жидкости происходит более эффективно за счет повышенной Стабильности кольцевых пленок. Покрытие или изготовление самих нитей и сепарирующих поверхностей листов из материалов с избирательным смачиванием дисперсной фазой приводит к повышению эффективности сепарации и стабилизации пленок отсепарированной жидкости на сепарационных элементах насадки.

Таким образом, новым в предлагаемой конструкции в отличие от известных насадок является размещение между смежными листами насадки слоев проволочных или неметаллических нитей, с шагом навитых в виде отдельных контуров вокруг. каждого второго пакета, либо в виде вложенных друг в друга контуров вокруг центрального листа пакета и поочередно охватывающих каждую пару листов, симметрических центральному листу пакета. Это позволяет при сокращении материалоемкости листовой насадки за счет возможности укрупнения размеров выступов и впадин (в частности, гофров) и соответственно размеров, образованных ими каналов, увеличить эффективную контактную и сепарационную поверхность насадки, что повысит эффективность процесса, снизит перепад давления и уменьшит опасность забивания каналов отложениями при работе с загрязняющими средами.

На фиг. 1 изображен продольный разрез пакета насадки вдоль листов 1, гофрированных наклонными гофрами 2 с навитыми

55 на каждый второй лист З,развернутый относительно смежных листов на 180О, нитями 4; на фиг, 2 — поперечный разрез А-А на фиг. 1 с листами 1, гофрированными наклонными гофрами 2 при навивке вокруг каждого второго листа нитей 4, перекрывающих каналы

5, образованные чередующимися выступами 6 и впадинами 7 смежных с листов 1 и 4; на фиг. 3 — продольный разрез пакета насадки вдоль листов 1, гофрированных зигзагообразными гофрами 2, с поворотом смежных листов 1, 3 на 180 и установленными между ними нитями 4; на фиг. 4— поперечный разрез А-А на фиг. 1 при навивке нитей 4 в виде вложенных друг в друга контуров вокруг центрального листа 1 пакета насадки и поочередно охватывающих каждую пару листов 3, симметричных центральному листу 1 пакета.

При проведении процессов сепарации насадка работает следующим образом. Поток сплошной фазы (жидкость или газ) со взвешенными в нем каплями или частицами дисперсной фазы (жидкость, твердое тело) поступает горизонтально ориентированным потоком в каналы 7, образованные регулярно чередующимися выступами 5 и впадинами 6 смежных листов 1 и 3 пакета насадки.

Поскольку направление каналов 7 не совпадает с общим направлением потока, он вынужден переходить из одного канала в другой в местах их пересечения. При этом непременно проходит через слой нитей 4, перекрывающие каналы 7. При многократном изменении направления движения потока частицы дисперсной фазы сталкиваются, укрупняются и часть их достигает сепарирующей поверхности, образованной рельефом выступов 5 и впадин 6 смежных листов 1 и 3. Другая часть капель дисперсной фазы остается в потоке и переходит в другие каналы, При этом поток вынужден пересечь слои нитей 4, где с высокой степенью вероятности может столкнуться с поверхностью одной из них, так как шаг между нитями достаточно мал и соизмерим с их диаметром, Достигнув нити, капля дисперсной фазы образует на ней кольцеобразную пленку или сливается с уже образовавшейся на нити пленкой дисперсной фазы. Избирательная смачиваемость к дисперсной фазе материала, из которого изготовлены сами листы 1, 3 и нити 4 или их покрытие, способствуют осаждению капель дисперсной фазы и образованию стабильной пленки, которая отводится по нитям, а также по потолочным (в случае легкой всплывающейдисперсной фазы) или по подовым (в случае тяжелой, осаждающейся дисперсной фазы) поверхностями каналов

1729567

55 соответственно к верхней или нижней границе пакета насадки или к границе раздела фаз. При этом движущиеся по стенкам каналов менее стабильные пленки дисперсной фазы в местах их соприкосновения с нитями могут сливаться с более стабильными кольцеобразными пленками дисперсной фазы, движущимися к границе раздела фаз по нитям 4. При наличии в потоке твердых частиц силы инерции при многократной смене направления движения потока отбрасывают их стенками каналов, по которым они беспрепятственно отводятся к нижней границе пакета, Многократное столкновение твердых частиц с нитями при переходе потока из одного канала в другой способствует их торможению и выпадению из основного потока сплошной фазы.

Проведение процессов массообмена может осуществляться в пакете насадки в противоточном, прямоточном и перекрестноточном режимах движения контактирующих фаз. Изменение направления движения фаз, турбулизация и многократное диспергирование и сепарация фаз приводит к образованию постоянно обновляющейся высокоразвитой поверхности контакта, а следовательно, и эффективности массообмена. При этом высокая сепарирующая способность слоев нитей значительно снижает унос диспергированной фазы, что также способствует повышению эффективности и производительности насадки.

При работе с загрязненными средами возможность получения высокой эффективности процесса за счет установки нитей даже на крупнорельефных профилях листов насадки, образующих каналы большого сечения, обеспечивают беспрепятственное удаление твердых осадков и шламов.

Технико-экономические преимущества предложенной насадки по сравнению с прототипом заключаются в снижении материалоемкости и перепада давления, а также в предотвращении забивания пакета осадками и отложениями за счет того, что установка между смежными листами пакетов слоев нитей, обеспечивающих эффективную сепарацию и контакт фаз, появляется возможность использования круп ноп рофильных листов не только без снижения, но и с повышением эффективности работы насадки.

Диапазон применения предложенной конструкции может быть достаточно широк — от процессов сепарации газа, нефти и конденсата при их добыче до очистки сточ5 ных вод, образующихся в результате их переработки на газонефтеперерабатывающих предприятиях, включая большинство технологических процессов переработки нефти. от ее подготовки (обезвоживания), до очист1(3 ки товарных продуктов и реагентов.

Особенно важна роль процессов высокоэффективной сепарации в повышении экологической безопасности нефтехимической и газовой промышленности.

Формула изобретения

1. Насадка для проведения процессов сепарации и массообмена для систем газ—

2О жидкость и жидкость — жидкость, представляющая собой пакет из вертикальных листов с регулярно чередующимися выступами и впадинами, в котором листы повернуты относительно друг друга на 180О, о т л и ч а25 ю щ а я с я тем, что, с целью повышения эффективности процесса за счет увеличения поверхности контакта, снижения перепада давления, материалоемкости и предотвращения забивания пакета осадками, листы насадки снабжены размещенными между смежными листами слоями проволочных или неметаллических нитей, установленных с шагом относительно друг друга и навитых в виде отдельных контуров вокруг каждого второго листа пакета или в виде вложенных друг в друга контуоов вокруг центрального листа пакета и поочередно охватывающих каждую пару листов симметрично централ ьному листу пакета, 4g 2, Насадка по и, 1, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что чередующиеся выступы и впадины выполнены в виде наклонных или зигзагообразных гофр.

3. Насадка по п. 1, отличающаяся

45 тем, что чередующиеся выступы и впадины на листах насадки выполнены в форме полных или усеченных пирамид.

4. Насадка по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ ая с я тем, что, с целью повышения эффек5О тивности сепарации фаз, нити и поверхности листов насадки покрыты или выполнены из материалов, избирательно смачивающихся дисперсной фазой.

1729567

Фиг.2

Составитель Ю.Лебедева

Техред М,Моргентал Корректор С,Пекарь

Редактор М.Товтин

Заказ 1460 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101