Насадка для тепломассообменных аппаратов

 

Использование: изобретение относится к конструкциям насадок для проведения тепломассообменных процессов в системах газ-жидкость и может /ыТь использовано в химической, нефтеперерабатывающей и газовой отраслях промышленности. Сущность изобретения: насадка для тепломассообменных процессов содержит многослойный пакет нитей, закрепленных рядами в несущем каркасе, снабженном каналами для подвода и отвода жидкости к нитям. Каркас насадки выполнен гибким в виде жестко соединенных между собой сетчатых частей каждого слоя нитей, продольно или наклонно расположенных по отношению к направлению потока газовой и жидкой фаз и закрепленных с возможностью вибрации в упомянутых потоках, при этом части нитей, расположенных в сетчатых частях каждого слоя, являются одновременно и силовыми элементами каркаса и его дистанционными элементами, определяющими расстояние между нитями, каждая из которых выполнена с регулярными микроизгибами в направлении , перпендикулярном поверхности каркаса, регулярность которых равна расстоянию между поперечными проволоками в сетчатой части каждого слоя нитей. Пакет нитей может быть выполнен в виде рулона, сетчатые части витков которого жестко соединены между собой, а полотнище рулона выполнено в виде двух конгруэнтна совмещенных между собой слоев с противоположным направлением наклона нитей в каждом слое. 3 з. п. ф-лы, 8 ил. vj О 8 Ю ел

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

>s В 01 J 19/32

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОспАтент сссР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4921442/26 (22) 15.02,91 (46) 30.01.93. Бюл, № 4 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт нефтяного машиностроения (72) В,И, Шейнман (56) Авторское свидетельство СССР

¹997762,,кл. В 01 D 53/20, 1981, Выборнов В,Г, и др. Новая высокоэффективная насадка для сепарации из потока газа (пара), V Всесоюзная конференция по теории и практике ректификэции, часть II, с.

120-122, r. Северодонецк, 1984.

Патент Франции ¹ 2113047, кл. В 01 D

3/00, 1969. (54) НАСАДКА ДЛЯ ТЕПЛОМАССООБМЕННЫХ АППАРАТОВ (57) Использование: изобретение относится к конструкциям насадок для проведения тепломэссообменных процессов в системах

t83-æèäêîcòü и может,ы1 ь использовано в химической, нефтеперерабатывающей и газовой отраслях промышленности. Сущность изобретения: насадка для тепломассообменных процессов содержит многослойный

Изобретение относится к конструкциям насадок для проведения тепломассообменных процессов в системах газ-жидкость и может быть использовано в химической, нефтеперерабатывающей и газовой отраслях промышленности.

Недостатком прототипа является ограниченная поверхность контакта фаз, определяемая общей поверхностью, несоприкасающихся

БЫ«, 1790995 А1 пакет нитей, закрепленных рядами в несущем каркасе, снабженном каналами для подвода и отвода жидкости к нитям, Каркас насадки выполнен гибким в виде жестко соединенных между собой сетчатых частей каждого слоя нитей, продольно или наклонно расположенных по отношению к направлению потока газовой и жидкой фаз и закрепленных с возможностью вибрации в упомянутых потоках, при этом части нитей, расположенных в сетчатых частях каждого слоя, являются одновременно и силовыми элементами каркаса и его дистанционными элементами, определяющими расстояние между нитями, каждая из которых выполнена с регулярными микроизгибами в направлении, перпендикулярном поверхности каркаса, регулярность которых равна расстоянию между поперечными проволоками в сетчатой части каждого слоя нитей, Пакет нитей может быть выполнен в виде рулона, сетчатые части витков которого жестко соединены между собой, а полотнище рулона выполнено в виде двух конгруэнтнд совмещенных между собой слоев с противоположным направлением наклона нитей в каждом слое. 3 з. и. ф-лы, 8 ил. друг с другом жидкостных кольцеобразных пленок, стекающих по нитям, а целью изобретения является повышение эффективности процесса массообмена за счет увеличения поверхности контакта газовой и жидкой фаз и предотвращения байпасных потоков газовой фазы через пакет насадки, На фиг, 1 изображен общий вид плоской насадки с параллельными нитями, вид сбо1790995 блок нитей контактирует с жидкостью, стекающей по нитям, В процессе контакта газа с жидкостью, виде рулона, вид сбоку; на фиг, 8 — вид В на сравнительно незначительной силы тяжефиг. 7.... - -: =" - .„сти, нити 4 начинают вибрировать, при этом

