RU200837U1

RU200837U1 - Dynamic packing for heat and mass transfer processes

Info

Publication number: RU200837U1
Application number: RU2020119859U
Authority: RU
Inventors: Николай Анатольевич Меренцов; Александр Борисович Голованчиков; Александр Владимирович Персидский; Виталий Николаевич Лебедев; Михаил Владимирович Топилин
Priority date: 2020-06-16
Filing date: 2020-06-16
Publication date: 2020-11-12

Abstract

Предлагаемое техническое решение относится к насадкам, применяемым в колонных аппаратах, прежде всего для проведения тепло- и массообменных процессов, и может найти применение в химической, нефтехимической, энергетической, металлургической, пищевой, фармакологической и других отраслях промышленности.Техническим результатом является увеличение производительности массообменных аппаратов.Технический результат достигается тем, что динамическая насадка для тепло- и массообменных процессов, выполненная в виде расположенных одно внутри другого и соединенных тел вращения, имеющих форму цилиндрических поверхностей, внутреннее тело вращения, состоящее из перфорированной цилиндрической части с отогнутыми внутрь лепестками, расположено на расстоянии от наружного тела вращения, выполненного в виде кольца Рашига, при этом отношение наружного диаметра внутреннего тела к внутреннему диаметру наружного тела равно 0,7, причем внутреннее тело вращения, отогнутые лепестки которого расположены под углом к его образующей, и наружное тело вращения выполнены из полимерного материала и соединены между собой посредством выполненной также из полимерного материала конической пружины переменной жесткости, при этом внутреннее тело нижним торцом соединено с нижним наименьшим витком пружины, а верхний виток пружины переменной жесткости соединен с наружным телом на его верхнем торце.The proposed technical solution refers to packing used in column apparatus, primarily for heat and mass transfer processes, and can be used in chemical, petrochemical, energy, metallurgical, food, pharmacological and other industries. The technical result is an increase in the productivity of mass transfer apparatus. The technical result is achieved by the fact that the dynamic nozzle for heat and mass transfer processes, made in the form of bodies of revolution located one inside the other and connected, having the shape of cylindrical surfaces, the internal body of revolution, consisting of a perforated cylindrical part with petals bent inward, is located at a distance from the outer body of revolution, made in the form of a Raschig ring, while the ratio of the outer diameter of the inner body to the inner diameter of the outer body is 0.7, and the inner body of revolution, the bent petals of which are located at an angle to its generatrix, and the outer body of revolution is made of polymeric material and interconnected by means of a conical spring of variable stiffness also made of polymeric material, while the inner body is connected by its lower end to the lower smallest coil of the spring, and the upper coil of the spring of variable stiffness is connected to the outer body by its upper end.

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.The proposed technical solution refers to packing used in column apparatus, primarily for carrying out heat and mass transfer processes of absorption, extraction, rectification, and can be used in chemical, petrochemical, energy, metallurgical, food, pharmacological and other industries, as well as in the ecological processes of separation of oil sludge, waste solutions of hydrocarbons, solvents and other substances for their separation and purification at the molecular level.

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:Known nozzle for heat and mass transfer processes, made in the form of bodies of revolution located one inside the other and connected by two springs, having the shape of cylindrical surfaces, and the inner body of revolution is located at a distance from the outer body of revolution, made in the form of Raschig rings and stacked orderly in rows, while the ratio of the outer diameter of the inner body of revolution to the inner diameter of the outer ring is 0.7, and the ratio of their heights lies within:

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.).where h and H are the heights of the inner and outer rings, respectively, and the inner body of revolution is made uniformly perforated with positive buoyancy in the working fluid and connected to the outer ring on the lower ring. (Description of the utility model to the patent of the Russian Federation No. 162267, B01J 19/30, 2016).

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.The reasons that impede the achievement of a given technical result include insufficient intensity of heat and mass transfer processes and relatively low productivity associated with a narrow dynamic range of oscillations of the inner body (turbulizer) and the need for spatial orientation of the packing elements, as well as the complexity of manufacturing due to the connection of the external and internal bodies of rotation with each other by means of several springs.

