Насадка для массообменного аппарата

Техническое решение относится к насадке для массообменных аппаратов и может найти применение в химической, нефтехимической, металлургической, машиностроительной, пищевой, фармакологической, биохимической и других отраслях промышленности, а также в экологических процессах очистки сточных вод и дымовых газов. Техническим результатом предлагаемой насадки для массообменного аппарата является увеличение степени очистки жидкости и газа за счет регулирования и выравнивания поверхности насадки и ее гидравлического сопротивления во всем объеме. Поставленный технический результат достигается тем, что насадка для массообменного аппарата, содержащая проволоку или полимерные мононити, фиксирующие элементы в виде параллельных стрежней, установленных в проволоке или полимерных мононитях и закрепленных на концах пластинами, при этом пластины выполнены в виде перфорированных дисков, а стрежни - в виде болтов, равномерно установленных по окружности дисков, причем отношение диаметра диска к внутреннему диаметру аппарата составляет

d/D=0,94÷0,98,

где d и D - соответственно диаметр диска и внутренний диаметр аппарата.

Предлагаемое техническое решение относится к насадке для массообменных аппаратов и может найти применение в химической, нефтехимической, металлургической, машиностроительной, пищевой, фармакологической, биохимической и других отраслях промышленности, а также в экологических процессах очистки сточных вод и дымовых газов.

Известна насадка для массообменных аппаратов из проволочных спиралей и стеклянного волокна, обладающая высокой удельной поверхностью и свободным объемом (В.М.Рамм. Абсорбция газов. Изд. 2-е, перераб. и дополн. - М.: Химия, 1976, С.315-316).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточная степень очистки жидкостей и газов от молекул извлекаемых компонентов из-за неравномерности распределения поверхности материала насадки и гидравлического сопротивления по ее объему, что приводит к разному времени пребывания очищаемой среды в насадке.

Известна насадка в контактном аппарате для озонирования водных систем, выполненная из объемного нетканого волокнистого модуля с поровым пространством 0,7-0,99, представляющего собой беспорядочно уложенные в объеме и точечно-скрепленные в местах соприкосновений прочные нити с диаметром 0,2-2 мм из полимерного материала, инертного к воздействию водной системы и озона (свидетельство на полезную модель 33759, РФ С02F 1/78, 2003).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточная степень очистки жидкостей и газов при использовании известной насадки в массообменных аппаратах из-за неравномерности структуры пор и поверхности объемного нетканого волокнистого модуля, что приводит к разному гидравлическому сопротивлению, времени пребывания и массопереносу улавливаемых молекул.

Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявляемому объекту и принятому за прототип является насадка для массообменных и сепарационных аппаратов, содержащая сетку, уложенную слоями, и фиксирующие элементы в виде параллельных стержней, установленных в сетке и между слоями сетки с частичным перекрытием сечения насадки и креплением их концов, например, пластинами, при этом слои сетки установлены под углом к стержням и горизонтальной плоскости, сетка имеет дугообразный профиль и выполнена из сетчатого рукава различной толщины (патент РФ 2155095, В01J 19/32, В01D 45/00, 2000).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточная степень очистки жидкости или газа от молекул извлекаемых компонентов из-за неравномерности распределения поверхности насадки и ее гидравлического сопротивления по объему, что приводит к разной скорости потоков газа и жидкости, времени пребывания очищаемой среды и уменьшает массоперенос между жидкостью и газом.

Техническим результатом предлагаемой насадки для массообменного аппарата является увеличение степени очистки жидкости и газа за счет регулирования и выравнивания поверхности насадки и ее гидравлического сопротивления во всем объеме.

Поставленный технический результат достигается тем, что насадка для массообменного аппарата, содержащая проволоку или полимерные мононити, фиксирующие элементы в виде параллельных стрежней, установленных в проволоке или полимерных мононитях и закрепленных на концах пластинами, при этом пластины выполнены в виде перфорированных дисков, а стрежни - в виде болтов, равномерно установленных по окружности дисков, причем отношение диаметра диска к внутреннему диаметру аппарата составляет

где d и D - соответственно диаметр диска и внутренний диаметр аппарата.

Выполнение пластин в виде перфорированных дисков позволяет фиксировать толщину проволоки или полимерных мононитей, одинаковую по всему ее объему, а жидкости и газу свободно проходить сквозь отверстия перфорации на всем сечении дисков.

Выбор диаметра диска по отношению к внутреннему диаметру массообменного аппарата в соответствии с условием (1) обеспечивает монтажный зазор между стенкой аппарата и дисками, что позволяет легко устанавливать их внутри аппарата и демонтировать из него, а также обеспечивает высокую степень очистки жидкости или газа.

Уменьшение заявленного отношения ниже указанного предела d/D<0,94 может привести к попаданию части проволок или полимерных мононитей под диски, особенно в аппаратах большого диаметра, что приводит к неравномерности поверхности массопереноса, гидравлического сопротивления, скорости и времени пребывания жидкости или газа в насадке по ее объему и уменьшению степени очистки.

