Результат интеллектуальной деятельности: РЕГУЛЯРНАЯ НАСАДКА ДЛЯ СЕПАРАЦИОННЫХ И МАССООБМЕННЫХ АППАРАТОВ

Изобретение относится к конструкциям регулярных насадок, предназначенных для проведения тепломассообменных и сепарационных процессов в системе газ(пар) - жидкость, например многокомпонентная или несмешивающиеся жидкости.

Известен блок насадочного материала для массообменных колонн - патент США №5413741 А от 01.03.94., НКИ 261-112.2. 428-183. Насадочный материал с вложенными элементами для дистилляционной колонны, (аналог), содержащий парные параллельные пластины, образующие между собой каналы, которые обеспечивают распределение жидкой и паровой фаз во всем объеме колонны. Каждая пластина имеет гофры, которые расположены под углом относительно вертикали и направлены на поверхностях, обращенных друг к другу, в противоположных направлениях. В местах пересечения гофр двух пластин в пластинах выполнены отверстия.

Недостатком этого устройства является низкая эффективность процессов тепломассообмена и сепарации из-за неорганизованного отекания жидкости с низа насадки. Жидкость, стекающая с низа насадки, подхватывается движущимся навстречу ей потоком газа и выносится обратно на насадку, из которой по мере накопления уносится выходным потоком газа.

Известна также регулярная насадка для тепломассообменных аппаратов по патентам РФ 2113900, кл. В 01 J 19/30, 2224591, кл. В 01 J 19/32.

Насадка содержит пакет, набранный из параллельных листов с выступами, расположенными под углом 25-45° относительно вертикали, направленными на поверхностях, обращенных друг к другу, в противоположных направлениях и выполненными в виде гибкого жгута из вязаного рукава, уложенного на каждом листе со смещением витков относительно друг друга.

В этом устройстве частично устранены вышеуказанные недостатки за счет организованного отвода жидкости по микроструктуре гибкого жгута из вязаного сетчатого рукава и далее в виде струек в низ аппарата. Однако в этом устройстве возможен унос отдельных капель жидкости встречным потоком газа обратно на насадку, особенно при сепарации многокомпонентных жидкостей, например водных растворов метанола или гликолей и углеводородного конденсата. При выполнении микроструктуры с крупными ячейками хорошо улавливаются и дренируются капли водных растворов, а легколетучие углеводородные капли срываются и уносятся газом. При выполнении микроструктуры с малыми ячейками хорошо сепарируются и дренируются легколетучие жидкости, а капли водных растворов из-за повышенных значений поверхностного натяжения и вязкости не дренируются, накапливаются и выносятся газом.

Известна регулярная насадка для противоточного аппарата по патенту РФ 2198727, кл. В 01 J 19/32 (прототип), состоящая из пакетов набранных из гофрированных или плоских с выступами пластин, направленных приблизительно параллельно вертикальной оси аппарата и установленных один над другим слоями, развернутых относительно друг друга, причем пакеты выполнены из прямоугольных пластин одинаковой длины. Насадка имеет те же недостатки, которые изложены выше для аналогов.

Цель изобретения - повышение эффективности процессов тепломассообмена и сепарации путем уменьшения уноса жидкости с газом и увеличения производительности по газу.

Поставленная цель достигается тем, что в регулярной насадке для сепарационных и массообменных аппаратов, содержащей развернутые относительно друг друга пакеты из листов с наклонными гофрами или пористыми выступами, перекрещивающимися в смежных листах, пористость выступов и(или) листов в пакетах уменьшается в насадке к выходу газа, причем выступы и(или) листы пакетов выполнены на входе газа в насадку из гидрофильного, а на выходе из лиофильного материалов, а отношение размеров пор выступов и(или) листов пакетов на входе и выходе газа пропорциональны отношениям поверхностного натяжения отделяемых жидкостей в степени 0,5.

Нижний пакет насадки снабжен пористыми элементами, сообщенными со сборником жидкости.

Заявителю не известно из существующего уровня техники конструкций регулярных насадок для сепарационных и массообменных аппаратов, в которых бы уменьшение уноса жидкости с газом и увеличение производительности по газу достигалось подобным образом.