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:Known nozzle for heat and mass transfer processes, made in the form of bodies of rotation located one inside the other and connected by two springs of rotation bodies having the shape of cylindrical surfaces, the internal body of rotation is located at a distance from the external body of rotation, made in the form of Raschig rings and stacked orderly in rows , while the ratio of the outer diameter of the inner body of revolution to the inner diameter of the outer ring is 0.7, and the inner body of revolution is uniformly perforated, characterized in that the inner body of revolution is made of a material having a memory effect and is connected to the outer ring at the upper end , and the ratio of the height of the inner body of revolution to the height of the outer ring lies within:

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.).where h and H are, respectively, the heights of the inner body of revolution and the outer ring, m (Description of the utility model to RF patent No. 174152, BO1J 19/30, 2017).

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.The disadvantage of this packing for heat and mass transfer processes is the insufficient intensity of heat and mass transfer processes and a relatively low productivity associated with a narrow resonant range of oscillations of the inner body (turbulizer), as well as the need for an ordered spatial orientation of packing elements, as well as the complexity of manufacturing due to connecting external and internal bodies of rotation with each other by means of several springs.

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:Known nozzle for heat and mass transfer processes, made in the form of located one inside the other and connected bodies of rotation, having the shape of cylindrical surfaces, and the inner body of rotation is located at a distance from the outer body of rotation, while the bodies of rotation are made in the form of Raschig rings and are connected to end parts by means of at least two springs, and the ratio of the outer diameter of the inner ring to the inner diameter of the outer ring is 0.7, and the ratio of their heights lies within:

где h и H – соответственно высоты внутреннего и наружного колец (Описание полезной модели к патенту РФ №148733, В01J 19/00, 2014 г.).where h and H are the heights of the inner and outer rings, respectively (Description of the utility model to RF patent No. 148733, B01J 19/00, 2014).

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.The reasons that impede the achievement of a given technical result include the low efficiency of mass transfer processes and relatively low productivity associated with a narrow resonant range of oscillations of the internal body (turbulizer) and the need for spatial orientation of the packing elements, as well as the complexity of manufacturing due to the connection of the external and internal bodies of revolution with each other by means of several springs.

Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявленному объекту и принятому за прототип является 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:The closest technical solution in terms of a set of features to the claimed object and taken as a prototype is a nozzle for heat and mass transfer processes, made in the form of bodies of revolution located one inside the other and connected by two springs, having the shape of cylindrical surfaces made of the same material with the memory effect, the inner body of revolution is located at a distance from the outer body of revolution, made in the form of Raschig rings, and arranged in orderly rows, while the ratio of the outer diameter of the inner body of revolution to the inner diameter of the outer ring is 0.7, and the inner body of revolution is made uniformly perforated, and connected to the outer ring at the upper end, and the ratio of the height of the inner body of revolution to the height of the outer ring in the hot working condition lies within:

где h и H – соответственно высоты внутреннего тела вращения и наружного кольца, м, при том, что внутреннее тело вращения состоит из перфорированной цилиндрической части с лепестками, отогнутыми внутрь(Описание полезной модели к патенту РФ №196444, В01J 19/30, 2020 г.).where h and H are, respectively, the heights of the inner body of revolution and the outer ring, m, while the inner body of revolution consists of a perforated cylindrical part with petals bent inward (Description of a utility model to RF patent No. 196444, B01J 19/30, 2020 .).

Техническим результатом предлагаемой конструкции динамической насадки для тепло- и массообменных процессов является увеличение производительности массообменных аппаратов.The technical result of the proposed design of a dynamic packing for heat and mass transfer processes is to increase the productivity of mass transfer apparatus.