Насадка для;,тепломассообменных про- направленйе вибраций будет развиваться цессовсостоитизблоков, каждыйизкоторых преимущественно в плоскости слоя сетки представляет собой ряд расположенных па- 10 так, как в плоскости изгибов продольных раллельно друг другу слоев 1 в виде прямо- проволок 4, где они имеют более высокую жесткость, Учитывая, что расстояние между угольных полотнищ сетки 2, из которых частичйо удалены поперечные нити 3.

Таким образом, каждый слой нитей соседними слоями составляет не более диаметра проволок, а высота изгибов проволок представляет собой прямоугольную рамку

4 несколько меньше диаметра проволок (за счет того, что при вытаскивании поперечных перпендикулярно плоскости сетки 2, а сле20 кости соседних проволок будут контактиродовательно и слою 1, Если верхнее би нижнее 7 основания полотнища сетки 2 вать между собой, при этом поток легкой фазы легко разрушает и диспергирует эти сместить, то нити 4 приобретут наклон, вепленки, увеличивая тем самым поверхность контакта фаз личина которого определяется величиной

Следует отметить, что такое соприкос25 смещений оснований 6 и 7, Деформированные таким образом два слоя накладывают новение пленок жидкости соседних проволок как в рядах за счет вибрации, та и за счет микроизгбов в соседних слоях будет происется полотнище с противоположным на- . т. к. соприкосновение пленок жидкости со-. правлением наклона продольных нитей.. седних проволок в какой то точке обьема

Блок насадки образуется путем послеприводит к сужению канала для прохода довательйого складывания и скрепления между собой отдельных слоев t из полотнищ2, Прискреплении, например, точечной сваркой отдельных слоев 1 нитей образуетв дальнейшем приводит к частичному перекрытию каналов для газа в другой точке или

В варианте выполнения (см. фиг. 5) блок . приводящий к эффективному массообмену

На тех частях проволок, где пленки жиднасадки выполнен в виде рулона путем скручивания полотна низа сетки 2 (с параллельным расположением нитей) и последукости не могут соприкоснутся. жидкость движется в виде стабильных кольцеобраз45 ющим скреплением каждых слоев 1 между ных пленок, а в местах их соприкосновения они укрупняются, образуя нестабильные пленки и капли жидкости. Легкая фаза, проходя через блок насадки горизонтальным двух противоположных деформированных и потоком, поочередно контактирует с пленскрепленных между собой полотнищ сетки 2. 50 ками жидкости, стекающей по несоприкасаB рабочем положении блоки подвешиваются . ющимся участкам проволок, и с участками за верхние основания 2, при этом:натяжение проволок, где эти пленки на проволоках сонитей 4 определяется весом подвешенной :прикасаются, а пленки жидкости сливаются части блока.. в утолщины. В местах утолщения пленки

