Регулярна насадка для тепломасообмінних апаратів

Винахід відноситься до конструкції регулярних насадок, що використовуються як контактні елементи при проведенні процесів тепло масообміну. Перевагою регулярних насадок є значна пропускна здатність у сполученні з малим гідравлічним опором та підвищеною ефективністю. Відома насадка з пласко паралельних пластин [1, 2], якій, окрім перерахованих вище переваг, притаманна низка істотних недоліків. До недоліків в першу чергу відносять: - відносно низьку ефективність; - підвищену металоємкість; - відносно малу питому поверхню контакту; - відсутність турбулізації контактуючи х газу та рідини; - низьку кратність оновлення поверхні контакту. Для усунення низки вказаних недоліків вищезгадану насадку з пласкопаралельних пластин оснащено навкісними попарно-встановленими зрізаючими та перерозподільними елементами, які чергуються по висоті. Ці елементи виконані, наприклад, у вигляді смуг, одні з яких жорстко закріплені на пластині, а інші встановлені із зазором по відношенню до неї [3]. Відстань між середніми парами зрізаючих та перерозподільних елементів обирається таким чином, щоб забезпечити оновлення плівки рідини з потрібною частотою. До недоліків даного пристрою, в першу чергу, слід віднести засмічуваність зазорів, що призначені для формування плівки зрошуючої рідини, механічними включеннями, що є у технічних рідинах. Це веде до дестабілізації режиму взаємодії газу (пару) та рідини та до значного зниження ефективності ведення процесу. Суттєвим недоліком цього пристрою є також наявність значних "мертвих зон", в яких може бути відсутній масообмін між фазами, що взаємодіють. Поміж регулярних листових насадок дуже ефективним є контактний пристрій для ректифікаційних колон [4]. Контактний пристрій складається з набору полотен прямокутної форми, розташованих у шаховому порядку. В отворах полотен совісно встановлені спіральні вставки з перфорованої стрічки. Вздовж утворюючої спіралі у круглі отвори перфорації стрічки закріплюються рядами проволочені йоржи, які, в свою чергу, розташовані таким чином, що зовнішні кінці торкаються кромок прямокутних отворів та бокових поверхонь сусідніх полотен, а вн утрішні довгі кінці перетинаються на вісях спіралей. Контактний пристрій дуже складний у виконанні, має багато складових частин (проволочені йоржі, спіральні вставки), які, у силу своїх розмірів, можуть бути піддані корозійній дії взаємодіючих фаз, засміченню продуктами корозії та, як слідство, підвищеними втратами напору у місцях їх встановлення. Відомі пластмасові насадки з великим живим перетином, виготовлені литтям під тиском, що мають форму квадратних чарунок [4]. Проте, вони не отримали широкого використання з таких причин: - низька термостійкість (при пропарюваннях); наприклад, насадка з поліпропілену стійка до 135°С, з поліетилену - до 99°С, з полівінілхлориду - до 65°С; - низька змочуваність елементів більшістю промислових поглиначів; - у низці органічних розчинників пластмасові насадки можуть набухати , зменшуючи як живий перетин, так і стійкість під дією ваги верхніх пакетів насадки. Найближчим аналогом винаходу, що заявляється, є насадка "Стрейпак" [5]. Конструктивно ця насадка виконана з металічних смуг 0,5-1мм завтовшки з нанесенням у шаховому порядку прорізів та наступним розтягуванням цієї стрічки у напрямку, перпендикулярному прорізам. При цьому, вказані прорізи розширюються та смуга приймає вигляд ґрат. Також ці грати можуть бути виконані пресуванням на спеціальному пресі у вигляді вигнутих ґратчасти х елементів, що збираються за допомогою стержнів. Ця насадка має малу об’ємну вагу, добре змащується поглиначем. Проте, вона важка у виготовленні, чутлива до забруднення, що випадають з технічних поглиначів. Як підкреслювалось раніше, для її виготовлення потрібне спеціальне обладнання. Задачею винаходу є удосконалення насадки та спрощення її виготовлення при одночасному підвищенні