RU200832U1

RU200832U1 - Динамическая насадка для тепло- и массообменных процессов

Info

Publication number: RU200832U1
Application number: RU2020119891U
Authority: RU
Inventors: Николай Анатольевич Меренцов; Александр Борисович Голованчиков; Александр Владимирович Персидский; Михаил Владимирович Топилин; Виталий Николаевич Лебедев
Priority date: 2020-06-16
Filing date: 2020-06-16
Publication date: 2020-11-12

Abstract

Полезная модель относится к насадкам, применяемых в колонных аппаратах, прежде всего для проведения тепло- и массообменных процессов абсорбции, экстракции, 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. Динамическая насадка для тепло- и массообменных процессов выполнена в виде кольца, внутри которого с возможностью свободного вращения на оси установлена пропеллерная мешалка. Причем ось пропеллерной вешалки закреплена в нижнем витке конической пружины переменной жесткости, верхний виток которой соединен с кольцом на его верхнем торце. Техническим результатом является увеличение производительности массообменных аппаратов. 2 ил.

Description

Предлагаемое техническое решение относится к насадкам, применяемых в колонных аппаратах, прежде всего для проведения тепло- и массообменных процессов абсорбции, экстракции, 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 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.).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточная интенсивность тепло- и массообменных процессов и относительно невысокая производительность, связанные с узким динамическим диапазоном колебаний внутреннего тела (турбулизатора) и необходимость пространственной ориентации насадочных элементов, а также сложность изготовления из-за соединения внешнего и внутреннего тел вращения друг с другом посредством нескольких пружин.

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 относится недостаточная интенсивность тепло- и массообменных процессов и относительно невысокая производительность, связанные с узким резонансным диапазоном колебаний внутреннего тела (турбулизатора),а также необходимость упорядоченной пространственной ориентации насадочных элементов, а также сложность изготовления из-за соединения внешнего и внутреннего тел вращения друг с другом посредством нескольких пружин.

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 к внутреннему диаметру наружного 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 причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится малая эффективность массообменных процессов и относительно невысокая производительность, связанные с узким резонансным диапазоном колебаний внутреннего тела (турбулизатора) и необходимость пространственной ориентации насадочных элементов, а также сложность изготовления из-за соединения внешнего и внутреннего тел вращения друг с другом посредством нескольких пружин.

Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявленному объекту и принятому за прототип является подвижная насадка в виде колец, выполненных из упругих материалов, внутри каждого кольца насадки установлена распорка, так, что длина распорки и внутреннего диаметра кольца насадки определяется отношением:

где L и d - соответственно длина распорки и внутреннего диаметра кольца насадки, причем каждая распорка выполнена в виде оси, жестко закрепленной внутри кольца насадки на середине его высоты, а на каждой оси с возможностью свободного вращения установлена пропеллерная мешалка (Описание полезной модели к патенту РФ №135532, В01D53/18, 2013 г.).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится малая эффективность массообменных процессов и относительно невысокая производительность, связанные с отсутствием возможности проявлять динамические свойства насадочных элементов в условиях развитых гидродинамических режимов по жидкости (абсорбенту или продуктам экстракции) и при относительно малых скоростях потока сплошной фазы (потока газа или жидкости) проходящей через каналы насадочных элементов, что в целом снижает производительность.

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

Технический результат достигается тем, что динамическая насадка для тепло- и массообменных процессов, выполненная в виде кольца, внутри которого с возможностью свободного вращения на оси установлена пропеллерная мешалка, причем ось пропеллерной вешалки закреплена в нижнем витке конической пружины переменной жесткости, верхний виток которой соединен с кольцом на его верхнем торце.

