Регулярна насадка

Изобретение относится к конструкции регулярных насадок и может найти применение в тепломассообменных аппаратах, используемых в химической, нефтеперераба тывающей и других отраслях промышленности Целью изобретения является расширение диапазона работы и повышение эффективности за счет увеличения поверхности контакта фаз и дополнительной турбулизации газового потока при минимальном воз растании гидравлического сопротивления и сохранении равномерности орошения по высоте насадки Насадка содержит пноские параллельные вертикальные пластины, перфорированные сплошными зубчатыми отверстиями, расположенными в шахматном порядке горизонтальными рядами В пластинах между рядами зубчатых отверстий со сплошным прорезом имеются одиночные горизон го CD 1291191 зубьев отверстий, шаги зубьев отверстий со сплошным и трехсторонним прорезом равны, во всех отверстиях соблюдается соосность выступов и впадин зубьев, а выступы зубьев отверстий каждого ряда просечных элементов находятся соосно под впадинами зубьев высеченных отверстий вышележащего ряда. 9 ил. тальные ряды зубчатых просеченных отверстий с трехсторонним прорезом и зубчатыми просечными элементами, отогнутыми в горизонтальное положение, примыкающими вплотную к соседним пластинам, расположенными в одной плоскости и образующими в совокупности горизонтальные решетки, причем шаг всех отверстий кратен шагу І Изобретение относится к конструкции регулярных насадок, применяемых в качестве контактных и перераспределительных устройств тепломассообменных аппаратов, работающих в системе газ—жидкость в химической, нефтеперерабатывающей, газовой пищевой и других отраслях промышленности. Цель изобретения — расширение диапазона работы и повышение эффективности тепломассообмена за счет увеличения поверхности контака фаз и дополнительной турбулизации газового потока при минимальном возрастании гидравлического сопротивления и сохранении равномерности орошения по высоте насадки На фиг. 1 изображен элемент насадки в косоугольной проекции, общий вид; на фиг. 2 — то же, в прямоугольной проекции, общий вид; на фиг 3 — разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4 — разрез Б-Б на фиг 2, на фиг. 5 — схема равномерного распре деления стекающей по листу насадки жид кости, на фиг. 6 — просечный элемент сим метричной формы с зубчатыми верхними и нижними краями; на фиг. 7 — элемент насадки, у которой все отверстия имеют зубчатые верхние и нижние края, общий вид, на фиг. 8 — смещение рядов отверстий в пластинах насадки с отверстиями, имеющими зубчатые верхние и нижние края; на фиг. 9 — пластина насадки, у которой отверстия просечных элементов имеют зубчатые верхние и нижние края, а остальные отверстия имеют зубчатые только верхние края. пластинам насадки, образуя горизонтальные решетки, напоминающие решетчатые тарелки массообменных колонн. Шаг (/') всех отверстий кратен шагу /3 зубьев отверстий, шаг зубьев равен во всех отверстиях, выступы 5 и впадины 4 зубьев расположены соосно, а выступы зубьев отогнутых кромок каждого ряда размещены соосно под впадинами зубьев высеченных отверстий вышележащего ряда. to Каждая горизонтальная решетка представляет собой контактную зону, работающую по принципу решетчатой провальной тарелки Вертикальные участки перфорированных пластин насадки между горизонтальными решетками представляют собой 15 контактную зону, работающую по принципу пленочных аппаратов с капельно-прерывистым течением жидкости. Расстояние между горизонтальными решетками определяется исходя из нагрузок по пару и жидкости 20 и условий обработки продуктов 25 30 Насадка состоит из плоских вертикальных пластин 1, установленных параллельно друг другу. Пластины перфорированы отвер- 35 стиями зубчатой формы, расположенными горизонтальными рядами. В некоторых ря дах отверстия образованы высеканием части пластин насадки, например отверстия 2 Между рядами отверстий 2 имеются ряды зубчатых просеченных отверстий 3 с трех- 40 сторонним прорезом, кромки которых отогнуты на угол 90°, расположены в одной плоскости и примыкают вплотную к соседним Горизонтальные решетки могут быть об разованы п^тем отклонения просечных элементов в одну сторону относительно плоскости пластин насадки и путем их