Технический результат достигается тем, что динамическая насадка для тепло- и массообменных процессов, выполненная в виде расположенных одно внутри другого и соединенных тел вращения, имеющих форму цилиндрических поверхностей, внутреннее тело вращения, состоящее из перфорированной цилиндрической части с отогнутыми внутрь лепестками, расположено на расстоянии от наружного тела вращения, выполненного в виде кольца Рашига, при этом отношение наружного диаметра внутреннего тела к внутреннему диаметру наружного тела равно 0,7, причем внутреннее тело вращения, отогнутые лепестки которого расположены под углом к его образующей, и наружное тело вращения выполнены из полимерного материала и соединены между собой посредством выполненной также из полимерного материала конической пружины переменной жесткости, при этом внутреннее тело нижним торцом соединено с нижним наименьшим витком пружины, а верхний виток пружины переменной жесткости соединен с наружным телом на его верхнем торце.The technical result is achieved by the fact that the dynamic nozzle for heat and mass transfer processes, made in the form of bodies of revolution located one inside the other and connected bodies of revolution having the shape of cylindrical surfaces, the internal body of revolution, consisting of a perforated cylindrical part with petals bent inward, is located at a distance from the outer body of revolution made in the form of a Raschig ring, while the ratio of the outer diameter of the inner body to the inner diameter of the outer body is 0.7, and the inner body of revolution, the bent petals of which are located at an angle to its generatrix, and the outer body of revolution are made of polymer material and are interconnected by means of a conical spring of variable stiffness made also of polymer material, while the inner body is connected by its lower end to the lower smallest coil of the spring, and the upper coil of the spring of variable stiffness is connected to the outer body at its upper end.

Соединение наружного и внутреннего тел вращения посредством конической пружины переменной жесткости таким образом, что внутреннее тело нижним торцом соединено с нижним наименьшим витком пружины, а верхний виток пружины переменной жесткости соединен с наружным телом на его верхнем торце, позволит обеспечить резонансные колебания внутреннего тела вращения 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.The connection of the outer and inner bodies of revolution by means of a conical spring of variable stiffness in such a way that the inner body is connected by the lower end with the lower smallest coil of the spring, and the upper coil of the spring of variable stiffness is connected to the outer body at its upper end, will provide resonant oscillations of the inner body of rotation in a wide the range of velocities of the gas (vapor) and liquid phases, which will lead to a significant intensification of heat and mass transfer processes and an increase in the productivity of mass transfer devices, in addition, such a structural arrangement of the packing element makes the heat and mass transfer packing very technological and easy to manufacture, which does not impose strict requirements for spatial orientation and stacking in ordered rows.

Расположение отогнутых лепестков внутреннего тела под углом к его образующей позволяет увеличить проницаемость внутреннего тела вращения и развить поверхность контакта, а так же увеличить парусность наклонных лепестков внутреннего насадочного элемента с потоками сплошной газовой (паровой) и жидкой фаз, что повысит усилие сжатия пружины переменной жесткости и поспособствует более интенсивному проявлению динамических и резонансных свойств насадочных элементов. Кроме того, данное расположение лепестков способствует образованию и развитию макро- и микровихрей у поверхностей и в пределах объема динамического насадочного элемента, что способствует интенсивному омыванию поверхностей контакта фаз продуктов массообмена, развивает динамические контактные поверхности насадочных элементов и поддерживает динамические и резонансные свойства насадочных элементов, что в свою очередь интенсифицирует тепло- и массообменные процессы и повышает производительность массообменных аппаратов.The location of the bent petals of the inner body at an angle to its generatrix allows to increase the permeability of the inner body of revolution and to develop the contact surface, as well as to increase the windage of the inclined petals of the inner nozzle element with flows of continuous gas (vapor) and liquid phases, which will increase the compression force of the spring of variable stiffness and will contribute to a more intense manifestation of the dynamic and resonant properties of the packing elements. In addition, this arrangement of the petals contributes to the formation and development of macro- and microvortices at the surfaces and within the volume of the dynamic packing element, which promotes intensive washing of the contact surfaces of the phases of the mass transfer products, develops the dynamic contact surfaces of the packing elements and maintains the dynamic and resonant properties of the packing elements, which in turn intensifies heat and mass transfer processes and increases the productivity of mass transfer apparatus.

