RU175285U1

RU175285U1 - FILLER ELEMENT FOR HEAT AND MASS EXCHANGE COLUMNS

Info

Publication number: RU175285U1
Application number: RU2017127307U
Authority: RU
Inventors: Сергей Геннадьевич СУББОТИН
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Научно-Производственная Компания "СФЕРА"
Priority date: 2017-07-31
Filing date: 2017-07-31
Publication date: 2017-11-29

Abstract

Полезная модель относится к конструкциям насыпных наполнителей, предназначенных для заполнения насадочных колонн и другой тепломассообменной аппаратуры, с целью повышения интенсивности тепло- и массообменных процессов в оборудовании систем водоподготовки (абсорбция газов) и обработки стоков, химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей и других отраслей промышленности.Техническим результатом, достигаемым полезной моделью, является повышение интенсивности массообмена и повышение производительности массообменных аппаратов.Технический результат достигается тем, что используют элемент наполнителя для тепломассообменных колонн, выполненный шарообразной формы, содержащий центральную перегородку в виде круга со сквозными отверстиями, делящую элемент на два симметричных полушария, соединенную с расположенными симметрично с каждой из ее сторон, параллельными тонкими ребрами переменной ширины, причем полушария разделены на равные секторы поперечными к центральной перегородке и сходящимися в ее центре перемычками, а ребра выполнены в виде плоских пластин, перпендикулярных к перегородке и симметрично расположенных относительно нее, а также расположенных параллельно друг другу, в пределах секторов, наклонно к перемычкам и зеркально относительно них в смежных секторах, с формированием гребня вдоль перемычки в месте сопряжения ребер смежных секторов, и образованием сходящихся к центру радиальных ребер, лежащих вдоль биссектрис углов секторов между смежными перемычками, при этом в перегородке выполнены сквозные отверстия, расположенные вдоль перемычек. 17 з.п.ф-лы, 5 ил.The utility model relates to the design of bulk fillers designed to fill packed columns and other heat and mass transfer equipment in order to increase the intensity of heat and mass transfer processes in the equipment of water treatment systems (gas absorption) and waste treatment, chemical, petrochemical, oil refining and other industries. The result achieved by the utility model is to increase the intensity of mass transfer and increase the productivity of mass transfer devices. The technical result is achieved by using a filler element for heat and mass transfer columns, made of a spherical shape, containing a central partition in the form of a circle with through holes, dividing the element into two symmetrical hemispheres, connected to symmetrically arranged on each of its sides, parallel thin thin ribs of variable width, moreover, the hemispheres are divided into equal sectors transverse to the central septum and the bridges converging in its center, and the ribs are made in the form of flat plates, ne perpendicular to the septum and symmetrically located relative to it, and also parallel to each other, within sectors, inclined to the webs and mirrored relative to them in adjacent sectors, with the formation of a ridge along the bridge at the junction of the edges of adjacent sectors, and the formation of radial ribs converging to the center lying along the bisectors of the angles of the sectors between adjacent jumpers, while in the partition through holes are made located along the jumpers. 17 C.p. f-ls, 5 ill.

Description

Назначение и область примененияPurpose and scope

Полезная модель относится к конструкциям насыпных наполнителей предназначенных для заполнения насадочных колонн и другой тепломассообменной аппаратуры с целью повышения интенсивности тепло- и массообменных процессов в оборудовании систем водоподготовки (абсорбция газов) и обработки стоков, химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей и других отраслей промышленностиThe utility model relates to the design of bulk fillers designed to fill packed columns and other heat and mass transfer equipment in order to increase the intensity of heat and mass transfer processes in the equipment of water treatment systems (gas absorption) and waste treatment, chemical, petrochemical, oil refining and other industries

Предшествующий уровень техникиState of the art

Известен шаровидный элемент наполнителя для насадочных колонн (RU, №2310499, кл. B01D 53/18, B01J 9/30, 2007 г.). Шаровидный элемент выполнен с рядом углублений в сферической поверхности, оси которых сходятся в центре шара, разделенными стенками, причем толщина стенок между углублениями уменьшается к центру шара. Недостатком указанного элемента наполнителя является недостаточная эффективность массообмена и высокое гидравлическое сопротивление.Known spherical filler element for packed columns (RU, No. 2310499, class B01D 53/18, B01J 9/30, 2007). The spherical element is made with a series of recesses in a spherical surface, the axes of which converge in the center of the ball, separated by walls, and the wall thickness between the recesses decreases to the center of the ball. The disadvantage of this filler element is the lack of mass transfer efficiency and high hydraulic resistance.

