Насадка для тепломассообменных аппаратов

 

Изобретение относится к насадочным тепломассообменным аппаратам и может быть использовано в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности для проведения процессов ректификации, абсорбции и др. Насадка состоит из одновитковых спирально-цилиндрических или спирально-конических элементов, изготовленных из металлической или пластмассовой ленты, при этом диаметр и шаг спирали соответственно больше двойной величины ширины ленты, а шаг спирали меньше ее диаметра, причем диаметр спирали не лимитирован. Была изготовлена одновитковая спирально-коническая насадка диаметром 15 мм с конусностью 60° и шагом спирали 10 мм из ленты шириной 4 мм и толщиной 0,15 мм, которая имеет удельную поверхность S=610 м^-1 при свободном объеме ϕ=0,96, число элементов насадки в 1 м объема составляет n=12·10⁵, что свидетельствует о ее высокой эффективности. 2 ил.

Изобретение относится к насадочным тепломассообменным аппаратам и может быть использовано в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности для проведения процессов ректификации, абсорбции и др.

Насадки подразделяются на регулярные, выполненные в виде относительно крупных блоков, помещенных в аппарат, и нерегулярные, выполненные в виде отдельных элементов, засыпаемых внавал в аппарат.

Насадочные элементы изготавливают из керамики, металлических или полимерных материалов. Керамические насадки дешевле в изготовлении, однако менее эффективны, т.к. обладают худшими характеристиками по удельной поверхности и свободному объему.

Металлические насадки изготавливают из проволоки, сеток или из листовых заготовок. Проволочные и сетчатые насадочные элементы обладают более высокими значениями удельной поверхности свободного объема и удерживающей способностью по жидкости. Повышенная удерживающая способность связана с тем, что при малых межвитковых расстояниях для проволочных элементов и малых размерах ячеек в сетках эти пространства заполняются жидкостью, которая за счет сил поверхностного натяжения прочно удерживается в свободном объеме насадки. Это приводит к повышенному периоду выхода аппарата на стационарный режим и ухудшает четкость фракционного разделения многокомпонентных растворов. Следствием того является уменьшение выхода целевых продуктов из-за увеличения количества промежуточных фракций.

В этом отношении насадки, изготовленные из листового материала или заготовок из труб, например кольцевые, спиральные, конические и др., более предпочтительны.

Для увеличения удельной поверхности насадочные элементы сложной формы используют просечки листа-заготовки. При этом значительная часть заготовки не используется и идет в отходы, что увеличивает стоимость насадки.

Известны насадки в виде колец, однако недостатком таких насадок является малая эффективность из-за того, что внутренняя полость в них не используется для развития удельной поверхности насадки. Этот недостаток в какой-то степени устраняется в металлических кольцах Палля (Рамм В.М. “Абсорбция газов”. М.: Химия, 1975) Кольца Палля изготавливают из трубчатых заготовок с просечкой боковой поверхности в нескольких местах и загибом внутрь кольца образованных просечкой лепестков. Такая насадка сложнее в изготовлении, и, кроме того, недостатком ее является то, что за счет образования отверстий несколько уменьшается величина наружной поверхности элемента насадки.

Известна насадка для тепломассообменных аппаратов, изготовленная из металлической ленты (а.с. № 1057084, кл. B 01 J 19/30, 1983 г.). Данное изобретение является наиболее близким к предложенному по технической сущности и принято нами в качестве прототипа. Насадка по а.с. № 1057084 выполнена из ленты в виде кольца с поворотом одного конца на 180° и с поворотом другого конца ее на 180° в противоположную сторону. Для такой насадки характерно то, что отношение диаметра ее к высоте больше, чем у других кольцевых насадок, и при засыпке элементов насадки в аппарат во внутреннюю полость одного элемента могут входить смежные элементы, что увеличивает удельную поверхность насадки. Однако ввиду того, что насадка представляет собой кольцо, то заполнение внутреннего объема ее возможно не более чем одним-двумя смежными элементами. Это не позволяет эффективно использовать объем для развития удельной поверхности.

Задачей данного изобретения является повышение удельной поверхности и свободного объема насадки для увеличения межфазной поверхности контактируемых сред и соответственно повышения эффективности тепломассообмена в аппарате.

Для решения указанной задачи предложена насадка для тепломассообменных аппаратов, включающая отдельные элементы, выполненные из ленты, в которой согласно изобретению металлическая или пластмассовая лента изготовлена спирально-цилиндрической или спирально-конической формы, а элементы насадки выполнены из ленты в виде одновитковой спирали, при этом диаметр и шаг спирали соответственно больше двойной величины ширины ленты, а шаг спирали меньше ее диаметра, причем диаметр спирали не лимитирован.

Насадка изготовлена путем нарезания спирально-цилиндрической или спирально-конической ленты на отдельные элементы. В отличие от кольцевых насадок такие элементы имеют разомкнутые концы, и при загрузке их в аппарат концы элементов беспрепятственно входят во внутреннюю полость друг друга, что создает переплетенную структуру и обеспечивает увеличение поверхности насадки в единице объема. Для обеспечения максимально возможного количества размещения во внутренней полости одного насадочного элемента другим элементом диаметр их должен быть больше двойной величины ширины ленты. Максимальный диаметр не лимитирован и определяется технологией изготовления насадки. Шаг спирали должен быть больше двух величин ширины ленты и меньше величины диаметра спирали.

На фиг.1, 2 представлены общий вид элемента насадки и насадки в объеме.

Насадка работает следующим образом. На решетку массообменного аппарата насыпают элементы насадки. За счет геометрической формы выполнения элементов насадки происходит предельно плотное заполнение свободного объема аппарата.

Снизу через насадку подают парогазовую фазу, а сверху орошают жидкой фазой. Последняя в виде пленки обтекает поверхность насадки, при этом происходит тепломассообмен между парогазовой и жидкой фазами.

Была изготовлена одновитковая спирально-коническая насадка диаметром 15 мм с конусностью 60° и шагом спирали 10 мм из ленты шириной 4 мм и толщиной 0,15 мм, которая имеет удельную поверхность S=610 м^-1 при свободном объеме ϕ=0,96, число элементов насадки в 1 м³ объема составляет n=12×10⁵, что свидетельствует о ее высокой эффективности.

Для сравнения параметры металлических кольцевых насадок такого же диаметра составляют S=350-380 м^-1, ϕ=0,9-0,92, n=2,3-2,4×10⁵ (В.М.Рамм “Абсорбция газов”. М.: Химия, 1975).

Формула изобретения

Насадка для тепломассообменных аппаратов, включающая отдельные элементы, выполненные из ленты, отличающаяся тем, что металлическая или пластмассовая лента изготовлена спирально-цилиндрической или спирально-конической формы, а элементы насадки выполнены из ленты в виде одновитковой спирали, при этом диаметр и шаг спирали соответственно больше двойной величины ширины ленты, а шаг спирали меньше ее диаметра.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2