Полимерный элемент наполнителя для установки разделения жидкости и газа при очистке воды

Техническое решение относится к конструкциям насыпных насадок для тепломассообменных аппаратов и может быть использовано в химической, нефтеперерабатывающей, нефтехимической и других отраслях промышленности при осуществлении тепломассообменных процессов в системах жидкость-пар (газ), преимущественно для дегазации воды. Элемент содержит первую пластину, в которой выполнено отверстие, по обе стороны пластины расположены, по меньшей мере, 5 неплоских элементов, образующие суммарно тело вращения, через неплоские элементы проходит вторая пластина, проходящая по центральной оси отверстия в первой пластине и ориентированная перпендикулярно первой пластине, при этом один из изгибов неплоских элементов расположен в плоскости второй пластины. 2 з.п. ф-лы.

Техническое решение относится к конструкциям насыпных насадок для тепломассообменных аппаратов и может быть использовано в химической, нефтеперерабатывающей, нефтехимической и других отраслях промышленности при осуществлении тепломассообменных процессов в системах жидкость-пар (газ), преимущественно для дегазации воды.

Известен шаровидный элемент наполнителя для насадочных колонн (RU, патент 2310499). Шаролидный элемент выполнен диаметром 20-70 мм с 6-9-ю углублениями в сферической поверхности, оси которых сходятся в центре шара, разделенными стенками, причем толщина стенок между углублениями уменьшается к центру шара.

Недостатком указанного элемента наполнителя является недостаточная эффективность массообмена и высокое гидравлическое сопротивление.

Известен также (RU, патент 98330) элемент наполнителя для насадочных колонн. Известный элемент выполнен шарообразной формы, в сферической поверхности которого образованы углубления, разделенные тонкими стенками. Кроме того, шарообразный элемент разделен на две половины сплошной круглой перегородкой с овальным проходным отверстием, расположенным в центре перегородки, на продольной оси проходного отверстия, перпендикулярно перегородке закреплена перемычка, разделяющая проходное отверстие по его продольной оси пополам, на перемычке на равном расстоянии друг от друга закреплены конусообразные штыри, к которым прикреплены тонкие стенки, выполненные волнообразной формы, при этом прикрепление стенок к штырям выполнено в месте образования центрального гребня. Стенки расположены друг от друга с шагом от 0,05 до 0,15 диаметра шарообразного элемента, параллельно друг другу, перпендикулярно круглой перегородке и закреплены симметрично с двух сторон на круглой перегородке и на конусообразных штырях перемычки. Вокруг проходного отверстия, со стороны утолщений конусообразных штырей, расположена накладка.

Недостатком известного элемента следует признать недостаточная эффективность массообмена, а также сложность конструкции, исключающей возможность изготовления его из других материалов, кроме полимерных.

Технической задачей разработки является снижение гидравлического сопротивления путем изменения профиля поверхности межфазного контакта жидкость/газ.

Технический результат, получаемый при реализации разработанной конструкции, состоит в повышении интенсивности массообмена и повышение производительности массообменных аппаратов.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанный полимерный элемент наполнителя для установки разделения жидкости и газа при очистке воды разработанной конструкции. Полимерный элемент наполнителя для установки разделения жидкости и газа при очистке воды, содержит первую пластину, в которой выполнено отверстие, по обе стороны пластины расположены, по меньшей мере, 5 неплоских элементов, образующие суммарно тело вращения, через неплоские элементы проходит вторая пластина, проходящая по центральной оси отверстия в первой пластине и ориентированная перпендикулярно первой пластине, при этом один из изгибов неплоских элементов расположен в плоскости второй пластины. В предпочтительном варианте реализации элемент содержит семь неплоских элементов. В большинстве вариантов реализации он выполнен из полипропилена. Однако возможно использование и других стойких к горячей воде полимерных материалов.

Наличие у элемента наполнителя для насадочных колонн значительного количества элементов с большой площадью поверхности и образованного этими элементами значительного свободного объема позволило увеличить поверхность контакта взаимодействующих фаз. Такое выполнение конструкции элемента насадки приводит к интенсификации процесса массообмена, а также способствует образованию в слое насадки турбулентного течения на внутренних поверхностях элемента. В свою очередь, пересечение жидкостного и газового потоков при переходе с одной насадки на другую создает дополнительные местные завихрения жидкостного и газового потоков, улучшает условия для межфазного перемешивания, т.е. усиливает турбулизацию и повышает кратность обновления поверхности контакта взаимодействующих фаз, что приводит к повышению эффективности массообмена и снижению гидравлического сопротивления. Наличие на продольной оси проходного отверстия, перпендикулярно перегородке закрепленной перемычки, к которым прикреплены тонкие волнообразные стенки, приведет к самоориентации насадки по направлению к соосным контактируемым потокам при загрузке в навал за счет смещенного центра тяжести, в результате чего возрастает пропускная способность насадки и ее удельная поверхность, что также приводит к интенсификации процесса массообмена и снижению гидравлического сопротивления.

Минимальное значение шага между стенками зависит от условий эксплуатации элемента и может изменять в значительных пределах. Размера шага определяют в зависимости от условий создания максимального тепломассообмена.

Выбор материала изготовления элемента зависит от условий его использования, а также от его геометрических размеров. Предпочтительно элемент выполняют путем отливки в форму.

Элемент наполнителя для насадочных колонн для дегазации воды работает следующим образом.

При загрузке колонны элементами наполнителя они размещаются в колонне произвольно. Однако под действием потоков жидкости и газа элементы наполнителя разворачиваются таким образом, что гидравлическое сопротивление насадки было минимальным, повышая тем самым производительность аппарата. После заполнения аппарата насадкой и подачи в него сверху жидкости, она, проходя через насадку, интенсивно разбрызгивается, перераспределяется по диаметру аппарата, взаимодействуя на поверхности элементов насадки с восходящим воздухом, поступающим с помощью вентилятора снизу колонны.

При движении воды сверху вниз через элементы наполнителя на поверхности элементов образуется пленка жидкости, а в промежутках между стенками накапливается жидкость, которая затем перетекает на нижние элементы. Конструкция элемента наполнителя исключает застойные области контактных зон и повышает равномерность распределения потоков и снижение гидравлического сопротивления. Увеличенная за счет выполнения элементов неплоскими удельная поверхность наполнителя, оптимальное расположение элемента при его загрузки в колонну способствует более интенсивному массообмену за счет постоянного обновления межфазной поверхности.

Использование элемента наполнителя подобной конструкции обеспечивает повышение интенсивности массообмена и повышение производительности массообменных аппаратов.

1. Полимерный элемент наполнителя для установки разделения жидкости и газа при очистке воды, отличающийся тем, что он содержит первую пластину, в которой выполнено отверстие, по обе стороны пластины расположены, по меньшей мере, 5 неплоских элементов, через неплоские элементы проходит вторая пластина, проходящая по центральной оси отверстия в первой пластине и ориентированная перпендикулярно первой пластине, при этом один из изгибов неплоских элементов расположен в плоскости второй пластины.

2. Элемент по п.1, отличающийся тем, что он содержит семь неплоских элементов.

3. Элемент по п.1, отличающийся тем, что он выполнен из полипропилена.