Регулярная насадка для тепло- и массообменных аппаратов

 

Изобретение относится к конструкциям регулярных насадок, предназначенных для проведения тепло- и массообменных процессов в системе газ (пар) - жидкость, может найти применение в газовой, нефтяной, химической и ряде других смежных отраслей промышленности. Насадка состоит из развернутых относительно друг друга слоев, выполненных из нескольких пакетов, которые набраны из параллельных наклонных листов с выступами. Пакеты в каждом слое установлены так, что суммарный угол поворота листов в слое относительно первого листа любого пакета составляет 360^o, а листы в каждом пакете наклонены в сторону смежного пакета. Угол наклона листов к горизонтальной плоскости выбран так, что проекция боковой грани листа на горизонтальную плоскость равна или превышает расстояние между листами. Использование насадки повышает эффективность тепло- и массообмена в процессах разделения многокомпонентных смесей за счет увеличения времени контакта газа и жидкости, исключения провала жидкости и равномерного распределения потоков по объему насадки. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к конструкциям регулярных насадок, предназначенных для проведения тепло- и массообменных процессов в системе газ (пар) - жидкость, и может найти применение в газовой, нефтяной, химической и ряде других смежных отраслей промышленности.

Известна регулярная насадка (патент США 5413741 НКИ: 261-112,2 от 9.05.95), которая состоит из вертикально установленных перфорированных гофрированных листов, соприкасающихся выступающими гофрами друг с другом. Гофры смежных листов расположены в противоположных направлениях, а слои насадки выполнены из пакетов, гофры на листах одного из которых расположены по диагонали, а другого по вертикали.

Недостатком такой насадки является то, что она обеспечивает неравномерное распределение газовых и жидкостных потоков по поперечному сечению аппарата.

Известна регулярная насадка для тепло- и массообменных аппаратов (Патент РФ 2113900, МПК 6: В 01 J 19/30, 21.05.97 г.). Насадка содержит пакет, набранный из параллельных листов с выступами, расположенными под углом 25-45^o относительно вертикали, направленных на поверхностях, обращенных друг к другу, в противоположных направлениях. Выступы на листах насадки выполнены в виде гибкого жгута из вязанного рукава и уложенного на каждом листе по винтовой спирали со смещением витков друг относительно друга.

К недостаткам этой конструкции следует отнести то, что поток газа проходит вдоль жгута под углом к оси аппарата, что не позволяет достичь существенного повышения эффективности тепло- и массообмена в процессах разделения смесей и увеличения времени контакта газа и жидкости.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является регулярная хордовая насадка для тепломассообменных аппаратов (авторское свидетельство 553993, В 01 D 53/20, 08.01.73 г.), прототип, содержащая блоки развернутых друг относительно друга горизонтальных пакетов, собранных из наклонных пластин, причем основания наклонных пластин расположены параллельно горизонтальной плоскости и каждый последующий пакет в блоке относительно предыдущего развернут в одном направлении, а в смежных блоках в противоположном, а между блоками уложены пакеты из вертикальных пластин.

Такая насадка частично исключает провал жидкости за счет разрушения и обновления жидкостной пленки и в ней образованы винтообразные каналы.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относится то, что в известном устройстве не обеспечивается равномерное распределение газового и жидкостного потоков по всему объему насадки, что и не позволяет достичь существенного повышения эффективности тепло- и массообмена.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание конструкции регулярной насадки, обеспечивающей наибольшую эффективность тепло- и массообменных процессов в системе газ (пар) - жидкость.

Технический результат - повышение эффективности тепло- и массообмена в процессах разделения многокомпонентных смесей за счет увеличения времени контакта газа и жидкости, исключения провала жидкости и равномерного распределения газового и жидкостного потоков по всему объему насадки.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в регулярной насадке для тепло- и массообменных аппаратов, состоящей из развернутых относительно друг друга слоев, выполненных из нескольких пакетов, которые набраны из параллельных наклонных листов с выступами, пакеты в каждом слое установлены таким образом, что суммарный угол поворота листов в слое относительно первого листа любого пакета составляет 360^o, а листы в каждом пакете наклонены в сторону смежного пакета.

Угол наклона листов к горизонтальной плоскости выбран таким образом, что проекция боковой грани листа на горизонтальную плоскость равна или превышает расстояние между листами.

При исследовании отличительных признаков описываемой регулярной насадки не выявлено каких-либо аналогичных известных решений, касающихся использования регулярных насадок для тепло- и массообменных аппаратов, позволяющих повысить эффективность тепло- и массообмена в процессах разделения многокомпонентных смесей за счет увеличения времени контакта газа и жидкости, исключения провала жидкости и равномерного распределения газового и жидкостного потоков по всему объему насадки путем расположения пакетов таким образом, что суммарный угол поворота листов в слое относительно первого листа любого пакета составляет 360^o, и листов в каждом пакете с наклоном в сторону смежного пакета, а также выбора угла наклона листов к горизонтальной плоскости таким образом, что проекция боковой грани листа на горизонтальную плоскость равна или превышает расстояние между листами.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявляемого изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога, позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявляемой конструкции регулярной насадки, изложенных в формуле изобретения.

Результаты поиска с целью выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленной регулярной насадки, показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку не выявлено влияний, предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата.

