RU196444U1

RU196444U1 - Насадка для тепло- и массообменных процессов

Info

Publication number: RU196444U1
Application number: RU2020101476U
Authority: RU
Inventors: Александр Борисович Голованчиков; Наталья Андреевна Прохоренко; Ксения Васильевна Чёрикова; Наталия Валентиновна Шибитова; Ольга Александровна Залипаева; Роман Саргисович Кочарян
Priority date: 2020-01-16
Filing date: 2020-01-16
Publication date: 2020-02-28

Abstract

Предлагаемое техническое решение относится к насадкам, применяемых в колонных аппаратах, прежде всего для проведения тепло- и массообменных процессов ректификации и может найти применение в химической, нефтехимической, энергетической, металлургической, пищевой, фармакологической и других отраслях промышленности, а также в экологических процессах разделения нефтешламов, отработанных растворов углеводородов, растворителей и других веществ для их разделения и очистки на молекулярном уровне.Техническим результатом предлагаемой конструкции насадки для тепло- и массообменных процессов ректификации является увеличение производительности.Технический результат достигается тем, что насадка для тепло- и массообменных процессов выполнена в виде расположенных одно внутри другого и соединенных посредством двух пружин тел вращения, имеющих форму цилиндрических поверхностей, выполненных из одного и того же материала с эффектом памяти, внутреннее тело вращения расположено на расстоянии от наружного тела вращения, выполненного в виде колец Рашига, и уложенных упорядоченно в ряды, при этом отношение наружного диаметра внутреннего тела вращения к внутреннему диаметру наружного кольца равно 0,7, а внутреннее тело вращения выполнено равномерно перфорированным, и соединено с наружным кольцом на верхнем торце, а отношение высоты внутреннего тела вращения к высоте наружного кольца в горячем рабочем состоянии лежит в пределах:,где h и H – соответственно высоты внутреннего тела вращения и наружного кольца, м, причем внутреннее тело вращения состоит из перфорированной цилиндрической части с лепестками, отогнутыми внутрь.

Description

Предлагаемое техническое решение относится к насадкам, применяемых в колонных аппаратах, прежде всего для проведения тепло- и массообменных процессов ректификации и может найти применение в химической, нефтехимической, энергетической, металлургической, пищевой, фармакологической и других отраслях промышленности, а также в экологических процессах разделения нефтешламов, отработанных растворов углеводородов, растворителей и других веществ для их разделения и очистки на молекулярном уровне.

Известна насадка для тепло- и массообменных процессов, выполненная в виде расположенных одно внутри другого и соединенных тел вращения, имеющих форму цилиндрических поверхностей, и внутреннее тело вращения расположено на расстоянии от наружного тела вращения, при этом тела вращения выполнены в виде колец Рашига и соединены на торцовых частях посредством не менее двух пружин, а отношение наружного диаметра внутреннего кольца равно 0,7, а отношение их высот лежит в пределах:

где h и H – соответственно высоты внутреннего и наружного колец (Описание полезной модели к патенту РФ №148733, В01J 19/00, 2014 г.).

К недостаткам этой конструкции относится постоянство поверхности обоих тел вращения, выполненных в виде колец Рашига, что не позволяет регулировать поверхности тепло- и массопередачи между паром и жидкостью и не позволяет получать постоянно высокую концентрацию легколетучего компонента в паре на выходе из колонны, а значит снижает производительность по этому компоненту и всей конструкции в целом.

Известна насадка для тепло- и массообменных процессов, выполненная в виде расположенных одно внутри другого и соединенных посредством двух пружин тел вращения, имеющих форму цилиндрических поверхностей, и внутреннее тело вращения расположено на расстоянии от наружного тела вращения, выполненного в виде колец Рашига и уложенных упорядоченно в ряды, при этом отношение наружного диаметра внутреннего тела вращения к внутреннему диаметру наружного кольца равно 0,7, а отношение их высот лежит в пределах:

где h и H – соответственно высоты внутреннего и наружного кольца, причем внутреннее тело вращения выполнено равномерно перфорированным с положительной плавучестью в рабочей жидкости соединено с наружным кольцом на нижнем кольце. (Описание полезной модели к патенту РФ №162267, В01J 19/30, 2016 г.).

Недостатком данной насадки для тепло- и массообменных процессов относится постоянная величина поверхностей кольца Рашига и внутреннего тела вращения, что в процессе ректификации не позволяет изменять величину этих поверхностей при изменении температуры пара жидкости. Это ухудшает скорость тепло- и массообменных процессов и снижает концентрацию легколетучего компонента в паре на выходе из колонны, а значит уменьшает производительность по этому компоненту.