Известно также решение элемента наполнителя для насадочных колонн US4842920 шарообразной формы в сферической поверхности которого образованы углубления, разделенные тонкими стенками. Шарообразный элемент разделен на две половины сплошной круглой перегородкой с овальным проходным отверстием, расположенным в центре перегородки, на продольной оси проходного отверстия, перпендикулярно перегородке закреплена сплошная круглая перегородка, разделяющая проходное отверстие по его продольной оси пополам, на перегородке на равном расстоянии друг от друга закреплены тонкие стенки, выполненные плоскими, круглой формы уменьшающегося к наружной кромке диаметра. Стенки расположены параллельно друг другу и перпендикулярно круглой перегородке с овальным отверстием. Недостатками известного элемента наполнителя является наличие центров каплеобразования, в частности сформированных с наружной стороны от пластин с наименьшем радиусом концевых элементах, что приводит к стеканию жидкости в виде капель и струй. Эффективная поверхность контакта фаз при этом значительно снижается по сравнению с пленочным течением жидкости, что, в свою очередь, снижает эффективность массообмена. К числу недостатков также можно отнести и ограниченную эффективность массообмена вследствие возможного сцепления элементов друг с другом, что приводит к снижению активной поверхности межфазного контакта и в целом ухудшению эффективности тепломассообмена. Also known is the solution of the filler element for packed columns US4842920 of a spherical shape in the spherical surface of which are formed recesses separated by thin walls. The spherical element is divided into two halves by a continuous circular partition with an oval passage opening located in the center of the partition, a continuous circular partition is fixed perpendicular to the partition, perpendicular to the partition, dividing the passage hole along its longitudinal axis in half, fixed to the partition at an equal distance from each other thin walls made of flat, round shape decreasing to the outer edge of the diameter. The walls are parallel to each other and perpendicular to the circular partition with an oval hole. The disadvantages of the known filler element is the presence of drop formation centers, in particular formed on the outside from the plates with the smallest radius of the end elements, which leads to the draining of liquid in the form of drops and jets. The effective contact surface of the phases is significantly reduced in comparison with the film flow of the liquid, which, in turn, reduces the efficiency of mass transfer. Among the disadvantages can also be attributed to the limited efficiency of mass transfer due to the possible adhesion of the elements to each other, which leads to a decrease in the active surface of the interphase contact and, on the whole, to a decrease in the efficiency of heat and mass transfer.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков заявленному решению полезной модели, принятому за прототип, является решение элемента наполнителя для насадочных колонн, известное из публикации патента РФ на полезную модель № 98339. Согласно вышеуказанной полезной модели элемент наполнителя для насадочных колонн, выполнен шарообразной формы, в сферической поверхности которого образованы углубления, разделенные тонкими стенками, при том, что шарообразный элемент разделен на две половины сплошной круглой перегородкой с овальным проходным отверстием, расположенным в центре перегородки, на продольной оси проходного отверстия перпендикулярно перегородке закреплена перемычка, разделяющая проходное отверстие по его продольной оси пополам, на перемычке на равном расстоянии друг от друга закреплены конусообразные стержни, к которым прикреплены тонкие стенки волнообразной формы, при этом прикрепление стенок к стержням выполнено в месте образования центрального гребня. К числу недостатков известного элемента можно, как и для предыдущего решения, отнести наличие центров каплеобразования за счет сформированных с наружной стороны от пластин с наименьшем радиусом концевых элементах, что приводит к стеканию жидкости в виде капель и струй. Одновременно массообменная поверхность неравномерно распределена по объему тепломасообменного аппарата. Указанные недостатки снижают активную поверхность межфазного контакта, способствуют повышению гидравлического сопротивления и в целом ухудшают эффективность тепломассообмена.The closest to the set of essential features the claimed solution of the utility model adopted for the prototype is the solution of the filler element for packed columns, known from the publication of the patent of the Russian Federation for utility model No. 98339. According to the above utility model, the filler element for packed columns is made spherical in spherical shape the surface of which is formed by recesses separated by thin walls, while the spherical element is divided into two halves by a continuous round partition with an oval a bridging hole is fixed on the longitudinal axis of the bore hole perpendicular to the baffle, dividing the bore hole along its longitudinal axis in half, cone-shaped rods are attached to the jumper at an equal distance from each other, to which thin wavy-shaped walls are attached, while attaching walls to the rods made in the place of formation of the central ridge. Among the disadvantages of the known element can, as for the previous solution, include the presence of drop formation centers due to the end elements formed on the outside of the plates with the smallest radius, which leads to the draining of liquid in the form of drops and jets. At the same time, the mass transfer surface is unevenly distributed over the volume of the heat and mass transfer apparatus. These shortcomings reduce the active surface of the interfacial contact, contribute to an increase in hydraulic resistance and, on the whole, worsen the efficiency of heat and mass transfer.

Сущность полезной моделиUtility Model Essence

Задачей полезной модели является создание конструкции элемента наполнителя насадочных тепломассообменных колонн, обеспечивающей увеличение эффективной поверхности массобмена за счет пленочного течения жидкости по поверхности элемента, снижение гидравлического сопротивления путем изменения профиля поверхности межфазного контакта жидкость/газ.The objective of the utility model is to create the design of the filler element of the packed heat and mass transfer columns, providing an increase in the effective mass transfer surface due to the film flow of fluid along the surface of the element, and a decrease in hydraulic resistance by changing the surface profile of the liquid / gas interface.

Техническим результатом полезной модели является повышение интенсивности массообмена и повышение производительности массообменных аппаратов.The technical result of the utility model is to increase the intensity of mass transfer and increase the productivity of mass transfer devices.