При работе в качестве массообменного устройства жидкость подается сверху на то- пленки на отдельные капли. увеличивая тем рец каркаса 8 и, проходя сквозь щели между самым поверхность контакта фаз. Диспернитями сетки, верхние основания 6 которых гирование капли жидкости увлекаются заобразуютверхнюючасть каркаса 6. стекает тем потоком легкой фазы и, проходя через по нитям вниз, а газ (пар), проходя Сквоэь .зойы, где"проволоки не соприкасаются, се3 ку; на фиг, 2 — то же, вид спереди; на фиг. 3 — общий вид насадки с наклонными нитями; на фиг, 4 — вид А на фиг. 2; на фиг. 5— плетение нитей; на фиг, 6 — вид Б на фиг. 5; на фиг. 7 — вариант выполнения насадки в из сетки 2 и расположенные в этой рамке продольные нити 4, которые имеют регулярные изгибы 5, образованные при плетении сетки, Указанные изгибы 5 расположены, друг на-друга и скрепляют между собой любым известным способом, например точечной сваркой с последующей обрезкой выступающих углов. Таким образом образуся гибкий каркас 8, форма которого может быть произвольной, например, волнистая, круглая, прямоугольная и т. д. собой. Такой же рулон, но с противоположным наклоном линий в. каждом слое рулона может быть получен, как показано выше, из стекающей вниз по нитям 4, за счет того, что

5 нити 4 находятся только под действием проволок полотнища сетки продольные проволоки упруго деформируются в сторону уменьшения высоты изгибов), пленки жид-. ходить по всему объему блока насадки, при

30 этом этот процесс развивается динамично, газа в этой точке, в свою очередь это приво35 дит к перераспределению газового потока и многих точках и т, д., т. е. в блоке развивается стационарный устойчивый колебательный процесс продольных проволок 4, 55 легкая фаза диспергирует эти нестабильные

1790995 парируются на стабильных пленках стекающей по этим участкам проволоки жидкости.

Этот процесс происходит до некоторого насыщения, т. к. по мере подачи сверху жидкости отдельные слившиеся между собой 5 капли приобретают такие размеры, после которых не происходит их диспергирования и они уходят в нижнюю часть блока. Образующаяся QT сливания капель жидкость через каналы в нижнем основании 7 каркаса 8 10 отводится из насадки и направляется на нижележащую ступень контакты, а газ после прохождения блока насадки уходит на вышележащую ступень контакта. Таким образом, теплообмен между фазами происходит 15 как при обтекании легкой фазой жидкостных пленок, стекающих по соприкасающимся участкам проволок, так и при совместном движении легкой фазы диспергированных и укрупненных капель жидкости поперемен- 20 но во всем объеме блока насадки, что интенсифицирует тепломассоабмен. Кроме того, вибрация проволок и их увеличение за счет микроизгибов дополнительно увеличивает поверхность массообмена. Особенно целе- 25 сообразно применение предложенной насадки в случае малого количества жидкой фазы, т. к. предложенная конструкция позволяет сконцентрировать большое количество жидкости на торцевой поверхности 30 каркаса.

При применении предложенной насадки в качестве сепаратора эа счет вибрации проволок с регулируемыми микроизгибами увеличивается вероятность их соударения с 35 каплями жидкости. а следовательно, и интенсифицируется процесс сепарации, при этом вибрация проволок предотвращает утолщение пленок до критических величин, что также способствует эффективной сепа- 40 рации и предотвращению выноса жидкости из пакета насадки.

При наклонном расположении прово1 лок в насадке процессы массообмена в ней протекают аналогично описываемым выше 45 с той лишь разницей, что расстояние газовой фазы в ней происходит более эффективно, т. к. в единица объема в этом варианте выполнения содержится большее количество проволок и уменьшаются вертикальные 50

"просветы" между микроизгибами проволок, при этом в блоке из сетки, скрученной в рулон, газ, проходя по наклонным каналам, дополнительно закручивается в разных направлениях. 55

Предлагаемая конструкция насадки может быть применена для процессов тепломассопереноса в системах, состоящих из двух жидких фаз, различающихся по плотности. В этом случае тяжелая фаза подводится к проволокам. а более легкая фаза движется в пространстве между проволоками, обтекая их и контактируя с кольцеобраэными пленками тяжелой фазы.

Насадка может быть использована для проведения процессов при перекрестном, противоточном и прямоточном относительном движении контактирующих фаэ.