Известна насадка для тепло- и массообменных процессов, выполненная в виде расположенных одно внутри другого и соединенных посредством двух пружин тел вращения, имеющих форму цилиндрических поверхностей, внутреннее тело вращения расположено на расстоянии от наружного тела вращения, выполненного в виде колец Рашига и уложенных упорядоченно в ряды, при этом отношение наружного диаметра внутреннего тела вращения к внутреннему диаметру наружного кольца равно 0,7, а внутреннее тело вращения выполнено равномерно перфорированным, отличающееся тем, что внутреннее тело вращения выполнено из материала, обладающего эффектом памяти, и соединено с наружным кольцом на верхнем торце, а отношение высоты внутреннего тела вращения к высоте наружного кольца лежит в пределах:

где h и H – соответственно высоты внутреннего тела вращения и наружного кольца, м(Описание полезной модели к патенту РФ №174152, ВО1J 19/30, 2017 г.).

Недостатком данной насадки для тепло- и массообменных процессов являетсянедостаточная поверхность контакта фаз, из-за чего уменьшается производительность самой конструкции.

Известна насадка «Каскад-мини-ринг», представляющая собой кольцевую насадку уменьшенной высоты с перфорированной цилиндрической частью и лепестками, отогнутыми внутрь (Оборудование нефтегазопереработки, химических и нефтехимических производств: учебник для вузов.Книга 2 / А.С. Тимонин и др. / под общей редакцией А.С. Тимонина – М.: Инфа-Инженерия, 2019. -476 с.)).

Недостатком данной конструкции насадки является сложность проведения процесса регенерации. Необходимо делать остановки оборудования на ремонт и производить очистку контактных устройств, что уменьшает производительность.

Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявленному объекту и принятому за прототип являетсянасадка для тепло- и массообменных процессов, выполнена в виде расположенных одно внутри другого и соединенных посредством двух пружин тел вращения, имеющих форму цилиндрических поверхностей, внутреннее тело вращения расположено на расстоянии от наружного тела вращения, выполненного в виде колец Рашига, и уложенных упорядоченно в ряды, при этом отношение наружного диаметра внутреннего тела вращения к внутреннему диаметру наружного кольца равно 0,7, а внутреннее тело вращения выполнено равномерно перфорированным из материала, обладающего эффектом памяти, и соединено с наружным кольцом на верхнем торце, отличающее тем, что наружное кольцо выполнено из того же материала, обладающего эффектом памяти, что и внутренне тело вращения, а отношение высоты внутреннего тела вращения к высоте наружного кольца в горячем рабочем состоянии лежит в пределах:

,

где h и H – соответственно высоты внутреннего тела вращения и наружного кольца, м(Описание полезной модели к патенту РФ № 189422, B01J19/30, 2019.).

Недостатком данной насадки для тепло- и массообменных процессов являетсянедостаточная поверхность контакта фаз для проведения тепло- и массообменного процесса, что приводит к уменьшению производительности самой конструкции.

Техническим результатом предлагаемой конструкции насадки для тепло- и массообменных процессов ректификации является увеличение производительности.

Технический результат достигается тем, что насадка для тепло- и массообменных процессов выполнена в виде расположенных одно внутри другого и соединенных посредством двух пружин тел вращения, имеющих форму цилиндрических поверхностей, выполненных из одного и того же материала с эффектом памяти, внутреннее тело вращения расположено на расстоянии от наружного тела вращения, выполненного в виде колец Рашига, и уложенных упорядоченно в ряды, при этом отношение наружного диаметра внутреннего тела вращения к внутреннему диаметру наружного кольца равно 0,7, а внутреннее тело вращения выполнено равномерно перфорированным, и соединено с наружным кольцом на верхнем торце, а отношение высоты внутреннего тела вращения к высоте наружного кольца в горячем рабочем состоянии лежит в пределах:

,

где h и H – соответственно высоты внутреннего тела вращения и наружного кольца, м, причем внутреннее тело вращения состоит из перфорированной цилиндрической части с лепестками, отогнутыми внутрь.

Выполнение внутреннего тела вращения из перфорированной цилиндрической части с лепестками, отогнутыми внутрь, позволяет увеличить поверхность контакта фаз, что приведет к увеличению массопереносаи, как следствие, увеличивать производительность.

Использование для изготовления наружного кольца и внутреннего тела вращения с лепесткамиодного и того же материала, обладающего эффектом памяти, позволяет значительно упростить и ускорить процессы очистки и удаления термических тепло- и массопередающих поверхностей наружного кольца и внутреннего тела вращения с лепестками, что будет способствовать увеличению производительности.

При остановке работы колонны температура наружных колец и внутреннего тела вращения с лепестками уменьшается, их высоты H и h также уменьшаются до величины, соответствующей их размерам в холодном состоянии. При таких предельных изменениях размеров термические отложения (солевой камень, сажа и др.) растрескиваются, разламываются и легко смываются водой или раствором или сдуваются сжатым воздухом. Это уменьшает время подготовки колонны с насадкой к новому циклу работы, а значит увеличивает основное врем её работы и производительность.