Поставленная задача и указанный технический результат достигаются тем, что используют элемент наполнителя для тепломассообменных колонн, выполненный шарообразной формы, содержащий центральную перегородку в виде круга со сквозными отверстиями, делящую элемент на два симметричных полушария, соединенную с расположенными симметрично с каждой из ее сторон, параллельными тонкими ребрами переменной ширины, отличающийся от прототипа тем, что полушария разделены на равные секторы поперечными к центральной перегородке и сходящимися в ее центре, перемычками, а ребра выполнены в виде плоских пластин перпендикулярных к перегородке и симметрично расположенных относительно нее, а также расположенных параллельно друг другу, в пределах секторов, наклонно к перемычкам и зеркально относительно них в смежных секторах, с формированием гребня вдоль перемычки в месте сопряжения ребер смежных секторов, и образованием сходящихся к центру радиальных ребер, лежащих вдоль биссектрис углов секторов между смежными перемычками, при этом, в перегородке выполнены сквозные отверстия, расположенные вдоль перемычек. The task and the specified technical result are achieved by the fact that they use a filler element for heat and mass transfer columns, made spherical in shape, containing a central partition in the form of a circle with through holes, dividing the element into two symmetrical hemispheres, connected to parallel symmetrical ones located on each of its sides ribs of variable width, different from the prototype in that the hemispheres are divided into equal sectors transverse to the central septum and converging in its prices cross, with bridges, and the ribs are made in the form of flat plates perpendicular to the septum and symmetrically located relative to it, and also parallel to each other, within sectors, inclined to the bridges and mirrored relative to them in adjacent sectors, with the formation of a ridge along the bridge at the interface ribs of adjacent sectors, and the formation of radial ribs converging to the center, lying along the bisectors of the angles of the sectors between adjacent jumpers, while through holes are made in the partition, located data along the jumpers.

В предпочтительном варианте осуществления полезной модели, полушария разделены перемычками на три равных сектора. При этом, в вершинах сопряжения ребер смежных секторов могут быть размещены цилиндрические стержневые элементы, а перемычки со стороны свободного конца, сопряженного с наименьшим в ряду вдоль нее угловым элементом, в виде сопряженных под углом ребер смежных секторов, предпочтительно, выполнена в виде сегмента круга.In a preferred embodiment of the utility model, the hemispheres are divided by jumpers into three equal sectors. At the same time, cylindrical rod elements can be placed at the mating vertices of the ribs of adjacent sectors, and the jumpers from the side of the free end, conjugated with the smallest corner element in a row along it, in the form of ribs of adjacent sectors conjugated at an angle, is preferably made in the form of a circle segment.

В одном из возможных вариантов осуществления заявленной полезной модели, перемычки выполнены в виде узкой пластины прямоугольной формы со скругленными уголками. При этом, в другом возможном варианте осуществления, перемычки выполнены в виде поперечных по отношению к центральной перегородке тонких фигурных пластин в форме круга, одна из половин которого снабжена, симметричными относительно продольной оси, широкими прорезями для симметричного, относительного перегородки, размещения в полушариях, цилиндрических стержней вдоль выступов и ребер смежных секторов в пазах, при этом, вторая половина круга пластины выполнена глухой и образует радиальные ребра, лежащие вдоль биссектрисы угла секторов полушарий, симметрично распложенных относительно перегородки.In one of the possible embodiments of the claimed utility model, the jumpers are made in the form of a narrow rectangular plate with rounded corners. In this case, in another possible embodiment, the jumpers are made in the form of thin, curved plates in the form of a circle transverse with respect to the central partition, one of the halves of which is provided with wide slots symmetrical with respect to the longitudinal axis for a symmetrical, relative partition, placed in hemispheres, cylindrical rods along the protrusions and ribs of adjacent sectors in the grooves, while the second half of the circle of the plate is blind and forms radial ribs lying along the bisector of the angle of the sectors n lushary symmetrically with respect to the partition bred.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления в перегородке выполнены три сквозных отверстия, расположенные вдоль соответствующей каждому из них перемычки. При этом, сквозные отверстия, в одном из вариантов осуществления заявленного решения, могут быть выполнены, предпочтительно в форме круга, а в других вариантах осуществления, вытянутой формы, фигурной формы с лекальным сочленением элементов контура, в форме овала, многоугольника.In yet another preferred embodiment, three through-holes are provided in the partition located along the jumper corresponding to each of them. At the same time, through holes, in one embodiment of the claimed solution, can be made, preferably in the form of a circle, and in other embodiments, elongated, curly shape with a curved articulation of contour elements, in the form of an oval, polygon.

При этом, в одном из вариантов осуществления полезной модели, по периметру сквозных отверстий перегородки выполнена контурная отбортовка, в виде контурного ступенчатого выступа, которая в другом варианте осуществления, может быть выполнена фигурной и содержать два контурных ступенчатых выступа с выемкой между ними. В возможном варианте осуществления отбортовка также может быть выполнена с обеих сторон перегородки.At the same time, in one embodiment of the utility model, a contour flange is made along the perimeter of the through holes of the partition, in the form of a contour step protrusion, which in another embodiment, can be made curly and contain two contour step protrusions with a recess between them. In a possible embodiment, flanging may also be performed on both sides of the partition.

Параллельные ребра, предпочтительно, расположены друг от друга с шагом от 0,05 до 0,15 диаметра шарообразного элемента. The parallel ribs are preferably spaced from each other in increments of 0.05 to 0.15 times the diameter of the spherical element.

Согласно заявленному решению полезной модели, предпочтительно, ребра установлены на равном расстоянии, параллельно друг другу в пределах сектора и симметрично относительно перегородки, при этом, элементы в виде сопряженных под углом вдоль перемычек ребер смежных секторов расположены эквидистантно и параллельно друг другу.According to the claimed solution of the utility model, preferably, the ribs are installed at an equal distance, parallel to each other within the sector and symmetrically with respect to the partition, while elements in the form of ribs of adjacent sectors conjugated at an angle along the jumpers are located equidistantly and parallel to each other.