Предлагаемая насадка может с успехом применяться также для проведения процессов сепарации двухфазных систем, при этом каналы для подвода жидкости в верхней части каркаса служат для подачи промывочной жидкости с целью предотвращения забивания насадки различного рода отложениями, содержащимися в исходной системе или образующимися в процессе сепарации, а каналы в нижней части каркаса служат для отвода отсепарированной и промывочной жидкости из пакета насадки, Очистке проволок от загрязнения способствует также и их вибрации.

При использовании насадки для проведения процесса конденсации паров хладОагент, например охлажденный конденсат, подается через канал в верхней части каркаса и в виде пленок и капель стекает по поверхности проволок. Поток пара, обтекая проволоки, контактирует с поверхностью пленок и диспергированными каплями хладоагента охлаждается, выделяется из потока пара на поверхности проволок и вместе с хладоагентом отводится через каналы в нижней части каркаса.

При вакуумированной ректификации, характеризующейся низкими плотностями орошения, развитие межфазной поверхности, обеспечиваемое в предложенной насадке за счет многократного вовлечения жидкости в контакт с парами, позволитуменьшить требуемый объем насадки. При использовании предложеь ной насадки в качестве серпарационногО устройства предотвращение байпасных потоков позволит также уменьшить требуемый объем насадки, Важной особенностью предложенной насадки является одновременное протекание в ней двух противоположных процессов, а именно диспергирование и слияние капель, которые возникают одновременно по всему объему насадки, причем эти процессы протекают динамично и соответственно динамично перераспределяется по объему насадки газовая фаза, т, е, насадка работает в режиме саморегуляции.

Кроме того, предложенная насадка за счет гибкости рамок, составляющих каркас насадки, позволяет образовать насадки внутри массообменного аппарата практически любой формы, в том числе в форме кон- .

1790995 груэнтной внутренней поверхности аппарата — это позволяет повысить коэффициент заполнения объема аппарата, что в свою очередь уменьшает его габариты, Технико-экономические преимущества предложенной насадки по сравнению с прототипом при использовании ее в тепломассообменных аппаратах заключаются в снижении материалоемкости и энергоемкости. Предложенная конструкция насадки значительно проще и технологичней прототипа и позволяет значительно механизировать процесс изготовления блоков, благодаря использованию специализированных станков для изготовления сетки, что позволяет снизить себестоимость и вес блока насадки в 2-3 раза.

Формула изобретения

1, Насадка для тепломассообменных аппаратов, включающая многослойный пакет нитей, закрепленных рядами в несущем каркасе и образующих каналы для подвода и отвода жидкости к нитям, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью повышения эффективности процесса за счет увеличения поверхности контакта газовой и жидкой фаз и предотвращению байпасных потоков газовой фазы через пакет насадки, слой нитей снабжен вверху и внизу сетчатыми частями, а каркас выполнен изогнутым в виде жестко соединенных между собой сетчатых

5 частей каждого слоя нитей, продольно или наклонно расположенных по отношению к направлению потока газовой и жидкой фаэ и закрепленных с воэможностью вибрации, при этом части нитей, расположенных в сет10 чатых частях каждого слоя, являются одновременно силовыми элементами и дистанционирующими элементами.

2. Насадка по и. 1, отличающаяся тем, что пакет нитей выполнен в виде руло15 на.

3. Насадка по пп, 1 и 2, о т л и ч а ю щ а я,с я тем, что полотнище рулона выполнено в виде двух конгруэнтно совмещенных между собой слоев с противоположным направле20 нием наклона нитей в каждом слое.

4. Насадка по и. 1, отличающаяся тем, что каждая нить выполнена с регулярными микроизгибами в направлении, перпендикулярном плоскости каркаса, шаг

25 которых равен расстоянию между поперечными проволоками в сетчатой части каждого слоя нитей.

1790995

Составитель В.Шейнман

Техред М.Моргентал Корректор М. Керецман

Редактор

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

Заказ 111 Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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