отклонения поочередно в одну и другую сторону относительно плоскости пластин При первом варианте упрощается изготовление пластин При втором варианте несколько усложняется изготовление пластин, но работа такой насадки может оказаться более эффективной вследствие более равномерного распределе ния жидкости при резких колебаниях расходов жидкости и газа. Насадка работает след>ющим образом Жидкость, равномерно распределенная на верхнюю часть пластины насадки, стекает вниз, встречая на своем пути зубчатые отверстия. Микропотоки жидкости, набегающие на верхние выступы 5 зубьев, отклоняются этими выступами, обтекают их справа и слева и попадают на впадины 4 зубьев или на участки 6 поверхности пластин, находящиеся между отверстиями. На впадинах зубьев образуются капли жидкости. Достиг нув определенного размера, капли отрываются от зубьев, пролетают в газовой среде 1291191 путь до нижних краев отверстий, падают на нижние края отверстий 3, с которых далее стекают вертикально вниз. Стекающие вниз микропотоки опять попадают на верхние выступы зубьев нижележащего ряда отверстий и картина течения жидкости повторяется. Собравшаяся на горизонтальной решетке жидкость стекает через отверстия решетки вниз. Через эти же отверстия противотоком проходит газ, вступая в контакт со стекающей жидкостью. В зависимости от расходов жидкости и газа и свободного сечения решетки на последней может быть образован газожидкостный барботажный слой определенной высоты, служащий дополнительной зоной эффективного взаимодействия фаз. Прошедшая через горизонтальную решет ку жидкость попадает на вертикальные поверхности пластин насадки и стекает дальше вниз организованными потоками, равномерно распределяясь по ширине листов. Ширина зубьев отверстий, образованных высеканием части пластин насадки, выбирается из условий обепечения образования капель на впадинах зубьев отверстий. Ширина зубьев просечных элементов выбирается из условий организования тесного контактирования фаз в отверстиях горизонтальных решеток. Но шаг зубьев отверстий и шаг зубьев просечных элементов горизонтальных решеток должны быть равными. Для снижения гидравлического сопротивления насадки, повышения ее пропускной способности по газу и жидкости, лучшего диспергирования жидкости и более рационального использования энергии газового потока просечные элементы можно выполнять с зубчатыми и верхними, и нижними краями, т. е. и в месте их отгиба, и в месте их прилегания к соседним листам насадки. Число зубьев в просечных элементах может изменяться. В промежутках между горизонтальными решетками, образованными просечными элементами симметричной формы, могут быть расположены горизонтальные ряды отверстий, у которых и верхние, и нижние края также выполнены зубчатыми. Смещение рядов отверстий, находящихся под горизонтальными решетками, на величину, кратную шагу зубьев, позволяет улучшить равномерность распределения жидкости по ширине листов насадки, перфорированной отверстиями с зубчатыми и верхними, и нижними краями, и этим обеспечить ее более высокую эффективность. Для обеспечения равномерного беспровального стекания жидкости при уменьшении расстояния между горизонтальными решетками и упрощения формы отверстий просечные элементы горизонтальных решеток можно выполнять симметричными одновременно относительно продольной и попе 10 20 25 35 40 50 речной осей, а отверстия, образованные высеканием части пластин насадки, выполнять с зубчатыми только верхними краями. Выполнение отверстий между горизонтальными решетками зубчатыми только с одной стороны позволяет снизить их высоту и этим уменьшить расстояние между горизонтальными решетками. Чтобы при малом расстоянии между горизонтальными решетками не происходил случайный провал жидкости (например, в случае колебания нагрузок по жидкости и газу), отогнутые кромки соседних горизонтальных рядов смещают на половину их шага. Отверстия, образованные высеканием части листов насадки, смещены по отношению к отверстиям, образованным просечными элементами и по отношению друг к другу также на половину их шага для соблюдения соосности выступов и впадин зубьев. Соблюдение соосности выступов и впадин зубьев в соседних рядах отверстий необходимо для сохранения равномерного