Согласно заявленной полезной модели, элемент наполнителя, предпочтительно, изготовлен из полимерных материалов.According to the claimed utility model, the filler element is preferably made of polymeric materials.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Полезная модель поясняется чертежами, где The utility model is illustrated by drawings, where

фиг.1 - общий вид шарообразного элемента наполнителя для тепломассообменных колонн; figure 1 is a General view of a spherical filler element for heat and mass transfer columns;

фиг.2 - вид элемента наполнителя снизу; figure 2 is a bottom view of a filler element;

фиг.3 - вид элемента наполнителя с лицевой стороны одной из симметричных полусфер; figure 3 - view of the filler element from the front side of one of the symmetrical hemispheres;

фиг.4 – сечение вдоль одной из перемычек, выполненной круглой формы;figure 4 is a section along one of the jumpers, made round;

фиг.5 – поперечное сечение со стороны размещения двух сквозных отверстий перегородки. 5 is a cross section on the side of the placement of two through holes of the partition.

Следует отметить, что прилагаемые чертежи иллюстрируют только один из наиболее предпочтительных вариантов выполнения полезной модели и поэтому не могут рассматриваться в качестве ограничений ее содержания, которое включает и другие варианты выполнения.It should be noted that the accompanying drawings illustrate only one of the most preferred embodiments of the utility model, and therefore cannot be considered as limitations of its content, which includes other embodiments.

Осуществимость полезной моделиUtility Model Feasibility

Элемент насадки выполнен шарообразной формы, из полимерных материалов. В сферической поверхности элемента образованы углубления 1, разделенные тонкими ребрами 2. Шарообразный элемент разделен на два полушария 3 сплошной круглой перегородкой 4, снабженной сквозными (проходными) отверстиями 5. В представленном примере осуществления (фиг.1, 3), полушария, конструкционно, выполнены симметричными относительно перегородки и разделены, на три равных сектора 7 перпендикулярными к перегородке и сходящимися в ее центре, перемычками 6. При этом, ребра 2 в пределах каждого сектора выполнены поперечными (размещенными перпендикулярно) по отношению к перегородке, и наклонными по отношению к смежным перемычкам, образующим границы сектора. В месте сопряжения ребер смежных секторов, вдоль перемычки, сформирован угловой элемент с гребнем 8 в вершине угла, снабженным цилиндрическим стержнем 9, перпендикулярным к поверхности перегородки. Сквозные отверстия 5 перегородки 4 расположены вдоль перемычек и, в представленном на чертежах фиг.1, 3 примере осуществления, выполнены круглыми. При этом, перемычки 6 расположены на продольной оси сквозных отверстий 5, вдоль их диаметра. The nozzle element is made of spherical shape, from polymeric materials. In the spherical surface of the element, recesses 1 are formed, separated by thin ribs 2. The spherical element is divided into two hemispheres 3 by a continuous round partition 4 provided with through (through) holes 5. In the presented embodiment (FIGS. 1, 3), the hemispheres are structurally made symmetrical with respect to the septum and divided into three equal sectors 7 perpendicular to the septum and converging in its center, by jumpers 6. Moreover, the ribs 2 within each sector are transverse (placed perp ikulyarno) in relation to the wall, and inclined with respect to the adjacent webs, forming a sector boundary. At the junction of the ribs of adjacent sectors, along the bridge, an angular element is formed with a crest 8 at the apex of the corner, equipped with a cylindrical rod 9, perpendicular to the surface of the partition. Through holes 5 of the partition 4 are located along the jumpers and, in the figures 1, 3 of the embodiment shown in the drawings, are made round. At the same time, jumpers 6 are located on the longitudinal axis of the through holes 5, along their diameter.

