Регулярная насадка для противоточного аппарата

 

Изобретение относится к конструкциям регулярных насадок, предназначенных для проведения тепломассообменных процессов в системе газ (пар) - жидкость, может найти применение в химической, нефтяной, газовой и ряде других смежных отраслях промышленности. Насадка состоит из пакетов, набранных из гофрированных или плоских с выступами пластин, направленных приблизительно параллельно вертикальной оси аппарата, и установленных один над другим слоями, которые развернуты относительно друг друга. Пакеты в каждом слое расположены таким образом, что в плоскости стыка соседних пакетов каналообразные пустоты одного из пакетов перекрыты пластиной другого пакета. Пакеты выполнены из прямоугольных пластин одинаковой величины с длиной, кратной радиусу аппарата, а смежные слои повернуты относительно друг друга вокруг оси аппарата таким образом, что плоскости стыков пакетов между слоями смещены, при этом угол поворота выбран обеспечивающим перекрытие в смежных слоях незаполненной площади поперечного сечения аппарата. Смежные слои насадки расположены друг относительно друга в зеркальном отображении с поворотом против часовой стрелки. Пространство, оставшееся между регулярной насадкой и корпусом, заполнено пакетами насадки с меньшим числом пластин того же размера. Пакеты составлены из нескольких пакетов с одинаково ориентированными пластинами. Ширина пакетов где d_л - диаметр люка-лаза аппарата, h_н - высота слоя насадки. Изобретение позволяет повысить эффективность работы аппарата, упрощается конструкция насадки и снижаются трудозатраты на ее изготовление. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

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

Известна регулярная насадка фирмы "Sulzer Chemtech" "Сепарационные колонны для дистилляции и абсорбции" или, например, по патентам США 4950430, 4740334, В 01 F 3/4, в которых насадка набрана из вертикально установленных парных параллельных гофрированных пластин, образующих между собой наклонные каналы для распределения газового и жидкостного потоков. Основным недостатком указанных конструкций является трудоемкость изготовления и сборки насадки из-за разной длины пластин в поперечном сечении, т.к. они представляют ряд хорд, заполняющих через одинаковый шаг круглое сечение аппарата, а также то, что при установке насадки в виде блоков в аппарате большого диаметра (фиг. 1, патент 4950430) образуются вертикальные каналы между блоками насадки, ухудшающие эффективность ее работы, за счет изменения скоростей на стыке двух развернутых блоков насадки и на стыке блоков со стенкой корпуса аппарата образуются тупиковые каналы, в которых происходит внезапное изменение скорости газа.

Известна также насадка по патенту РФ 2136363, В 01 J 19/32, в которой указанные выше недостатки частично устранены за счет выполнения насадки в виде стопки набивочных элементов, установленных друг на друге с параллельным смещением граней, образуя по высоте колонны связки, проходящие параллельно оси колонны.

Недостатком указанной конструкции является наличие пластин насадки разной длины, трудность уплотнения насадки между корпусом из-за образования сегментного пространства различной конфигурации (с различной стрелкой) (фиг. 4, патент РФ 2136363), неравномерность работы насадки в центральной части по оси аппарата и на периферии из-за стремления жидкости двигаться от центра к периферии насадки.

Предлагаемым изобретением решаются задачи повышения эффективности работы аппарата, упрощения конструкции насадки и снижения трудозатрат на ее изготовление.

Для достижения указанного технического результата в регулярной насадке для противоточного аппарата, состоящей из пакетов, набранных из гофрированных или плоских с выступами пластин, направленных приблизительно параллельно вертикальной оси аппарата, и установленных один над другим слоями, которые развернуты относительно друг друга, причем пакеты в каждом слое расположены таким образом, что в плоскости стыка соседних пакетов каналообразные пустоты одного из пакетов перекрыты пластиной другого пакета, пакеты выполнены из прямоугольных пластин одинаковой величины с длиной, кратной радиусу аппарата, а смежные слои повернуты относительно друг друга вокруг оси аппарата таким образом, что плоскости стыков пакетов между слоями смещены, при этом угол поворота выбран обеспечивающим перекрытие смежными слоями незаполненной площади поперечного сечения аппарата.

Смежные слои насадки расположены относительно друг друга в зеркальном отображении с поворотом против часовой стрелки.

Пространство, оставшееся между регулярной насадкой и корпусом, заполнено пакетами насадки с меньшим числом пластин того же размера.

Пакеты составлены из нескольких пакетов с одинаково ориентированными пластинами.

Ширина пакетов где d_л - диаметр люка-лаза аппарата, h_н - высота слоя насадки.

Выполнение всех пластин насадки одинаковой величины позволило упростить конструкцию насадки и снизить трудозатраты на ее изготовление.

Выполнение пластин с длиной, кратной радиусу аппарата, позволило установить их в пакеты в виде прямых параллелепипедов с ромбом в основании и установить кратное число пакетов вдоль радиусов аппарата, и тем самым, почти максимально заполнить объем аппарата одинаковыми пакетами насадки.

Поворот смежных слоев относительно друг друга вокруг оси аппарата таким образом, что плоскости стыков пакетов между слоями смещены, позволил увеличить сопротивление движению жидкости к периферии аппарата, так как величина смещения пакетов в насадке увеличивается от центра к периферии, что способствует более равномерному распределению жидкости по всему объему насадки, а также обеспечило полное перекрытие слоями насадки площади поперечного сечения аппарата.

Заполнение зазоров между корпусом аппарата и насадкой пакетами, набранными из меньшего количества пластин той же величины, позволило максимально заполнить аппарат насадкой, выполненной из пластин одинаковой величины, что также обеспечило снижение трудоемкости изготовления насадки.