Увеличение заявленного отношения выше указанного предела d/D>0,98 может привести к сложностям при монтаже и демонтаже дисков насадки в аппарате из-за малости зазора между стенкой аппарата и диском, особенно для аппаратов небольшого диаметра. Поэтому в аппаратах большого диаметра отношение диаметра диска и внутреннего диаметра аппарата должно приближаться к нижнему пределу условия (1), а в аппаратах малого диаметра - к верхнему пределу этого условия, что обеспечивает высокую степень очистки.

Выполнение стержней в виде болтов, равномерно установленных по окружности дисков, позволяет регулировать высоту и объем проволоки или полимерных мононитей между дисками, а значит изменять их удельную поверхность и пористость в зависимости от расходов и скоростей газа и жидкости в массообменном аппарате и обеспечивать высокую степень очистки жидкости или газа.

Упругость проволоки или полимерных мононитей также позволяет регулировать их высоту, а значит изменять пористость и удельную поверхность, что приводит к высокой степени очистки жидкости или газа.

Таким образом, предлагаемая конструкция насадки для массообменного аппарата позволяет увеличить степень очистки жидкостей или газов от молекул извлекаемых компонентов за счет выравнивания по объему поверхности гидравлического сопротивления и скорости газа и жидкости, выровнять время пребывания и увеличить массоперенос между жидкостью и газом.

На фиг.1 изображена предлагаемая насадка для массообменного аппарата в разрезе; на фиг.2 - вид сверху.

Насадка состоит из проволоки или полимерных мононитей 1 различной толщины и профиля, верхнего 2 и нижнего 3 перфорированных дисков, стержней в виде болтов 4, равномерно установленных по окружности дисков 2 и 3. Нижний диск 3 опирается на опоры 5, закрепленные внутри аппарата 6. Для регулирования высоты Н проволоки или полимерных мононитей 1 в массообменном аппарате 6 на болтах 4 имеются гайки 7. Так как диски 2 и 3 в соответствии с отношением (1) имеют диаметр d, меньший, чем внутренний диаметр D массообменного аппарата 6, то они свободно устанавливаются внутри массообменного аппарата 6. Кроме того, небольшой зазор между дисками 2 и 3 и внутренней поверхностью массообменного аппарата 6 не позволяет проволоке или полимерным мононитям 1 выходить за рабочую высоту Н насадки, обеспечивая одинаковый свободный объем и удельную поверхность насадки по всему ее объему.

Насадка для массообменного аппарата работает следующим образом.

Гайками 7, при их закручивании на болтах 4, обеспечивают необходимую высоту Н проволоки или полимерных мононитей в насадке, создавая в ней заданный свободный объем и удельную поверхность, и обеспечивают равенство этих параметров во всем объеме насадки.

Снизу подают очищаемый газ, а сверху - жидкость, которые взаимодействуют между собой на поверхности проволоки или полимерных мононитей, участвуют в массообменном процессе.

Так как за счет регулирования гайками 7 на болтах 4 обеспечено равенство свободного объема и удельной поверхности насадки во всем ее объеме, то гидравлическое сопротивление, скорости газа и жидкости, их времена пребывания будут также одинаковые по всему объему насадки, поэтому не будет застойных зон, где повышенная плотность укладки проволоки или полимерных мононитей, или, наоборот, зон с большим свободным объемом, где мог бы осуществляться проскок газа без взаимодействия жидкостью. Поэтому скорость массопереноса будет одинаково большой по всему объему насадки, что способствует увеличению степени очистки.

Таким образом, предлагаемая конструкция насадки для массообменного аппарата позволяет регулировать и обеспечивать одинаковые свободный объем и удельную поверхность насадки, а также высокую степень очистки от молекул извлекаемого компонента.

Кроме того, проволока или полимерные мононити различной толщины и профиля могут быть изготовлены из отходов, что упрощает и удешевляет конструкцию. Насадкой предлагаемой конструкции несложно проводить оптимизацию, регулируя с помощью гаек высоту насадки в колонне, а значит ее свободный объем и удельную поверхность, переналаживать с одного технологического процесса на другой, промывать при очистке проволок или полимерных мононитей путем отвинчивания гаек, снятия верхнего диска и увеличения свободного объема насадки, что приводит к увеличению производительности и степени очистки.

Насадка для массообменного аппарата, содержащая проволоку или полимерные мононити, фиксирующие элементы в виде параллельных стрежней, установленных в проволоке или полимерных мононитях и закрепленных на концах пластинами, отличающаяся тем, что пластины выполнены в виде перфорированных дисков, а стрежни - в виде болтов, равномерно установленных по окружности дисков, при этом отношение диаметра диска к внутреннему диаметру аппарата составляет

d/D=0,94÷0,98,

где d и D - соответственно диаметр диска и внутренний диаметр аппарата.