В представленном на фиг. 1-5 варианте осуществления, перемычки 6 выполнены фигурной формы, а именно в форме круга, где в одном полукруге выполнены прорези 10, предназначенные для размещения в них ребер, а в другой половине круга перемычка выполнена глухой. Прорези, в рассматриваемом примере осуществления заявленной полезной модели, расположены поперечно и симметрично относительно центрального участка пластины, выполненного глухим и распложенного вдоль продольной оси пластины. При этом, с каждой стороны от центрально участка выполнено несколько поперечных прорезей, по числу ребер, расположенных параллельно и равномерно в пределах полукруга. Выступы, обрамляющие пазы, формируют место под установку цилиндрических стержней, размещаемых между сопрягаемыми ребрами смежных секторов. Таким образом, широкие прорези предназначены для симметричного (относительного перегородки) размещения в полушариях, вдоль выступов - прорезей цилиндрических стержней, а в пазах - ребер смежных секторов. Вторая половина круга, выполненная глухой, образует радиальные ребра, лежащие вдоль биссектрисы угла секторов полушарий, симметрично распложенных относительно перегородки. Наличие перемычек в форме круга, с одной стороны, увеличивает жесткость конструкции, предотвращая деформацию ребер элемента наполнителя под воздействием контактируемых потоков, а с другой стороны, за счет обтекаемой формы внешнего контура препятствует капельному уносу жидкости и позволяет увеличить поверхность контакта фаз. При этом, выбор в качестве конфигурации перемычки рассмотренной выше формой не ограничивается, и в качестве перемычек могут быть использованы перемычки, например, узкой прямоугольной формы с закругленными уголками, овальной формы, высота которой будет ниже уровня сферической поверхности элемента наполнителя или равна диаметру внешней сферической поверхности. При всем возможном разнообразии используемых типоразмеров перемычек 6, обеспечивающих возможность влияния на формирование свободного объема элемента наполнителя, требование к их пластической проработке в виде сглаженного формообразования остается неизменным по изложенным выше основаниям, что позволяет достигать заявленный технический результат при разных, в заявленных пределах, формах перемычки. In the embodiment of FIG. 1-5 of the embodiment, the jumpers 6 are made in a curved shape, namely in the form of a circle, where in one semicircle there are slots 10 designed to accommodate the ribs in them, and in the other half of the circle the jumper is made blind. The slots, in the considered embodiment of the claimed utility model, are located transversely and symmetrically with respect to the central portion of the plate, which is made deaf and located along the longitudinal axis of the plate. Moreover, on each side of the central section, several transverse slots are made, according to the number of ribs located parallel and evenly within the semicircle. The protrusions framing the grooves form a place for the installation of cylindrical rods placed between the mating ribs of adjacent sectors. Thus, the wide slots are designed for symmetrical (relative septum) placement in the hemispheres, along the protrusions - the slots of cylindrical rods, and in the grooves - the edges of adjacent sectors. The second half of the circle, made deaf, forms radial ribs lying along the bisector of the angle of the sectors of the hemispheres symmetrically distributed relative to the septum. The presence of jumpers in the shape of a circle, on the one hand, increases the rigidity of the structure, preventing deformation of the ribs of the filler element under the influence of contacted flows, and on the other hand, due to the streamlined shape of the external contour, it prevents liquid droplet entrainment and allows to increase the phase contact surface. At the same time, the choice as the jumper configuration of the form considered above is not limited, and as jumpers can be used jumpers, for example, of a narrow rectangular shape with rounded corners, oval, the height of which will be lower than the level of the spherical surface of the filler element or equal to the diameter of the external spherical surface . With all the possible variety of used sizes of the jumpers 6, which provide the possibility of influencing the formation of the free volume of the filler element, the requirement for their plastic processing in the form of a smooth shaping remains unchanged for the above reasons, which allows to achieve the claimed technical result with different, within the stated limits, forms of the jumper .

Как следует из представленного на чертежах фиг. 1-5 примера осуществления заявленной полезной модели, на перемычке 6, на равном расстоянии друг от друга, закреплены тонкие ребра 2, выполненные в виде плоских тонких пластин, перпендикулярных перегородке и расположенных симметрично под углом относительно перемычки, таким образом, что в пределах сектора ребра распложены параллельно центральному радиальному ребру, размещенному вдоль биссектрисы угла сектора, а вдоль перемычек, образующих сектор, соответственно и вдоль продольной оси сквозных отверстий, симметрично размещенные ребра смежных секторов выполнены зеркально наклонными к перемычке и сопряженными друг с другом, с формированием вдоль перемычки параллельных угловых элементов. Вершины угловых элементов расположенных вдоль перемычки и снабжены тонкими цилиндрическими стержнями 10. As follows from FIG. 1-5 examples of the implementation of the claimed utility model, on the jumper 6, at an equal distance from each other, thin ribs 2 are fixed, made in the form of flat thin plates perpendicular to the partition and located symmetrically at an angle relative to the jumper, so that within the sector of the rib arranged parallel to the central radial rib located along the sector angle bisector, and symmetrically placed ribs adjacent to the jumpers forming the sector, respectively, and along the longitudinal axis of the through holes sectors were made mirror-inclined to the bridge and conjugated with each other, with the formation along the bridge of parallel angular elements. The vertices of the corner elements located along the bridge and are provided with thin cylindrical rods 10.

Параллельные ребра, предпочтительно, расположены на равном расстоянии друг от друга, с шагом от 0,05 до 0,15 диаметра шарообразного элемента. Минимальное значение шага между ребрами составляет 0,05 диаметра шарообразного элемента, а максимальное 0,15. При выполнении шага между ребрами менее 0,05 диаметра шара резко снижается эффективность массообмена за счет срыва пленки с поверхности насадки, что недопустимо, а увеличение расстояния более 0,15 диаметра шара - нецелесообразно, т.к. резко снижается эффективность массообмена за счет снижения площади контакта.The parallel ribs are preferably located at an equal distance from each other, in increments of 0.05 to 0.15 of the diameter of the spherical element. The minimum value of the step between the ribs is 0.05 of the diameter of the spherical element, and the maximum is 0.15. When the step between the ribs is less than 0.05 of the diameter of the ball, the mass transfer efficiency sharply decreases due to tearing of the film from the nozzle surface, which is unacceptable, and an increase in the distance of more than 0.15 of the diameter of the ball is impractical, because the mass transfer efficiency is sharply reduced by reducing the contact area.