Выполнение наружного и внутреннего тел, а также 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.The execution of the outer and inner bodies, as well as the conical spring of variable stiffness from polymeric materials gives the packing elements greater chemical resistance and specific strength (than that of metallic materials of springs and outer bodies), which is especially important when cleaning gas emissions and products of mass transfer processes from sulfur compounds and acid vapors in the chemical, petrochemical, oil and gas processing and other industries. Acid resistance and resistance to sulfur compounds will ensure the preservation of the surface properties of dynamic packing elements, will allow to exhibit stable dynamic properties during the operation of mass transfer equipment, will provide a stable course of heat and mass transfer processes and the stability of optimal hydrodynamic modes of operation of mass transfer packed columns, which in turn will provide high performance capturing recoverable components from gas-phase emissions (for example, the absorption process) and will increase the productivity of mass transfer devices.

На фиг. 1 и фиг 2 показан общий вид динамической насадки для тепло- и массообменных процессов, на фиг. 3 – общий вид внутреннего тела.FIG. 1 and 2 show a general view of a dynamic packing for heat and mass transfer processes, FIG. 3 is a general view of the internal body.

Динамическая насадка для тепло- и массообменных процессов состоит из выполненных из полимерного материала наружного тела вращения 1, выполненного в виде кольца Рашига с внутренним диаметром D, и внутреннего тела вращения 2 с наружным диаметром d. Отношение наружного диаметра d внутреннего тела 2 к внутреннему диаметру D наружного тела 1 равно 0,7. Внутренне тело 2 состоит из перфорированной цилиндрической части с отогнутыми внутрь лепестками 3, расположенными под углом к его образующей. Внутреннее тело 2 расположено на расстоянии от наружного тела вращения 1.A dynamic nozzle for heat and mass transfer processes consists of an outer body of revolution 1 made of a polymer material, made in the form of a Raschig ring with an inner diameter D, and an inner body of revolution 2 with an outer diameter d. The ratio of the outer diameter d of the inner body 2 to the inner diameter D of the outer body 1 is 0.7. The inner body 2 consists of a perforated cylindrical part with inwardly bent petals 3 located at an angle to its generatrix. The inner body 2 is located at a distance from the outer body of revolution 1.

Наружнее 1 и внутреннее 2 тела соединены между собой посредством выполненной из полимерного материала конической пружины 4 переменной жесткости, при этом внутреннее тело 2 нижним торцом соединено с нижним наименьшим витком пружины 4, а верхний виток пружины 3 переменной жесткости закреплен на верхнем торце наружного тела 1.The outer 1 and the inner 2 bodies are interconnected by means of a conical spring 4 of variable stiffness made of polymer material, while the inner body 2 is connected by its lower end to the lower smallest coil of the spring 4, and the upper coil of the spring 3 of variable stiffness is fixed to the upper end of the outer body 1.

Динамические тепло- и массообменные насадочные элементы могут засыпаться внавал или укладываться в упорядоченные ряды, в зависимости от требований конкретного массообменного процесса и аппарата и габаритных размеров насадочных элементов.Dynamic heat and mass transfer packing elements can be filled in bulk or stacked in ordered rows, depending on the requirements of a particular mass transfer process and apparatus and the overall dimensions of the packing elements.

Торцы наружных тел 1 не взаимодействуют с торцами внутренних тел 2, и последние могут свободно колебаться на пружине 4 внутри наружных тел 1.The ends of the outer bodies 1 do not interact with the ends of the inner bodies 2, and the latter can freely oscillate on the spring 4 inside the outer bodies 1.

Динамическая насадка для тепло- и массообменных процессов работает следующим образом.Dynamic packing for heat and mass transfer processes works as follows.

