Результат интеллектуальной деятельности: РЕГУЛЯРНАЯ НАСАДКА (ВАРИАНТЫ)

Изобретение относится к конструкциям регулярных насадок, предназначенных для проведения тепломассообменных процессов в системе газ (пар) - жидкость, и может найти применение в процессах ректификации, абсорбции, очистки и осушки природного газа, для разделения фаз, а также в химической, нефтяной, газовой и других отраслях промышленности.

Известна регулярная насадка для тепло - и массообменных аппаратов, состоящая из вертикально установленных гофрированных листов, соприкасающихся выступающими гофрами друг с другом, каждая гофра листа выполнена с обратно вогнутыми элементами, которые расположены в местах пересечения параллельных линий с ребрами гофр. На гофрах вдоль параллельных линий, в местах их пересечения с ребрами гофр, выполнены поперечные отверстия в виде надрезов, а между каждой парой надрезов размещены обратно вогнутые элементы в виде, например, равнобочных трапеций, перегнутых таким образом, что линия перегиба расположена на обратно вогнутом ребре гофры. Между гофрированными листами установлены перфорированные листы или сетки, ячейки которых выполнены с размерами, обеспечивающими безотрывное течение жидкости по ней (Патент РФ №2188706, МПК⁷ B01J 19/32, B01F 3/04, опубл. 10.09.2002).

Общими признаками известного решения и предлагаемых вариантов решений являются:

- гофрированные листы;

- на гофрах выполнены отверстия;

- между гофрированными листами установлены перфорированные листы или сетки.

Существующий аналог имеет недостатки, связанные с невысокой массообменной эффективностью по сравнению с заявленным устройством из-за неравномерного распределения потока жидкости в объеме насадки (т.е. из-за возникновения пристеночного эффекта, при котором жидкость, пройдя несколько слоев насадки, постепенно скапливается около стенки колонного аппарата, что препятствует ее эффективному контакту с газовой фазой и требует установки перераспределительных устройств по высоте колонного аппарата).

Наиболее близкой к предлагаемой регулярной насадки и выбранной за прототип является регулярная насадка, состоящая из гофрированных листов с отверстиями, при этом гофры соседних листов направлены относительно друг друга в противоположные стороны, и расположены взаимно перпендикулярно. Гофрированные листы могут быть установлены вертикально, наклонно или горизонтально. На каждом листе отверстия выполнены в каждой выступающей в одну сторону части гофр, а центры отверстий расположены по линиям вершин гофр и расстояние между центрами отверстий равно шагу гофр, при этом выступающие в другую сторону части гофр установлены в такие же отверстия соседнего листа с образованием зазоров между кромкой отверстий и этой частью гофр. Зазор создан за счет разной формы, размера отверстий и различной конфигурации профиля гофрированного листа: треугольного, трапециевидного, волнообразного. Гофрированные листы могут быть выполнены из сплошного листового материала, а также из перфорированного или профилированного, или просечно-профилированного, или просечно-вытяжного листового материала, или из сетки. (Патент РФ №2384362, МПК B01J 19/32, опубл.20.03.2010).

Общими признаками известного и предлагаемого решений по первому варианту являются:

- пакет гофрированных листов;

- гофрированные листы выполнены из сплошного или перфорированного листового материала;

- гофрированные листы имеют отверстия;

- отверстия выполнены в выступающей части гофр;

- расстояние между отверстиями равно шагу гофр;

- выступающие части гофр установлены в отверстия соседнего листа с образованием зазоров между кромкой отверстий и этой частью гофр.

Общими признаками известного и предлагаемого решений по второму варианту являются:

- пакет гофрированных листов;

- гофрированные листы выполнены из сплошного или перфорированного листового материала;

- гофрированные листы имеют отверстия;

- отверстия выполнены в выступающей части гофр;

- расстояние между отверстиями равно шагу гофр;

- выступающие части гофр установлены в отверстия соседнего листа.

Недостатком известной насадки является возникновение при работе регулярной насадки пристеночного эффекта, при котором жидкость, пройдя несколько слоев насадки, постепенно скапливается около стенки колонного аппарата, что препятствует ее эффективному контакту с газовой фазой по всему объему насадки и требует установки перераспределительных устройств по высоте колонного аппарата. Кроме того, турбулизация потоков газа и жидкости в известной насадке достигается за счет существенного изменения проходного сечения каналов насадки по мере движения по ним газа, что приводит к увеличению гидравлического сопротивления.