діапазону робочих швидкостей газу до 4 - 5м/с в умовах низьких втрат напору (до 80-100Па на 1м вишини). Поставлена мета досягається тим, що регулярна насадка для тепломасообмінних апаратів, що утворюється низкою смуг з листового матеріалу, встановлених на ребро та розташованих паралельно одна одній, яка відрізняється тим, що на верхній кромці вищезгаданих дуг виконані з постійним кроком пази, в які, в свою чергу, вставляються смуги листового матеріалу. Для підвищення поверхні і придання більшої жорсткості утвореному пакету насадки вставлені смуги мають на нижній кромці пази, виконані з таким же кроком, що і пази на суміжних смугах і що пази смуг при суміщенні співпадають. Для покращення розподілу рідини у піднасадочному просторі вставлені смуги можуть мати на нижній кромці між пазами трикутні вирізи, виконані з постійним кроком, що утворюють пилоподібні крапельниці. Для підвищення турбулізації газу і рідини, контактуючих на насадці вказані пилоподібні крапельниці послідовно розведені в різні боки з кроком, що не перевищує крок між крапельницями. Вказані відмінності дозволяють: 1. Створити регулярну насадку, що сполучує малу металоємкість з міцністю пакету в цілому. 2. Значно спростити (а внаслідок цього і зробити дешевше) процес виготовлення насадки, використати при виготовленні останньої матеріали, з яких не можуть бути виготовлені насадки типу "Стрейпак" (ліговані чавуни, декотрі композитні матеріали і т. п.). 3. Виключити при виготовленні регулярної насадки спеціальне обладнання, що забезпечує нанесення прорізів та наступне розтягування. 4. Значно знизити імовірність засмічення регулярної насадки механічними домішками, що є в те хнічних рідинах. 5. Значно збільшити турбулізацію контактуючи х газу та рідини та кратність оновлення поверхні регулярної насадки. На пояснюючому кресленні (Фіг.1 та Фіг.2) показано регулярну насадку для тепломасообмінних апаратів. На Фіг.1 показано схематичне зображення насадки в ортогональних проекціях; на фіг.2 ця насадка зображена в аксонометричній проекції (найбільш ефективний її варіант). Регулярна насадка складається зі смуг листового матеріалу 1 з виконаними на верхній кромці кожної з них з постійним кроком пазами 2 з шириною, яка приблизно дорівнює товщині смуг. Ці смуги при монтажі вкладаються на ребро з постійним кроком (Вид А) таким чином, щоб пази 2 на кожній зі смуг знаходилися на одній утворюючій. В свою чергу, окремо виконуються смуги з такого ж листового матеріалу. При установці в пази 2 смуг 3 та їх фіксації (за допомогою зварювання, пайки та ін.) утворюється єдиний пакет (котрий зображено на ортогональних проекціях). Для подальшого збільшення поверхні і підвищення жорсткості пакету насадки пропонуємо на нижній кромці смуг, що вставляються, виконати пази, тотожні за розмірами пазам у смуга х 1. Це те хнічне рішення підвищує як жорсткість конструкції запропонованої насадки, так і збільшує її поверхню (при одних і ти х же розмірах пакету насадки). Доповнення нижніх кромок смуг трикутними вирізами (з утворенням пилоподібних крапельниць) з послідовним їх розведенням в різні боки з кроком, що не перевищує крок між крапельницями (Фіг.2), буде підвищувати масообмінні характеристики запропонованої насадки. Суть роботи регулярної насадки для тепломасообміну полягає в наступному. Зрошуюча рідина, розподілена по поверхні насадки, контактує з газом (паром), котрий пересувається протитоком до рідини. Остання стікає по регулярній насадці та із крапельниць у вигляді великої кількості крапель та струменів та потрапляє у простір під насадкою, де також контактує з газом (паром). Таким чином, маємо контакт між рідиною та газом (паром) як на поверхні насадки, так і у крапельному стані рідини. Випробування регулярної насадки в промислових умовах показали, що вона ефективніша за прототип , при цьому має значно нижчий гідравлічний опір (80-100Па на їм вишини порівняно з 500-750Па на 1м вишини у прототипу).