Динамические тепло- и массообменные насадочные элементы, состоящие из наружного тела вращения 1, выполненного в виде кольца Рашига с внутренним диаметром D, и внутреннего тела вращения 2 с наружным диаметром d, соединенных между собой посредством конической пружины 4 переменной жесткости, засыпаются в колонну внавал или укладываться в упорядоченные ряды.Dynamic heat and mass transfer packing elements, consisting of an outer body of revolution 1, made in the form of a Raschig ring with an inner diameter D, and an inner body of revolution 2 with an outer diameter d, connected to each other by means of a conical spring 4 of variable stiffness, are poured into the column in bulk or fit into ordered rows.

Сверху насадка орошается жидкостью, а снизу подается газ (пар) в случаях применения данной насадки для процессов абсорбции или ректификации. В случае жидкостной насадочной экстракции, экстрагент и раствор могут осуществлять через насадку различные схемы тока, противоток или прямоток. Под действием потока газа (пара) или импульса колебаний столба жидкости (насадочная пульсационная экстракция) каждое внутреннее тело вращения 2 совершает резонансные колебания, которые приводят к локальной турбулизации в пределах каждого насадочного элемента, передаются всплывающими пузырьками газа, приводят к активизации омывания пленок жидкости, покрывающих внутренние насадочные тела, либо активизируют взаимное перемешивание продуктов экстракции. Этот эффект приводит к интенсификации тепло- и массообмена на границе раздела фаз газа (пара) и жидкости (для абсорбции и ректификации), к активизации диффузионных процессов и взаимному перемешиванию жидкофазных продуктов экстракции, что в целом приводит к увеличению производительности тепло- и массообменных аппаратов. При этом, выполнение внутреннего тела 2, состоящим из перфорированной цилиндрической части с отогнутыми внутрь лепестками 3, расположенными под углом к его образующей, развивает поверхность контакта и увеличивает парусность наклонных лепестков 3 внутреннего тела 2 с потоками сплошной газовой (паровой) и жидкой фаз, что повышает усилие сжатия пружины переменной жесткости и поспособствует более интенсивному проявлению динамических и резонансных свойств насадочных элементов. Кроме того, данное исполнение внутреннего тела 2 выполняет турбулизирующую функцию, способствует образованию и развитию макро- и микровихрей у поверхностей и в пределах объема динамического насадочного элемента, что способствует интенсивному омыванию поверхностей контакта фаз продуктов массообмена, развивает динамические контактные поверхности насадочных элементов и поддерживает динамические и резонансные свойства насадочных элементов, что в свою очередь интенсифицирует тепло- и массообменные процессы и повышает производительность массообменных аппаратов. Выполнение наружного 1 и внутреннего 2 тел, а также 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.The top of the packing is sprayed with liquid, and the bottom is supplied with gas (steam) in cases where this packing is used for absorption or rectification processes. In the case of liquid packed extraction, the extractant and the solution can be carried out through the packing in different flow, countercurrent or cocurrent flow patterns. Under the action of a gas (vapor) flow or an impulse of oscillations of a liquid column (packed pulsation extraction), each internal body of revolution 2 performs resonant oscillations, which lead to local turbulization within each packing element, are transmitted by floating gas bubbles, and lead to the activation of washing of liquid films covering internal packing bodies, or activate mutual mixing of the extraction products. This effect leads to the intensification of heat and mass transfer at the interface between the gas (vapor) and liquid phases (for absorption and rectification), to the activation of diffusion processes and mutual mixing of liquid-phase extraction products, which, in general, leads to an increase in the productivity of heat and mass transfer devices. At the same time, the execution of the inner body 2, consisting of a perforated cylindrical part with the petals 3 bent inward, located at an angle to its generatrix, develops the contact surface and increases the windage of the inclined petals 3 of the inner body 2 with flows of continuous gas (vapor) and liquid phases, which increases the compression force of the spring of variable stiffness and contributes to a more intense manifestation of the dynamic and resonant properties of the packing elements. In addition, this design of the inner body 2 performs a turbulizing function, promotes the formation and development of macro- and micro-vortices at the surfaces and within the volume of the dynamic packing element, which contributes to intensive washing of the contact surfaces of the phases of the mass transfer products, develops dynamic contact surfaces of the packing elements and maintains dynamic and resonant properties of packing elements, which in turn intensifies heat and mass transfer processes and increases the productivity of mass transfer devices. The implementation of the outer 1 and inner 2 bodies, as well as the conical spring 4 of variable stiffness from polymeric materials gives the packing elements greater chemical resistance and specific strength (than that of metal materials of springs and outer bodies), which is especially important when cleaning gas emissions from sulfur compounds and vapors acids in absorption processes in chemical, petrochemical, oil and gas processing and other industries. That is, the implementation of packing elements made of polymeric materials makes it possible to significantly expand the range of application of dynamic packing elements and to extend the service life and revision maintenance in the most unfavorable conditions for the implementation of mass transfer processes from the point of view of chemical aggressive effects. Acid resistance and resistance to sulfur compounds will ensure the preservation of the surface properties of dynamic packing elements, will allow to exhibit intensifying dynamic properties during the entire service life of mass transfer equipment, will provide a stable course of heat and mass transfer processes and stability of optimal hydrodynamic modes of operation of mass transfer packed columns, which in turn will provide high rates of capture of recoverable components from gas emissions (for example, the absorption process) and will increase the productivity of mass transfer apparatus.