На фиг.1 в разрезе изображено кольцаРашига с внутренним телом вращенияи лепестками отогнутыми внутрь, выполненные из одного и того же материала, обладающего эффектом памяти в разрезе, на фиг. 2 показан вид сверху кольца Рашига с внутренним телом вращения и лепестками, на фиг. 3 показан вид сверхувнутреннего тела вращения и лепестками при рабочей температуре, на фиг. 4 показан вид сверхувнутреннего тела вращения и лепестками при температуре 20°С (охлаждённое состояние).

Насадка для тепло- и массообменных процессов состоит из наружного кольца Рашига1 с внутренним диаметром D и высотой H и внутреннего тела вращения 2 с внешним диаметром d и высотой h,и лепестками 3, отогнутыми внутрь. Отношение внешнего диаметра d внутреннего тела вращения 2 к внутреннему диаметру D наружного кольца Рашига1 равно 0,7, а отношение их высот в нагретом горячем рабочем состоянии подчиняется условию (1). Наружное кольцаРашига1и внутреннее тело вращения 2 с лепестками 3 выполнены из одного и того же материала, обладающего эффектом памяти формы. Верхние торцы наружного кольца Рашига1 и внутреннего тела вращения 2 с лепестками 3 соединены между собой двумя пружинами 4. Наружные кольца Рашига1 упорядоченно установлены на опорных решетках внутри колонны, а внутри каждого наружного кольца Рашига1 установлены внутренние тела вращения 2, при этом внутренние тела вращения 2 равномерно перфорированы лепестками 3, отогнутыми внутрь.

Торцы наружных колец Рашига1 не взаимодействуют с торцами внутренних тел вращения 2, и последние могут свободно колебаться на пружинах 4 внутри наружных колец 1.

Насадка для тепло- и массообменных процессов работает следующим образом. Крупные наружные кольца Рашига1 укладываются правильными рядами со сдвигом верхних рядов относительно нижних, внутри каждого наружного кольца Рашига1, заранее установлено внутреннее тело вращения 2 с лепестками 3 отогнутыми внутрь, соединенное с наружным кольцом Рашига1 на верхнем торце посредством двух пружин 4 (фиг. 2).Сверху насадка орошается жидкостью, а снизу подается газ(пар). Под действием потока газа каждое внутреннее тело вращения 2 с лепестками 3 совершает колебания, которые передаются всплывающими пузырьками газа. Это обстоятельство приводит к интенсификации тепло- и массообмена на границе раздела фаз газа и жидкости и к увеличению производительности тепло- и массообменных процессов в целом. Под действием тепла наружного кольца Рашига1 вместе с внутренним телом вращения 2 и лепестками 3, выполненные из одного материала, обладающего эффектом памяти, начинает увеличивать свою длину и лепестки 3 будут отгибаться, приходя в положение показанном на фиг.4, что приводит к увеличению поверхности тепло- массопередачи. После завершения процесса происходит уменьшение температуры внутри массообменного аппарата, из-за чего наружное кольцаРашига1 вместе с внутренним телом вращения 2 и лепестками 3, выполненные из одного материала, обладающего эффектом памяти, начинает уменьшать свою длину и лепестки 3 будут отгибаться, приходя в положение показанном на фиг.3.

Таким образом, изготовление наружного кольца Рашига1 вместе с внутренним телом вращения 2и лепестками 3, отогнутыми внутрь, из материала, обладающего эффектом памяти приводит к увеличению поверхности тепло- массопередачи предлагаемой конструкции насадки. Выполнение наружного кольца Рашига1и внутреннего тела вращения 2 с лепестками 3 из материала, обладающего эффектом памяти позволяет значительно упростить и ускорить процесс удаления термических отложений: сажи, накипи, солевого камня и других продуктов термической деструкции. Так как при охлаждении и изменении их высоты за счет эффекта памяти эти термические отложения охрупчиваютсяи разламываются и в дальнейшем их остатки несложно удалить струями промывной жидкости или продувкой сжатым воздухом. Это уменьшает время очистки и увеличивает время основной работы, а значит и производительность.

Claims

Насадка для тепло- и массообменных процессов, выполненная в виде расположенных одно внутри другого и соединенных посредством двух пружин тел вращения, имеющих форму цилиндрических поверхностей, выполненных из одного и того же материала с эффектом памяти, внутреннее тело вращения расположено на расстоянии от наружного тела вращения, выполненного в виде колец Рашига, и уложенных упорядоченно в ряды, при этом отношение наружного диаметра внутреннего тела вращения к внутреннему диаметру наружного кольца равно 0,7, а внутреннее тело вращения выполнено равномерно перфорированным, и соединено с наружным кольцом на верхнем торце, а отношение высоты внутреннего тела вращения к высоте наружного кольца в горячем рабочем состоянии лежит в пределах:
,
где h и H – соответственно высоты внутреннего тела вращения и наружного кольца, м,
отличающая тем, что внутреннее тело вращения состоит из перфорированной цилиндрической части с лепестками, отогнутыми внутрь.