Выполнение элемента наполнителя для насадочных колонн, с несколькими, в частности, тремя сквозными (проходными) отверстиями, расположенными вдоль перемычек на круглой перегородке, в сочетании с выполнением полушарий секторными, разделенными поперечными к центральной перегородке и сходящимися в ее центре, перемычками, а также выполнение ребер в виде параллельных, в пределах секторов, плоских пластин, расположенных под углом к перемычкам и зеркально относительно них в смежных секторах, с формированием гребня вдоль перемычки позволяет увеличить его свободный объем и поверхность контакта взаимодействующих фаз. Такое выполнение конструкции элемента наполнителя приводит к интенсификации процесса массообмена, а также способствует образованию в слое насадки турбулентного течения на внутренних поверхностях элемента, за счет формирования проходными отверстиями нескольких, например, трех, каналов, проходя через которые, поток газа дробится, что способствует многократному изменению направления движения газовых струй, а в случае применения проходных отверстий разных диаметров и форм, и скорости его движения. В свою очередь, пересечение потоков при переходе с одной насадки на другую создает дополнительные местные завихрения жидкостного и газового потоков, улучшая условия для межфазного перемешивания и существенно увеличивая поверхность контакта взаимодействующих фаз, что, в свою очередь, приводит к повышению эффективности массообмена и снижению гидравлического сопротивления. При этом, выполнение не одной, как в решении прототипа, а нескольких, например, трех, перемычек перпендикулярных перегородке, при этом, с возможностью выполнения данных перемычек фигурной формы, например, в форме круга, а в другом, возможном варианте осуществления, с концевыми элементами, в виде сегментов круга, увеличивает интенсификацию массообмена, за счет увеличения крестообразных пересечений поверхностей. Дополнительно, данный эффект усиливается также и за счет размещения ребер с наибольшим радиусом вдоль биссектрис углов, образованных перемычками, секторов, создающих дополнительные лопасти для интенсификации процесса массообмена.The implementation of the filler element for packed columns, with several, in particular, three through (passage) holes located along the jumpers on a round partition, in combination with the implementation of the hemispheres sector, separated by transverse to the central partition and converging in its center, jumpers, as well as ribs in the form of parallel, within sectors, flat plates located at an angle to the bridges and mirror relative to them in adjacent sectors, with the formation of a ridge along the bridge allows lichit its void volume and surface contact of the interacting phases. This embodiment of the filler element design leads to the intensification of the mass transfer process, and also contributes to the formation of a turbulent flow in the nozzle layer on the inner surfaces of the element, due to the formation of several, for example, three channels, through which the gas stream passes, through which the gas flow breaks up, which contributes to a multiple change the direction of movement of the gas jets, and in the case of the use of through holes of different diameters and shapes, and its speed. In turn, the intersection of flows during the transition from one nozzle to another creates additional local turbulence of the liquid and gas flows, improving the conditions for interfacial mixing and significantly increasing the contact surface of the interacting phases, which, in turn, leads to an increase in mass transfer efficiency and a decrease in hydraulic resistance . Moreover, the execution is not one, as in the solution of the prototype, but several, for example, three, jumpers perpendicular to the partition, while, with the ability to perform these jumpers in a curved shape, for example, in the shape of a circle, and in another, possible embodiment, with end elements, in the form of segments of a circle, increases the intensification of mass transfer, by increasing the cross-shaped intersections of surfaces. Additionally, this effect is also enhanced by placing ribs with the largest radius along the bisectors of the angles formed by the jumpers, sectors that create additional blades to intensify the mass transfer process.

Секторальное разделение полушарий элемента с размещением ребер в пределах сектора параллельно и перпендикулярно перегородке и под углом к перемычке, в сочетании с упорядоченным размещением сквозных проходных отверстий, также способствует формирования слоя, состоящего из аналогичных элементов с равномерно распределенной порозностью и насыпной плотностью, что способствует более равномерному распределению среды в слое в процесс массобмена, а также способствует обеспечению устойчивой самоориентации элементов наполнителя по направлению к контактируемым потокам при загрузке в навал, что в совокупности увеличивает пропускную способность насадки, увеличивает эффективность процесса массообмена и снижает гидравлическое сопротивление. Одновременно, стержневые элементы, равномерно распределенные по объему элемента, также как и расположение ребер под углом к перемычкам, обеспечивает турбулизацию потоков и дополнительную интенсификацию массообмена.Sectoral separation of the hemispheres of an element with the placement of ribs within the sector parallel and perpendicular to the septum and at an angle to the bridge, in combination with the ordered placement of through-holes, also contributes to the formation of a layer consisting of similar elements with uniformly distributed porosity and bulk density, which contributes to a more uniform the distribution of the medium in the layer in the process of mass transfer, and also helps to ensure stable self-orientation of the filler elements in the direction iju streams to be contacted when loaded in bulk, which together increase the throughput capacity packing that increases the mass transfer process and reduces the flow resistance. At the same time, rod elements uniformly distributed over the element volume, as well as the location of the ribs at an angle to the jumpers, provides turbulence of the flows and additional intensification of mass transfer.

При этом, согласно представленному примеру осуществления, сквозные отверстия 5 круглой перегородки 4 снабжены отбортовкой 11 в виде контурного ступенчатого выступа (наплыва), в частности, на представленном на фиг.3 примере осуществления, в форме кольцевого ступенчатого выступа фигурной формы, состоящего из сдвоенного кольцевого выступа, между кольцами которого размещена выемка 12.Moreover, according to the presented embodiment, the through holes 5 of the round partition 4 are provided with a flange 11 in the form of a contour stepped protrusion (influx), in particular, in the embodiment shown in Fig. 3, in the form of a ring stepped protrusion of a figured shape consisting of a double ring protrusion, between the rings of which a recess 12 is placed.