На фиг.1 изображен продольный разрез регулярной насадки.

На фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.

На фиг.3-4 представлены варианты исполнения пакетов.

На фиг.5 показано расположение листов насадки в пакете.

Регулярная насадка для тепло- и массообменных аппаратов (фиг.1-4) состоит из установленных в корпусе 1 развернутых относительно друг друга слоев насадки, выполненных из нескольких пакетов 2, набранных из параллельных листов 3 с выступами. Выступы на листах 3 могут быть выполнены, например, в виде жгута из вязанного рукава, уложенного в листе по винтовой спирали со смещением витков относительно друг друга или гофрированными.

Угол наклона 4 листов 3 в каждом пакете к горизонтальной плоскости выбран таким образом, что проекция 5 боковой грани 6 листа 3 на горизонтальную плоскость равна или превышает расстояние 7 между листами (фиг.5).

Слои насадки состоят из нескольких пакетов, выполненных в виде частей цилиндров, поперечными сечениями которых являются сектора (фиг.2-4). Пакеты 2 в каждом из слоев насадки, изображенных на фиг.2, 3, 4, установлены таким образом, что суммарный угол поворота листов 3 в слое относительно первого листа любого пакета составляет 360^o. В каждом слое пакеты 2 установлены с наклоном листов 3 в сторону смежных пакетов. В таком завихрителе осуществляется движения газового потока по спирали вверх в каждом слое, и тем самым увеличивается время контакта газа и жидкости в слоях насадки, исключается провал жидкости и обеспечивается равномерное распределение газового и жидкостного потоков в слое насадки.

Расположение в каждом слое пакетов листов с углом наклона к горизонтальной плоскости, выбранным таким образом, что проекция боковой грани листа на горизонтальную плоскость равна или превышает расстояние между листами, и наклоном их в сторону смежных пакетов уменьшает попадание жидкости на стенку корпуса, в котором установлена насадка, и уменьшает стекание по ней жидкости без контакта с газовым потоком.

Слои насадки установлены в корпусе 1 развернутыми относительно друг друга или таким образом, что наклон листов 3 в смежных слоях противоположен (фиг. 1). Такое расположение листов в слоях обеспечивает закрутку газового потока в регулярной насадке или поочередную закрутку газового потока по часовой и против часовой стрелки при переходе от одного слоя насадки к другому и исключает провал жидкости в насадке.

Регулярная насадка для тепло- и массообменных аппаратов работает следующим образом.

Жидкая фаза подается на верхний торец насадки (фиг.1) и стекает вниз в виде тонкой пленки по поверхности листов 3 с выступами, взаимодействуя с восходящим потоком газа. Газ, попадая в слои насадки, состоящие из пакетов 2, набранных из параллельных наклонных листов 3 с выступами, которые установлены таким образом, что суммарный угол поворота листов в слое относительно первого листа любого пакета составляет 360^o, а листы в каждом пакете наклонены в сторону смежного пакета и образуют завихритель, совершает в каждом слое полный виток, при этом между листами движется вдоль выступов, выполненных на каждом листе 3, и продолжает закручиваться от слоя к слою, так как слои насадки сдвинуты относительно друг друга, или изменяет траекторию своего движения на противоположную при переходе от слоя к слою, если наклон листов в смежных слоях регулярной насадки противоположен. В предлагаемой насадке обеспечивается равномерное распределение газового и жидкостного потоков, увеличивается время контакта газа и жидкости и исключается провал жидкости. Изменение направления движения газа при переходе его из одного слоя насадки в другой позволяет дополнительно увеличить время контакта газа и жидкости, полностью исключает провал жидкости.

Заявленная регулярная насадка предназначена для проведения тепло- и массообменных процессов в системе газ (пар) - жидкость в газовой промышленности.

Работоспособность опытного образца регулярной насадки для тепло- и массообменных аппаратов, выполненной в соответствии с формулой изобретения, подтверждена опытными испытаниями.

Преимущество заявленной регулярной насадки для тепло- и массообменных аппаратов, в которой пакеты в каждом слое установлены таким образом, что суммарный угол поворота листов в слое относительно первого листа любого пакета составляет 360^o, листы в каждом пакете наклонены в сторону смежного пакета, а угол наклона листов к горизонтальной плоскости выбран таким образом, что проекция боковой грани листа на горизонтальную плоскость равна или превышает расстояние между листами, заключается в значительном повышении эффективности тепло- и массообмена в процессах разделения многокомпонентных смесей за счет увеличения времени контакта газа и жидкости, исключения провала жидкости и равномерного распределения газового и жидкостного потоков по всему объему насадки.

Формула изобретения

1. Регулярная насадка для тепло- и массообменных аппаратов, состоящая из развернутых относительно друг друга слоев, выполненных из нескольких пакетов, которые набраны из параллельных наклонных листов с выступами, отличающаяся тем, что пакеты в каждом слое установлены так, что суммарный угол поворота листов в слое относительно первого листа любого пакета составляет 360^o, а листы в каждом пакете наклонены в сторону смежного пакета.

2. Регулярная насадка для тепло- и массообменных аппаратов по п. 1, отличающаяся тем, что угол наклона листов к горизонтальной плоскости выбран так, что проекция боковой грани листа на горизонтальную плоскость равна или превышает расстояние между листами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5