Расположение смежных слоев насадки относительно друг друга в зеркальном отображении с поворотом против часовой стрелки повышает эффективность работы аппарата.

Составление пакетов из нескольких пакетов с одинаково ориентированными пластинами, ширина которых где d_н - диаметр люка-лаза аппарата, h_н - высота слоя насадки, позволяет осуществлять замену вышедших из строя пакетов насадки, используя люк-лаз.

Автору не известны из существующего уровня техники насадки, в которых упрощение конструкции, уменьшение трудозатрат при изготовлении и повышение эффективности аппарата достигалось бы подобным образом.

На фиг. 1 изображено расположение одного (или двух с одинаково ориентированными пластинами) пакетов в нескольких слоях насадки в корпусе аппарата.

На фиг.2, 3 - вид сверху на смежные слои насадки, смещенные относительно друг друга на угол α.

На фиг. 4 - разрез слоя насадки с расположением пакетов, выполненных в виде прямых параллелепипедов с ромбом в основании.

На фиг.5 - вид сверху на пакет насадки.

Регулярная насадка для противоточного аппарата состоит из пакетов 1, установленных слоями 2 один над другим (фиг.1). Пакеты 1 набраны из гофрированных или плоских с выступами пластин 3 (фиг.1 - 5), направленных приблизительно параллельно вертикальной оси аппарата. Между пластинами 3 в пакете 1 образованы каналообразные пустоты 4 (фиг.5). В плоскости стыка 5 соседних пакетов 1 каналообразные пустоты 4 между пластинами 3 одного из пакетов 1 ограничены пластиной 3 другого пакета (фиг.2 - 4).

Пакеты 1 выполнены из прямоугольных пластин 3 одинаковой величины с длиной, кратной радиусу аппарата в виде прямых параллелепипедов, основанием которых являются ромбы (фиг.4).

Смежные слои 2 повернуты относительно друг друга вокруг оси аппарата 6 (фиг.1, 2, 3) таким образом, что плоскости стыков 5 пакетов 1 между слоями 2 смещены на угол α.

Смежные слои 2 насадки могут быть расположены относительно друг друга в зеркальном отображении с поворотом против часовой стрелки на угол α (оптимальный угол поворота α=30^o) (фиг.1, 2, 3).

Пространство 7, оставшееся между регулярной насадкой и корпусом, заполнено пакетами 8 насадки с меньшим числом пластин 2 того же размера, что и остальные пакеты 1 насадки (фиг.2 - 4).

Пакеты 1 могут быть составлены из нескольких пакетов с одинаково ориентированными пластинами (фиг.1 - 3).

Ширина пакетов где d_л - диаметр люка-лаза аппарата, h_н - высота слоя насадки (фиг.2).

Регулярная насадка работает следующим образом, жидкая фаза из распределителя равномерно подается на верхний торец насадки и стекает в виде пленки по поверхности пластин 3, взаимодействуя с восходящим потоком газа (пара), газ стремится занять центральное положение, а жидкость - периферийное. В связи с тем, что пакеты выполнены из прямоугольных пластин одинаковой величины с длиной, кратной радиусу аппарата в виде прямых параллелепипедов, а смежные слои 2 находятся в зеркальном отображении относительно друг друга и повернуты относительно друг друга вокруг оси аппарата 6 на угол α=30^o, обеспечивающий перекрытие смежным слоем насадки незаполненной площади поперечного сечения аппарата, смещение плоскости стыков 5 пакетов между слоями насадки, а также почти перпендикулярное расположение пластин относительно друг друга в смежных слоях, жидкость перераспределяется от слоя к слою равномерно по всему объему насадки, а газ распределяется к периферии от центра за счет снижения гидравлического сопротивления насадки на периферии.

Таким образом, выполнение пакетов из прямоугольных пластин одинаковой величины с длиной, кратной радиусу аппарата, и поворот смежных слоев относительно друг друга вокруг оси аппарата таким образом, что плоскости стыков пакетов между слоями смещены с увеличением смещения от центра аппарата к периферии, позволили повысить эффективность работы аппарата, в котором установлена насадка, упростить конструкцию насадки и снизить трудозатраты на ее изготовление.

Формула изобретения

1. Регулярная насадка для противоточного аппарата, состоящая из пакетов, набранных из гофрированных или плоских с выступами пластин, направленных приблизительно параллельно вертикальной оси аппарата, и установленных один над другим слоями, которые развернуты относительно друг друга, причем пакеты в каждом слое расположены таким образом, что в плоскости стыка соседних пакетов каналообразные пустоты одного из пакетов перекрыты пластиной другого пакета, отличающаяся тем, что пакеты выполнены из прямоугольных пластин одинаковой величины с длиной, кратной радиусу аппарата, а смежные слои повернуты относительно друг друга вокруг оси аппарата таким образом, что плоскости стыков пакетов между слоями смещены, при этом угол поворота выбран обеспечивающим перекрытие в смежных слоях незаполненной площади поперечного сечения аппарата.

2. Насадка по п.1, отличающаяся тем, что смежные слои насадки расположены друг относительно друга в зеркальном отображении с поворотом против часовой стрелки.

3. Насадка по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что пространство, оставшееся между регулярной насадкой и корпусом, заполнено пакетами насадки с меньшим числом пластин того же размера.

4. Насадка по пп.1-3, отличающаяся тем, что пакеты составлены из нескольких пакетов с одинаково ориентированными пластинами.

5. Насадка по п.1, отличающаяся тем, что ширина пакетов где d_л - диаметр люка-лаза аппарата; h_н - высота слоя насадки.

РИСУНКИ

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