Выполнение стержней цилиндрической формы, в несколько, равномерно распределенных, рядов по объему каждой полусферы, в сочетании с отбортовкой сквозных (проходных отверстий), приводит к снижению риска образования центров каплеобразования за счет исключения кромочных эффектов на пути стекания жидкостного потока сверху вниз, обеспечивая непрерывную поверхность пленки на поверхности элементов наполнителя насадки, одновременно повышая эффективность массообменаThe implementation of cylindrical rods in several, evenly distributed, rows along the volume of each hemisphere, in combination with flanging of through (through holes), reduces the risk of formation of drop formation centers by eliminating edge effects on the way the liquid flows down from top to bottom, providing a continuous surface films on the surface of the filling elements of the nozzle, while increasing the efficiency of mass transfer

Элемент наполнителя может быть изготовлен по технологии формования под давлением (термопластавтомат) из пластмассы стойкой к агрессивной среде, например, полипропилена, полиэтилена, полистирола, полихлорвинила, с обеспечением возможности эксплуатации в диапазоне рабочих температур между 20°С и 80°С ( в особых случаях до 120°С), обеспечивающим сохранение физико-химических свойств материала в процессе эксплуатации. Выполнение шарообразного элемента из пластмассы стойкой к агрессивной среде позволяет увеличить срок его службы.The filler element can be made using injection molding technology (injection molding) of plastic resistant to aggressive media, such as polypropylene, polyethylene, polystyrene, polyvinyl chloride, with the possibility of operation in the operating temperature range between 20 ° C and 80 ° C (in special cases up to 120 ° C), ensuring the preservation of the physico-chemical properties of the material during operation. The implementation of the spherical element made of plastic resistant to aggressive environments allows you to increase its service life.

Элемент наполнителя для тепломассообменных колонн работает следующим образом.The filler element for heat and mass transfer columns is as follows.

При загрузке колонны шаровидными элементами, они, за счет самоориентации элемента, вследствие структурной организации полушарий, разделенных секторально, взаимно перпендикулярными перегородкой и перемычками с ребрами, где перемычки и центральные ребра (вдоль биссектрисы угла сектора) выполнены сходящимися к центру перегородки и смещены относительно друг друга на половину угла сектора, при свободном падении ориентируются с равномерным расположением элементов в слое, с горизонтальным расположением перегородки, в том числе и за счет расположения стержней 10 и отбортовки 11 вдоль продольной оси сквозных отверстий 5. При этом, в частности, за счет разделения полушарий на равные сектора и равномерное распределения по объему полушария перемычек, снабженных стержневыми элементами в углах сопряжения ребер смежных секторов, данный процесс становится устойчивым с высокой степенью повторяемости результата. When loading the column with spherical elements, they, due to the self-orientation of the element, due to the structural organization of the hemispheres separated by a sectoral, mutually perpendicular septum and bridges with ribs, where the bridges and central ribs (along the bisector of the angle of the sector) are made converging to the center of the septum and are displaced relative to each other at half the angle of the sector, with free fall they are oriented with a uniform arrangement of elements in the layer, with a horizontal location of the partition, including due to the positioning of the rods 10 and the flanging 11 along the longitudinal axis of the through holes 5. In this case, in particular, due to the separation of the hemispheres into equal sectors and the uniform distribution of the jumpers equipped with rod elements at the angles of conjugation of the edges of adjacent sectors, the process becomes stable with high degree of repeatability of the result.

После заполнения аппарата наполнителем и подачи в него сверху жидкости, вода при движении сверху вниз через шаровидные элементы, интенсивно разбрызгивается и перераспределяется по диаметру aппарата, образуя на поверхности элементов пленку жидкости благодаря отсутствию центров каплеобразования. Поступающий снизу вверх газ при движении по колонному аппарату проходит сквозь элементы наполнителя и контактирует на поверхности элементов с жидкостью, которая распределена по сечению аппарата и стекает по поверхности шаровидных элементов в виде пленки. Жидкость накапливаемая в промежутках между ребрами в углублениях перетекает на нижние элементы, таким образом обеспечивая перетекание пленки жидкости с одного элемента на другой, сохраняя непрерывность жидкостной пленки, при этом происходит обновление поверхности контакта фаз. Заявленная конструкция шарообразного элемента за счет формообразования элемента и снижения риска каплеобразования исключает образование застойных областей контактных зон, повышает равномерность распределения потоков, снижая гидравлическое сопротивление. After filling the apparatus with a filler and supplying liquid from above, water, when moving from top to bottom through spherical elements, is intensively sprayed and redistributed along the diameter of the apparatus, forming a liquid film on the surface of the elements due to the absence of drop formation centers. The gas coming from the bottom up when moving along the column apparatus passes through the filler elements and contacts on the surface of the elements with a liquid that is distributed over the cross section of the apparatus and flows down on the surface of the spherical elements in the form of a film. The liquid accumulated in the spaces between the ribs in the recesses flows to the lower elements, thereby ensuring the fluid film flows from one element to another, while maintaining the continuity of the liquid film, while the contact surface of the phases is updated. The claimed design of the spherical element due to the shaping of the element and reduce the risk of droplet formation eliminates the formation of stagnant areas of contact zones, increases the uniformity of flow distribution, reducing hydraulic resistance.