распределения жидкости по высоте листов насадки. Соблюдение условий равномерного распределения жидкости с перераспределением и дополнительной ее турбулизацией на каждом нижележащем ряду отверстий возможно только при условии, если между отверстиями горизонтальных решеток будет расположено четное число рядов отверстий, образованных высеканием части пластин насадки. Выполнение между горизонтальными решетками четного числа рядов отверстий с зубчатыми только верхними краями и одновременное сдвигание отверстий на половину их шага так, чтобы собхранилась соосность выступов и впадин зубьев, позволяет упростить изготовление насадки, сохранив равномерность распределения жидкости по ширине листов насадки, и этим повысить ее эффективность. Эффективность насадки повышается вследствие того, что отверстия с зубчатыми только верхними краями имеют меньшую высоту, поэтому на единице высоты насадки размешается большее количество рядов отверстий, что способствует интенсификации тепломассообмена. Просечные элементы, образующие горизонтальные решетки, могут быть отклонены в горизонтальное положение по линии верхних или нижних краев отверстий. Варианты расположения линии отгиба просечных элементов (по верхнему или нижнему краям отверстий) определяются равномерностью распределения жидкости по сечению колонны. Например, если по сечению колонны жидкость распределена равномерно и нужно лишь поддерживать эту равномерность по высоте насадки, применяется вариант с отклонением просечных элементов по линии верхних краев отверстий. В этом случае жидкость в каждом канале горизонтальной решетки между двумя смежными пластинами насадки ограничена не перфо 291191 рированными участками листов и не перетажного слоя на решетках они по принципу распределяется в соседние каналы. Возможработы напоминают решетчатые провальные но лишь частичное перераспределение жидтарелки колонных аппаратов кости в пределах одного канала между поОсобенностью горизонтальных решеток токами, стекающими по правой и левой сто- с данной насадки является периодическое ронам канала. чередование более крупных и более мелких Если жидкость при подаче на горизонотверстий, что позволяет создать организотальную решетку распределена неравномерванное движение потоков газа и жидкости, но, необходимо применять вариант, когда способствующее увеличению поверхности просечные элементы отклонены в горизонконтакта и снижению гидравлического сотальное положение по линии нижних краев 1 0 противления насадки. отверстий. В этом случае жидкость с переПерфорированные вертикальные пластигруженных участков решетки растекается ны насадки сочетают в себе два важных на менее загруженные участки и равномерно положительных качества: они хорошо перераспределяется по сечению насадки, перераспределяют жидкость по ширине листов и, текая через отверстия решеток, образован- 1 5 кроме того, на зубчатых отверстиях обеспеные просечными элементами. чиваются хорошие условия обновления поверхности контакта при многократно повтоНасадка предназначена для работы в сисряющихся актах формирования капель, их теме газ—жидкость в режиме противоточполета и разрушения при падении на нижние ного взаимодействия фаз. Жидкость подаеткрая отверстий. ся сверху и под действием силы тяжести стекает вниз. Газ подается снизу и, подни- 20 Исследования насадки показали, что пермаясь вверх между листами насадки, встуфорированные пластины обладают хорошипает в тепломассообмен со стекающей ми сепарирующими свойствами. Наличие жидкостью. между горизонтальными решетками по высоте перфорированных листов позволяет в 1,5—2,0 раза уменьшить расстояние между Распределение жидкости по сечению нагоризонтальными решетками за счет снижесадки настолько эффективно, что даже при ния высоты зон пены и брызг, образующихся первоначальной неравномерной подаче жидкости последняя, пройдя через несколько над барботажным слоем. Унос жидкости горизонтальных решеток, равномерно расс решеток при этом остается на прежнем пределяется по сечению аппарата. Поэтому уровне. Использование сепарирующего свойнасадка может использоваться в качестве 3Q ства вертикальных перфорированных листов эффективных перераспределителей жидкости. позволяет снизиь расстояние между горизонтальными