Техническим результатом является повышение эффективности массообменных процессов между газом и жидкостью во всем объеме регулярной насадки при снижении гидравлического сопротивления.

Этот результат достигается тем, что по первому варианту в регулярной насадке для тепломассообменных аппаратов, состоящей из пакета гофрированных листов, выполненных из сплошного или перфорированного листового материала, гофрированные листы имеют отверстия, выполненные в выступающей части гофр и расстояние между отверстиями равно шагу гофр, при этом выступающие части гофр установлены в отверстия соседнего листа с образованием зазоров между кромкой отверстий и этой частью гофр, новым является то, что пакет состоит из гофрированных листов, выполненных из сплошного или перфорированного листового материала, чередующихся с гофрированными листами из сплошного или перфорированного листового материала с отверстиями, причем отверстия выполнены в выступающих частях гофр, обращенных к обоим соседним гофрированным листам из сплошного или перфорированного листового материала.

Предлагаемая совокупность признаков по первому варианту, а именно, формирование пакета регулярной насадки путем чередования гофрированных листов, выполненных из сплошного или перфорированного листового материала, с гофрированными листами, выполненными из сплошного или перфорированного листового материала, с отверстиями, выполненными в выступающих частях гофр, в которых установлены с образованием зазоров между кромкой отверстий и этой частью гофр выступающие части обоих соседних гофрированных листов из сплошного или перфорированного листового материала, позволяет создать каналы зигзагообразной формы, сечение которых практически не меняется по всей высоте слоя насадки, что снижает сопротивление и улучшает массобменные характеристики насадки во всем ее объеме.

Этот результат также достигается тем, что по второму варианту в регулярной насадке, состоящей из пакета гофрированных листов, выполненных из сплошного или перфорированного листового материала, гофрированные листы имеет отверстия, выполненные в выступающей части гофр и расстояние между отверстиями равно шагу гофр, при этом выступающие части гофр установлены в отверстия соседнего листа, новым является то, что пакет состоит из гофрированных листов, выполненных из сплошного или перфорированного листового материала, чередующихся с гофрированными листами из сплошного или перфорированного листового материала прямоугольного или трапециевидного профиля с отверстиями, причем отверстия выполнены в выступающих частях гофр, обращенных к обоим соседним гофрированным листам из сплошного или перфорированного листового материала, и отверстия по форме, соответствуют профилю соседнего гофрированного листа, а торцевая часть гофр между отверстиями имеет прорезь.

Заявляемая совокупность признаков по второму варианту, а именно формирование пакета регулярной насадки путем чередования гофрированных листов, выполненных из сплошного или перфорированного листового материала, с гофрированными листами, выполненными из сплошного или перфорированного листового материала, прямоугольной или трапециевидной формы с отверстиями, по форме соответствующими профилю соседнего листа и выполнение между отверстиями прорезей, способствует созданию между соседними листами каналов, имеющих по всей своей высоте одинаковое сечение, что снижает гидравлическое сопротивление насадки и позволяет повысить эффективность массообменных процессов между газом и жидкостью во всем объеме регулярной насадки.

На фиг.1, 2 представлены фрагменты насадки в аксонометрии по первому варианту.

На фиг.3 схематично показано движение потока газовой фазы в каналах насадки по первому варианту.

На фиг.4, 5 представлены фрагменты насадки в аксонометрии по второму варианту.

На фиг.6 схематично показано движение потока газовой фазы в каналах насадки по второму варианту.

Регулярная насадка по первому варианту состоит из пакета гофрированных листов, выполненных из сплошного или перфорированного листового материала. При этом пакет состоит из гофрированных листов 1, выполненных из сплошного или перфорированного листового материала, которые чередуются с гофрированными листами 2 из сплошного или перфорированного листового материала с отверстиями 3 (фиг.1, 2). Отверстия 3 выполнены в выступающих частях гофр 4 гофрированного листа 2, обращенных к обоим соседним гофрированным листам Г из сплошного или перфорированного листового материала. Расстояние «а» между центрами отверстий 3 равно шагу гофр гофрированного листа 1 (фиг.3). В отверстия 3 гофрированного листа 2 установлены выступающие части гофр 5 соседних гофрированных листов 1 с образованием зазоров 6 между кромкой отверстий 3 и этой частью гофр 5. Зазоры 6 создают за счет разной формы, размера отверстий 3 и различной конфигурации профиля гофрированных листов 1, 2: прямоугольного (см. фиг.1), треугольного (см. фиг.2), трапециевидного или волнообразного (на фиг не показано), причем профиль гофр гофрированных листов 1 и 2 может быть одинаковым (фиг.2), а также в различных комбинациях, например, как показано на фиг.1, гофрированные листы 1 - треугольного профиля, а гофрированные листы 2 - прямоугольного профиля.

