Объемная насадка для тепломассообменных аппаратов

 

Изобретение относится к насадкам тепломассообменных аппаратов для систем газ (пар) - жидкость и может применяться в колонных аппаратах для проведения процессов абсорбции, десорбции, ректификации и осушки или очистки газов в химической, газовой, нефтехимической и смежных отраслях промышленности. Технический результат - интенсификация потоков процессов тепломассообмена за счет улучшения распределения газового и жидкостного потоков и повышение поверхности контакта, а также упрощение конструкции и снижение потерь материала при его раскрое из листов, полос. Объемная насадка для тепломассообменных аппаратов из листового материала содержит установленные под углом друг к другу объемные элементы дугового профиля, соединенные между собой перегородкой. Заготовка листового материала выполнена в виде четырехугольника. Дуговые профили выполнены в виде цилиндрической, конической или многогранной спирали. Перегородка гофрирована и выполнена в виде лопатки. 2 з.п.ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к насадкам тепломассообменных аппаратов для систем газ (пар) - жидкость и может применяться в колонных аппаратах для проведения процессов абсорбции, десорбции, ректификации и осушки или очистки газов в химической, газовой, нефтехимической и смежных отраслях промышленности.

Известна насадка по а.с. 709144, кл. В 01 D 53/20, выполненная из листового материала в виде двух полуцилиндров, расположенных относительно друг друга под углом 90^o, соединенных между собой перфорированной перегородкой.

Недостатком этой конструкции насадки является ее низкая эффективность из-за недостаточной поверхности - обтекание цилиндров только с наружной поверхности при горизонтальном расположении полуцилиндров или вертикальном байпасировании газа при расположении насадки на торце. Другим недостатком является необходимость изготовления специальной конфигурации заготовки из листового материала, малая удельная поверхность и плохое распределение газовых и жидкостных потоков.

Известна насадка по а.с. 1790994, кл. В 01 J 19/30 в виде установленных под углом друг к другу арочных элементов с продольными щелями, причем арочные элементы имеют поперечные надрезы, образующие клинообразные зазоры в местах перегиба арочных элементов и соединены между собой перегородкой.

Клинообразные зазоры улучшают распределение газовых и жидкостных потоков, улучшают смачиваемость элемента насадки: однако указанные выше основные недостатки аналога сохраняются.

Целью изобретения является интенсификация потоков процессов тепломассообмена за счет улучшения распределения газового и жидкостного потоков и повышение поверхности контакта, а также упрощение конструкции и снижение потерь материала при его раскрое из листов, полос за счет выполнения заготовки четырехугольной формы, например, в виде квадрата или прямоугольника, или параллелограмма.

Поставленная задача достигается тем, что объемная насадка для тепломассообменных аппаратов из листового материала, содержащая установленные под углом друг к другу объемные элементы дугового профиля, соединенные между собой перегородкой, причем заготовка листового материала выполнена в виде четырехугольника, а дуговые профили выполнены в виде цилиндрической, конической или многогранной спирали, причем перегородка гофрирована и выполнена в виде лопасти, поверхность листового материала предварительно выполнена рифленой или с насечкой, а также тем, что в любом положении насадки спирали образуют направленные сопла - завихрители.

Выполнение насадки из листового материала четырехугольной формы позволило упростить конструкцию насадки и избежать потери листового материала при его раскрое.

Объемные спирали в любом положении насадки образуют направленные сопла - завихрители, закручивающие потоки газа и жидкости, как и перегородка, выполненная изогнутой в виде лопасти.

Выполнение насадки таким образом, что соединяющие объемные элементы-перегородки представляют собой лопасти и расположение объемных спиральных элементов с образованием из них завихрителя при любом расположении насадки на плоскости, позволило интенсифицировать процесс тепломассообмена за счет улучшения распределения газовых и жидкостных потоков при их закрутке на объемных спиральных элементах и перегородке, а также за счет повышения удельной поверхности насадки.

Выполнение насадки из перфорированного или рифленого листового материала позволило увеличить ее удельную поверхность примерно на 10% и дополнительно увеличить поверхность обновления жидкости за счет смачивания и удерживания жидкости в местах расположения выпуклостей рифленых поверхностей, направленных друг к другу, и разрыва пленки жидкости в местах расположения выпуклости рифлений, направленных друг от друга.