решетками по сравнению с тем Преимуществом таких перераспределитерасстоянием, которое применяется в аппалей является сочетание в них перераспрератах с решетчатыми провальными тарелделительных свойств с одновременной высокой эффективностью контактирования фаз, ками, а следовательно, снизить высоту масчто приводит к снижению высоты аппаратов 35 сообменных аппаратов. с такими перераспределителями. Диапазон устойчивой работы насадки Для усиления эффекта перераспределерасширяется вследствие стабилизирующего ния жидкости при использовании нескольких влияния на эффективность работы вертислоев насадки каждый ее слой по отношению кальных участков перфорированных пластин к предыдущему следует разворачивать вокруг вертикальной оси на угол 45 или 90°. 40 как контактных элементов. При снижении нагрузок по жидкости и газу до величин, При небольшом количестве слоев лучше припри которых на горизонтальных решетках менять угол 90°, при количестве слоев насадне образуется барботажный слой, работоки больше 5 лучше разворачивать слои наспособность насадки поддерживается за садки на угол 45°. Периодическое размещение горизонталь- ._ счет работы вертикальных пластин в капельных решеток по высоте аппарата способстном режиме с сохранением хорошего расвует повышению эффективности материальпределения жидкости и высокой степени ного обмена между контактирующими пототурбулизации газового потока горизонтальками. На решетках создаются зоны интенными решетками. При повышении нагрузок сивного взаимодействия газа и жидкости. по жидкости и газу стабилизирующее дейТаким образом, горизонтальные решетки 50 ствие на работу насадки перфорирванные выполняют одновременно роль распределивертикальные пластины оказывают за счет телей жидкости и роль контактных элеулавливания капель жидкости над барбоментов. тажным слоем и дополнительного диспергирования газожидкостных струй внутри барЧерез отверстия решеток проходит одноботажного слоя. временно и газ, и жидкость, интенсивно взаимодействуя между собой. В зависимости 55 Штамповка зубчатых отверстий и проот расходов жидкости и газа на решетках сечных элементов и последующий отгиб может создаваться барботажный слой опрепросечных элементов в горизонтальное поделенной высоты. В случае создания барболожение не вызывает затруднений и легко J 1291І91 7 могут быть организованы на машиностроительных заводах Насадка может собираться из пакетов соединенных между собой пластин и путем установки в аппарат отдельных пластин вплотную Друг к другу В обоих случаях расстояние между листами определяется размером отогнутых в горизонтальное положение просечных элементов и не требуется дополнительная установка дистанционных деталей Это способствует упрощению изготовления, монтажа и обслуживания предлагаемой высокоэффективной насадки Формула изобретения Регулярная насадка, выполненная из плоских параллельных вертикальных пластин, перфорированных высеченными зубчатыми отверстиями, расположенными в 8 шахматном порядке горизонтальными рядами, отличающаяся іем, что, с целью рас ширения диапазона работы и повышения эффективности тепломассообмена за счет увеличения поверхности контакта фаз и дополнительной турбулизации газового потока при минимальном возрастании гидравличе ского сопротивления и сохранении равномерности орошения по высоте насадки, пластины выполнены с расположенными между 10 рядами зубчатых высеченных отверстий рядами зубчатых отверстий с трехсторонним прорезом, кромки которых горизонтально отогнуты и примыкают вплотную к соседним пластинам, при этом шаг всех отверстий кратен шагу зубьев отверстий, шаг зубьев 15 всех отверстий равен, а их выступы и впадины расположены соосно, выступы зубьев отогнутых кромок каждого ряда размещены соосно под впадинами зубьев высеченных отверстий вышележащего ряда А-А ПЛ-Л П-П-П П-ПП п_п_л г п ПЛ-Л Пл_П Р-П-Н П-ПЛ, Т_Л П-П-П П-ПЛ П-П_П L гитл ппп ФигЗ 6-5 ФигЛ 1291191 \\ і 11 І \ \\ И \ \ І І і \ Фиг 5 Фиг. 7 Фиг 6 1291191 Составитель С Баранова РедакторН Т^пииа Техред И Верес Корректор А Тяско Закач 65/8 Тираж 657 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий і 13035, Москва, Ж—35, Раушская наб , д 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г Ужгород, ул Проектная, 4