Соединение кольца и оси пропеллерной мешалки посредством конической пружины переменной жесткости таким образом, что ось пропеллерной вешалки закреплена в нижнем витке конической пружины переменной жесткости, верхний виток которой соединен с кольцом на его верхнем торце, позволит использовать энергию потоков газа (пара) (в случае процессов абсорбции, ректификации, мокрой очистки газов) и жидкости (пульсационная жидкостная экстракция) для придания дополнительного турбулизирующего эффекта и возбуждения резонансных колебаний пропеллерной мешалки в широком диапазоне скоростей газовой (паровой) и жидкой фаз, что приведет к существенной интенсификации тепломассообменных процессов и повышению производительности массообменных аппаратов, кроме того, такая конструктивная компоновка насадочного элемента делает тепло- и массообменную насадку очень технологичной и простой в изготовлении, не предъявляющей строгих требований для пространственной ориентации и укладки в упорядоченные ряды.

На фиг. 1 и фиг. 2 изображен общий вид возможных исполнений заявляемой динамической насадки для тепло- и массообменных процессов.

Динамическая насадка для тепло- и массообменных процессов выполнена в виде кольца 1, внутри которого с возможностью свободного вращения на оси 2 установлена пропеллерная мешалка 3, причем ось 2 пропеллерной вешалки 3 закреплена в нижнем витке конической пружины 4 переменной жесткости, верхний виток которой соединен с кольцом 1 на его верхнем торце.

Динамическая насадка для тепло- и массообменных процессов работает следующим образом.

Тепло- и массообменные насадочные элементы, состоящие из Тепло- и массообменные насадочные элементы, состоящие из колец 1, на верхних торцах которых закреплены верхние витки конических пружин 4 переменной жесткости, в нижних витках которых установлены с возможностью вращения оси 2 пропеллерных мешалок 3, засыпаются в колонну внавал или укладываться в упорядоченные ряды.

Газовый поток в интенсивном (развитом турбулентном) фильтрационном режиме движется через слой пространственно ориентированных или загруженных внавал динамических насадочных элементов. Навстречу ему по сформированным насадочными элементами каналам движется жидкофазный продукт массообмена. Газ выполняет турбулизирующую функцию и тормозит поток жидкости, вступая в активное взаимное перемешивание с жидкостью, тем самым диспергируя поток жидкости, омывая и обновляя поверхность контакта фаз. Также газовый поток приводит в движение пропеллерные мешалки 3, имеющие возможность свободного вращения, оси 2 которых закреплены в нижнем витке конических пружин 4 переменной жесткости, способных проявлять резонансные свойства в широких диапазонах скоростей газового потока. Пропеллерные мешалки 3 динамической насадки для тепло- и массообменных процессов начинают вращаться, возбуждая и поддерживая колебания конических пружин 4 переменной жесткости. При этом все внутренние подвижные элементы также орошаются жидкостью (абсорбентом), развивая подвижные поверхности контакта, а газовый поток омывает поверхности насадочных элементов, обеспечивая требуемые показатели удерживающей способности по газу и степень очистки газа по извлекаемым компонентам.

Таким образом, соединение кольца и оси пропеллерной мешалки посредством конической пружины переменной жесткости таким образом, что ось пропеллерной вешалки закреплена в нижнем витке конической пружины переменной жесткости, верхний виток которой соединен с кольцом на его верхнем торце, приводит использовать энергию потоков газа (пара) (в случае процессов абсорбции, ректификации, мокрой очистки газов) и жидкости (пульсационная жидкостная экстракция) для придания дополнительного турбулизирующего эффекта и возбуждения резонансных колебаний пропеллерной мешалки в широком диапазоне скоростей газовой (паровой) и жидкой фаз, что приведет к существенной интенсификации тепломассообменных процессов и повышению производительности массообменных аппаратов. Кроме того, разработанные насадочные элементы не предъявляют строгих требований к характеру укладки и пространственной ориентации, проявляя турбулизирующий эффект в любых положениях, что существенно упрощает пуско-наладочные операции и ревизионное обслуживание технологического оборудования в процессе эксплуатации.

Claims

Динамическая насадка для тепло- и массообменных процессов, выполненная в виде кольца, внутри которого с возможностью свободного вращения на оси установлена пропеллерная мешалка, отличающаяся тем, что ось пропеллерной мешалки закреплена в нижнем витке конической пружины переменной жесткости, верхний виток которой соединен с кольцом на его верхнем торце.