Гофрированные листы 1 и 2, уложенные в пакет, образуют каналы 7, в которых и происходит основное движение газа и жидкости, а также массообмен между ними (фиг.3).

По второму варианту регулярная насадка также состоит из пакета гофрированных листов, выполненных из сплошного или перфорированного листового материала. При этом пакет состоит также, как и в первом варианте, из гофрированных листов 1, выполненных из сплошного или перфорированного листового материала, которые чередуются с гофрированными листами 2 прямоугольного или трапециевидного профиля из сплошного или перфорированного листового материала, но уже с отверстиями 8 (см. фиг.4, 5). Отверстия 8 выполнены в выступающих частях гофр 4 гофрированного листа 2, обращенных к обоим соседним гофрированным листам 1 из сплошного или перфорированного листового материала. Отверстия 8 по форме соответствуют профилю гофрированного листа 1. Расстояние «а» между центрами отверстий 8 равно шагу гофр гофрированного листа 1 (фиг.6). Кроме того между отверстиями 8 торцевые части гофр 9 гофрированного листа 2 имеют прорези 10, которые могут быть выполнены в центре торцевой части 9 (см. фиг.4) или в виде выемок 11 торцовой части 9 по периферии со стороны отверстий 8 (см. фиг.5) В отверстия 8 гофрированного листа 2 установлены выступающие части гофр 5 соседних гофрированных листов 1. По второму варианту гофрированные листы 1 и 2, уложенные в пакет, образуют каналы 12, обеспечивая поперечное движение контактирующих потоков и распределение между каналами через прорези 10 или 11.

Гофрированные листы 1, 2 также могут быть выполнены из перфорированного листа, представляющего, например, профилированный, или просечно-профилированный, или просечно-вытяжной листовой материал, или из сетки. При этом свободное сечение листового материала принимается в зависимости от технологических требований к условиям эксплуатации насадки.

Гофрированные листы 1 и 2 по обоим вариантам в пакете установлены вертикально, при этом в зависимости от материалов исполнения гофрированных листов 1 и 2 гофрированные листы 1 и 2 могут быть установлены относительно друг друга под различными углами от 20° до 90°, при этом гофрированные листы 1 в большинстве случаев установлены горизонтально, а гофрированные листы 2 вертикально

Насадка работает следующим образом.

По первому варианту поток газа проходит снизу вверх через пакет гофрированных листов 1 и 2 по каналам 7, проделывая зигзагообразный путь, за счет чего снижается унос жидкой фазы вместе с газовой фазой, так как при зигзагообразном движении потока происходит сепарация капельной жидкости из газовой фазы на выступах, образованных вершинами выступающей части гофр 5 гофрированных листов 1, расположенных поперек потока.

В каналах 7 жидкость стекает вниз, встречая на своем пути препятствия в виде вершин выступающей части гофр 5 гофрированных листов 1, за счет чего увеличивается путь движения жидкости в канале, увеличивается степень турбулизации жидкостного потока, что приводит к интенсификации процесса тепломассобмена между жидкой и газовой фазами в каналах и на поверхности насадки. При этом часть потоков жидкости и газа через зазоры 6, а при выполнении гофрированных листов 1 из перфорированного листового материала, также через эту перфорацию перераспределяется между соседними каналами 7 регулярной насадки.

По второму варианту поток газа проходит снизу вверх по каналам 12 (см. фиг.6), проделывая зигзагообразный путь, за счет чего снижается унос жидкой фазы вместе с газовой фазой, так как при зигзагообразном движении потока происходит сепарация капельной жидкости из газовой фазы на выступах, образованных вершинами выступающей части 5 гофрированных листов 1, расположенных поперек потока.

В каналах 12 жидкость стекает вниз, встречая на своем пути препятствия в виде вершин выступающей части гофр 5 гофрированных листов 1, за счет чего увеличивается путь движения жидкости в канале, увеличивается степень турбулизации жидкостного потока, что приводит к интенсификации процесса тепломассобмена между жидкой и газовой фазами в каналах и на поверхности насадки. При этом часть потоков жидкости и газа через прорези 10 или 11, а также через перфорацию в гофрированных листах перераспределяется между соседними каналами 11 регулярной насадки.