RU200833U1 - Динамическая насадка для тепло- и массообменных процессов - Google Patents

Abstract

Предлагаемое техническое решение относится к насадкам, применяемым 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.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, при этом кольцо, пропеллерная мешалка с осью и коническая пружина переменной жесткости выполнены из полимерных материалов.

Description

Предлагаемое техническое решение относится к насадкам, применяемым 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, при этом кольцо, пропеллерная мешалка с осью и коническая пружина переменной жесткости выполнены из полимерных материалов.

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.

Выполнение кольца, пропеллерной мешалки с осью и конической пружины переменной жесткости из полимерных материалов придает насадочным элементам большую химическую стойкость и удельную прочность (чем у металлических материалов пружин и наружных тел), что особенно актуально при очистке газовых выбросов и продуктов массообменных процессов от сернистых соединений и паров кислот в химической, нефтехимической, нефтегазоперерабатывающей и других отраслях промышленности. Кислотостойкость и устойчивость к сернистым соединениям обеспечит сохранность поверхностных свойств динамических насадочных элементов, позволит проявлять устойчивые динамические свойства в процессе эксплуатации массообменного оборудования, обеспечит стабильное протекание тепло- и массообменных процессов и устойчивость оптимальных гидродинамических режимов работы массообменных насадочных колонн, что в свою очередь обеспечит высокие показатели улавливания извлекаемых компонентов из газофазных выбросов (на примере процесса абсорбции) и повысит производительность массообменных аппаратов.

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.

Кольцо 1, пропеллерная мешалка 3 с осью 2 и коническая пружина 4 переменной жесткости выполнены из полимерных материалов.

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

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. Выполнение кольца 1, пропеллерной мешалки 3 с осью 2 и конической пружины 4 переменной жесткости из полимерных материалов придает насадочным элементам большую химическую стойкость и удельную прочность (чем у металлических материалов пружин и наружных тел), что особенно актуально при очистке газовых выбросов от сернистых соединений и паров кислот в процессах абсорбции химической, нефтехимической, нефтегазоперерабатывающей и других отраслях промышленности. То есть выполнение насадочных элементов из полимерных материалов позволяет существенно расширить спектр применения динамических насадочных элементов и продлить срок службы и ревизионного обслуживания в самых неблагоприятных с точки зрения химических агрессивных воздействий условиях осуществления массообменных процессов. Кислотостойкость и устойчивость к сернистым соединениям обеспечит сохранность поверхностных свойств динамических насадочных элементов, позволит проявлять интенсифицирующие динамические свойства в процессе всего срока эксплуатации массообменного оборудования, обеспечит стабильное протекание тепло- и массообменных процессов и устойчивость оптимальных гидродинамических режимов работы массообменных насадочных колонн, что в свою очередь обеспечит высокие показатели улавливания извлекаемых компонентов из газовых выбросов (на примере процесса абсорбции) и повысит производительность массообменных аппаратов.

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, и выполнение кольца, пропеллерной мешалки с осью и конической пружины переменной жесткости из полимерных материалов 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 (1)

1. 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, при этом кольцо, пропеллерная мешалка с осью и коническая пружина переменной жесткости выполнены из полимерных материалов.

Images