Таким образом, соединение выполненных из полимерного материала наружного и внутреннего тел вращения посредством выполненной также из полимерного материала конической пружины переменной жесткости таким образом, внутреннее тело нижним торцом соединено с нижним наименьшим витком пружины, а верхний виток пружины переменной жесткости соединен с наружным телом на его верхнем торце, при этом отогнутые лепестки внутреннего тела расположены под углом к его образующей, приводит к интенсификации массообменных процессов и активизации диспергирования и микроперемешивания жидкофазных продуктов экстракции и турбулизации газо-жидкостной смеси (абсорбция и ректификация) не только во всем объеме массообменной насадки, но и в пределах каждого отдельного насадочного элемента. И эти локальные интенсифицирующие эффекты проявляются естественным образом, без дополнительных энергетических затрат, за счет энергии пульсационных колебаний столба жидкости в экстракционной колонне или скоростей газовой и паровой фаз омывающих насадочные элементы в процессах абсорбции и ректификации. Кроме того, разработанные динамические 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.Thus, the connection of the outer and inner bodies of revolution made of polymer material by means of a conical spring of variable stiffness also made of polymer material, thus, the inner body is connected by its lower end to the lower smallest coil of the spring, and the upper coil of the spring of variable rigidity is connected to the outer body on its upper end face, while the bent petals of the inner body are located at an angle to its generatrix, leads to intensification of mass transfer processes and activation of dispersion and micro-mixing of liquid-phase products of extraction and turbulization of a gas-liquid mixture (absorption and rectification) not only in the entire volume of the mass transfer packing, but also in within each individual packing element. And these local intensifying effects are manifested in a natural way, without additional energy costs, due to the energy of pulsating oscillations of the liquid column in the extraction column or the velocities of the gas and vapor phases washing the packed elements in the processes of absorption and rectification. In addition, the developed dynamic packing elements do not impose strict requirements on the nature of laying and spatial orientation, exhibiting a turbulizing effect in any position, which greatly simplifies commissioning operations and revision maintenance of technological equipment during operation.

Claims

A dynamic nozzle for heat and mass transfer processes, made in the form of bodies of revolution located one inside the other and connected, having the shape of cylindrical surfaces, the internal body of revolution, consisting of a perforated cylindrical part with petals bent inward, is located at a distance from the outer body of revolution made in the form of a Raschig ring, while the ratio of the outer diameter of the inner body to the inner diameter of the outer body is 0.7, characterized in that the inner body of revolution, the bent petals of which are located at an angle to its generatrix, and the outer body of revolution are made of a polymer material and are connected between by means of a conical spring of variable stiffness made also of polymeric material, while the inner body is connected by its lower end to the lower smallest coil of the spring, and the upper coil of the spring of variable stiffness is connected to the outer body at its upper end.