Авторам не известны из существующего уровня техники насадки, в которых интенсификация процессов тепломассообмена и упрощение конструкции достигалось бы подобным образом.

На фиг.1, 4 показаны четырехугольные заготовки насадок: фиг.1 - прямоугольной формы, фиг.4 - прямоугольная заготовка с надрезами.

На фиг.5 показано гофрирование заготовки по линиям надреза. На фиг.2, 3, 6 изображены варианты объемной насадки со спиралями: фиг.2 - объемная насадка с цилиндрическими спиралями; фиг.3 - с многоугольными спиралями; фиг.6 - объемная насадка с четырьмя многоугольными спиралями, выполненная из гофрированной заготовки.

Насадка выполняется из листового материала прямоугольной формы 1 (фиг.1, 4), причем для насадки многоспиральной заготовка предварительно гофрируется в виде гофр треугольной формы 2 с надрезами 3 по ребрам 4.

Объемная насадка (фиг.2) выполнена в виде двух объемных дуг - цилиндрических спиралей 5, отогнутых под углом друг к другу и образующих завихритель 6. Спирали соединены между собой перегородкой 7, изогнутой в виде лопасти.

Объемная насадка, изображенная на фиг.3, выполнена в виде многогранных пирамидоидальных спиралей 8, соединенных лопастями (перегородками) 7. Выполнение спиралей в виде многогранника увеличивает удельную поверхность насадки, т.к. длина развертки многогранной спирали больше длины развертки цилиндрической спирали.

На фиг.6 показана объемная насадка с четырьмя спиралями 9, соединенными лопастью 7. Указанная насадка выполнена из гофры 2 (фиг.5) заготовки 1 (фиг. 4). Насадка многоспиральная аналогично может быть изготовлена из двух и более гофр, что увеличивает ее удельную поверхность, т.к. поверхность насадки увеличивается, а объем уменьшается.

На фиг. 7 изображен вариант расположения выпуклостей 10 от рифления смежных листов друг против друга.

Перегородки-лопасти 7 могут быть попарно изогнуты в направлении закрутки потоков на завихрителе или в обратную сторону.

Объемная насадка работает следующим образом.

Элементы насадки загружают в аппарат в навал и размещают на опорной решетке. Жидкая фаза равномерно подается на слой насадки сверху и стекает в виде пленки по поверхности элементов насадки, взаимодействуя с восходящим потоком газа (пара). В связи с тем, что при любом устойчивом расположении насадки на плоскости во всех вариантах элементы отгиба образуют наклонные направляющие и лопасти, что способствует отклонению от вертикальной оси газового и жидкостного потоков и их закрутки, происходит увеличение поверхности массообмена (равномерное распределение потоков по всей поверхности насадки) и времени контакта между газом и жидкостью. Предварительная перфорация или рифление листового материала также позволяет увеличить удельную поверхность контакта. Закрутка потоков на лопастях может быть осуществлена в сторону закрутки потоков на завихрителях или в обратную сторону, в зависимости от требования по диспергированию жидкости газовым потоком.

Таким образом, выполнение объемной насадки из перфорированного или рифленого листового материала прямоугольной формы с элементами отгиба, образующими объемные элементы спиралей и перегородки (лопасти) для отклонения от вертикальной оси газового и жидкостного потоков при любом расположении насадки на плоскости позволило повысить интенсивность процессов теплообмена за счет улучшения распределения газового и жидкостного потоков и повышения поверхности контакта, а также позволило упростить конструкцию и снизить потери при раскрое листового материала за счет выполнения заготовки прямоугольной формы.

Формула изобретения

1. Объемная насадка для тепломассообменных аппаратов из листового материала, содержащая установленные под углом друг к другу объемные элементы дугового профиля, соединенные между собой перегородкой, отличающаяся тем, что заготовка листового материала выполнена в виде четырехугольника, а дуговые профили - в виде цилиндрической, конической или многогранной спирали, причем перегородка гофрирована и выполнена в виде лопасти.

2. Насадка по п.1, отличающаяся тем, что поверхность листового материала предварительно выполнена рифленой или с насечкой.

3. Насадка по п.1, отличающаяся тем, что в любом положении насадки спирали образуют направленные сопла-завихрители.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7