Между проходными отверстиями круглых перегородок элементов наполнителя образуются каналы, проходя через которые поток газа дробится на большое число струй. При этом также обеспечивается многократное изменение направления движения газовых струй, а в случае использования наполнителей с переменным радиусом и формой проходных отверстий, и скорости его движения. Перемычки предотвращают избыточную деформацию ребер, поддерживая стабильность сферической формы внешней поверхности.Between the through holes of the round partitions of the filler elements, channels are formed, passing through which the gas stream is crushed into a large number of jets. At the same time, a multiple change in the direction of movement of the gas jets is provided, and in the case of fillers with a variable radius and shape of the through holes, and its speed. Jumpers prevent excessive deformation of the ribs, maintaining the stability of the spherical shape of the outer surface.

Увеличенная за счет параллельно-наклонных к перемычкам ребер 2 удельная поверхность насадки, оптимальное расположение элементов при их загрузке в колонну способствует более интенсивному массообмену за счет постоянного обновления межфазной поверхности.The specific surface of the nozzle, which is increased due to the parallel parallel-inclined ribs 2 to the bridges, and the optimal arrangement of the elements when they are loaded into the column, contribute to more intensive mass transfer due to the constant updating of the interphase surface.

Таким образом, заявляемая конструкция элемента наполнителя тепломассообменных колонн позволяет увеличить эффективную поверхность массообмена элемента наполнителя за счет пленочного течения жидкости по поверхности элемента, снизить гидравлическое сопротивление, повышая интенсивность массообмена и производительность массообменных аппаратов. Это позволяет достичь высокой скорости движения газовой фазы без излишнего захвата жидкости парами (газами), смачивания поверхность насадки и равномерного распределения жидкости по всему объему тепломассообменного аппарата. Форма насадки способствует перетеканию пленки с одних элементов на другие, что приводит к частому обновлению межфазной поверхности, предотвращает каплеобразование и капельный унос жидкости паровым (газовым) потоком, значительно интенсифицируя, тем самым, тепломассообмен между паровой (газовой) и жидкой фазами.Thus, the claimed design of the filler element of the heat and mass transfer columns allows you to increase the effective mass transfer surface of the filler element due to the film flow of liquid along the surface of the element, reduce hydraulic resistance, increasing the mass transfer rate and the performance of the mass transfer apparatus. This allows you to achieve a high velocity of the gas phase without undue capture of the liquid by vapors (gases), wetting the surface of the nozzle and even distribution of the liquid throughout the volume of the heat and mass transfer apparatus. The shape of the nozzle facilitates the flow of the film from one element to another, which leads to frequent updating of the interfacial surface, prevents droplet formation and droplet entrainment of the liquid by the vapor (gas) stream, thereby significantly intensifying heat and mass transfer between the vapor (gas) and liquid phases.

Claims

1. A filler element for heat and mass transfer columns, made of a spherical shape, containing a central partition in the form of a circle with through holes, dividing the element into two symmetrical hemispheres, connected to parallel thin thin ribs of variable width symmetrically on each side, characterized in that the hemispheres divided into equal sectors transverse to the central partition and the bridges converging in its center, and the ribs are made in the form of flat plates perpendicular to the partition and symmetrically located relatively to it, and also parallel to each other, within sectors, inclined to the bridges and mirrored relative to them in adjacent sectors, with the formation of a ridge along the bridge at the junction of the edges of adjacent sectors, and the formation of radial ribs converging to the center lying along the bisectors the angles of the sectors between adjacent jumpers, while in the partition through holes are made located along the jumpers.

2. The element according to claim 1, characterized in that the hemispheres are divided by jumpers into three equal sectors.

3. The element according to claim 1, characterized in that at the vertices of the mating ribs of adjacent sectors placed rod elements.

4. The element according to claim 1, characterized in that the jumpers on the side of the free end conjugated with the smallest angular element in the row along them in the form of ribs of adjacent sectors conjugated at an angle are made in the form of a circle segment.

5. The filler element according to claim 1, characterized in that the jumpers are made in the form of a narrow rectangular plate with rounded corners.

6. The element according to claim 1, characterized in that the jumpers are made in the form of thin, curved plates in the form of a circle transverse with respect to the central partition, one of the halves of which is provided with wide slots symmetrical with respect to the longitudinal axis for a symmetrical, relative partition, placed in hemispheres, cylindrical rods along the protrusions and ribs of adjacent sectors in the grooves, while the second half of the circle of the plate is blind and forms radial ribs lying along the bisector of the angle of the sectors of the hemispheres, symmet spaced apart relative to the septum.

7. The element according to claim 2, characterized in that in the partition there are three holes located along the jumpers corresponding to each of them.

8. The element according to claim 7, characterized in that the holes are made in the form of a circle.

9. The element according to claim 7, characterized in that the holes are elongated.

10. The element according to p. 7, characterized in that the holes are made in a curved shape with a curve articulation of the contour elements.

11. The element according to p. 7, characterized in that the holes are made in the form of an oval.

12. The element according to claim 7, characterized in that the holes are made in the form of a polygon.

13. The element according to claim 1, characterized in that the parallel ribs are located one from another at a distance from 0.05 to 0.15 of the diameter of the spherical element.

14. The element according to claim 1, characterized in that along the perimeter of the through holes of the partition is made contour flanging, in the form of a contour step ledge.

15. The element according to p. 15, characterized in that the flanging is made curly and contains two contour step ledges with a recess between them.

16. The element according to clause 16, wherein the flanging is made on both sides of the partition.

17. The element according to any one of claims 1 to 16, characterized in that it is made of polymeric materials.

18. The element according to claim 17, characterized in that the elements in the form of ribs of adjacent sectors conjugated at an angle along the bridges along the bridges are located equidistantly and parallel to each other.