На чертеже изображена регулярная насадка для сепарационных и массообменных аппаратов, в которой выступы и(или) листы пакетов на выходе газа из насадки выполнены из мелкопористого материала, например, лиофильного материала или покрыты этим материалом (металлические листы выполнены с пористым покрытием из синтетического материала - гранулированное полимерное покрытие, и (или) жгуты-выступы выполнены из сетчатого вязаного рукава из лавсановых нитей).

Листы пакетов на входе газа в насадку выполнены из крупнопористого материала, например металлокерамический сфер, или неметаллические листы напылены этими сферами и(или) крупнопористые жгуты выполнены из вязанной рукавной сетки из металлической проволоки.

Листы пакетов в средней части выполнены из металла (гидрофильными), жгуты - из полимерной и металлической рукавных сеток. Регулярная насадка для сепарационных и массообменных аппаратов на выходе газа состоит из установленных в корпусе 1 развернутых относительно друг друга на 90° пакетов 2 и 3 из листов 4 и 5 с наклонными гофрами или выступами 6, перекрещивающимися в смежных листах. На листы 4 и 5 уложены сетчатые жгуты - выступы 6, выполненные из мелкопористого материала с размерами пор, обеспечивающими безотрывное течение легкокипящей жидкости по отношению к газу. Листы 4 и 5 или их поверхности и жгуты-выступы 6 целесообразно выполнить из лиофильного мелкопористого материала.

Размер пор является функцией поверхностного натяжения отделяемой жидкости и определяется по зависимости:

где

R - приведенный радиус ячейки (поры);

σ_ж - поверхностное натяжение отделяемой жидкости;

ρ_ж, ρ_г - плотности жидкости и газа, соответственно.

Если для воды R_в равен 2 мм, то для углеводородов R_y равен 1 мм, т.к.

R_в/R_y=(σ_в/σ_y)^0,5

На входе газа установлены развернутые по отношению друг к другу на 90° пакеты 7 и 8 из листов 9 и 10 с наклонными гофрами или выступами 11, перекрещивающимися в смежных листах. На листы 9 и 10 уложены сетчатые жгуты - выступы 11, выполненные из крупнопористого материала с размерами пор, обеспечивающими безотрывное течение высококипящей жидкости по отношению к газу. Листы 4 и 5 или их поверхности целесообразно выполнить из крупнопористого материала.

Размер пор определяется в зависимости от поверхностного натяжения отделяемой высококипящей жидкости.

В средней части насадки целесообразно располагать пакеты 12 и 13, листы 14 и 15 которых выполнены из крупнопористого материала, а выступы 16 из мелкопористого материала или комбинации мелкопористого и крупнопористого материалов.

Нижний пакет насадки снабжен гибкими пористыми элементами 17, сообщенными со сборником жидкости 18.

Регулярная насадка для сепарационных и массообменных аппаратов работает следующим образом.

Газ с уносимыми каплями жидкости подается в корпус 1 аппарата. Жидкости, например водный раствор метанола, за счет инерционных сил смачивает гидрофильные листы 9, 10 и выступы 11 пакетов 7 и 8. Жидкость накапливается в крупных порах материала и за счет гравитационных сил безотрывно стекает навстречу потоку газа вместе с крупными каплями низкокипящей жидкости.

Затем газ с остатками высококипящей жидкости и каплями низкокипящей жидкости, поступает на пакеты насадки 12 и 13, где на листах 14 и 15 с крупными порами отделяются окончательно остатки высококипящей жидкости, а на выступах 16 с мелкими порами предварительно отделяется низкокипящая жидкость, например углеводородный конденсат, стекающий в секции 7 и 8.

Затем газ с каплями низкокипящей жидкости поступает на пакеты 2 и 3, где на лиофильных листах 4 и 5 и выступах 6 окончательно отделяется низкокипящая жидкость, стекающая навстречу газу в безотрывном течении.

Насадка может работать и как массообменная при подаче на нее на выходе газа жидкости.

Таким образом, регулярная насадка для сепарационных и массообменных аппаратов позволяет повысить эффективность процессов массообмена и сепарации за счет уменьшения выноса с газом как легкокипящих, так и высококипящих компонентов отделяемой жидкости и одновременно увеличить производительность по газу.