Массообменное контактное устройство для взаимодействия жидкости и газа

Полезная модель относится к тепломассообменной технике и может быть использована в нефтяной, нефтеперерабатывающей, нефтехимической и других отраслях промышленности для массообменных процессов взаимодействия жидкости и газа. Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в повышении прочности зигзагообразной перегородки массообменного устройства. Предлагаемое массообменное устройство содержит зигзагообразные перегородки, формирующие между собой сквозные вертикальные каналы для прохождения жидкости и газа, и закрепленные на них вертикальные секционирующие пластины трапециевидной формы, формирующие пропускные окна между своими торцами и поверхностью зигзагообразной перегородки, а также вертикальные стержни, плотно примыкающие к зигзагообразным перегородкам. Секционирующие пластины закреплены на зигзагообразных перегородках в их впадинах последовательно одна за другой с образованием из них вертикальных рядов, разделяющих эти перегородки по ширине на секции и формирующих, каждый, вместе со своим смежным встречно расположенным на противоположной поверхности перегородки вертикальным рядом единую пару вертикальных рядов, функционирующую в качестве ребра жесткости этой перегородки. Предлагаемая конструкция позволяет увеличить высоту пакета массообменных устройств, располагаемых в колонне на одной опоре и, тем самым, интенсифицировать, процесс массообмена в нем.

Полезная модель относится к тепломассообменной технике, а именно к конструкциям массообменных насадочных контактных устройств, и может быть использована в нефтяной, нефтеперерабатывающей, нефтехимической и других отраслях промышленности для осуществления массообменных процессов между жидкостью и газом.

Известно массообменное контактное устройство для взаимодействия жидкости и газа, содержащее зигзагообразные перегородки, формирующие между собой сквозные вертикальные зигзагообразные каналы для прохождения жидкости и газа, и плотно примыкающие к зигзагообразным перегородкам вертикальные стержни, в котором достигается равномерное пленочное течение жидкости по поверхности перегородок и стержней, а подаваемый встречно снизу вверх газ контактирует с поверхностью истекающей жидкости, не нарушая ее равномерного пленочного течения (Авторское свидетельство СССР 1327897, опубл. 07.08.1987).

Недостатком этого известного устройства является неразвитая поверхность межфазного контакта жидкости и газа, ограниченная поверхностями истечения жидкости по перегородкам и стержням устройства, и, как следствие, недостаточная интенсивность массопереноса.

Наиболее близким к заявленной полезной модели является массообменное контактное устройство для взаимодействия жидкости и газа, содержащее зигзагообразные перегородки, формирующие между собой сквозные вертикальные зигзагообразные каналы для прохождения жидкости и газа, и закрепленные на них в шахматном порядке вертикальные секционирующие пластины трапециевидной формы, формирующие пропускные окна между своими торцами и поверхностью зигзагообразной перегородки, а также вертикальные стержни, плотно примыкающие к зигзагообразным перегородкам (Патент РФ на полезную модель 139121, опубл. 10.04.2014).

Это известное массообменное контактное устройство позволяет увеличить поверхность межфазного контакта между жидкостью и газом за счет установки на зигзагообразных перегородках вертикальных секционирующих пластин, поверхности которых служат дополнительными поверхностями пленочного истечения жидкости, а также позволяет выравнить по сечению устройства движение жидкости за счет шахматного расположения вертикальных секционирующих пластин на поверхностях зигзагообразной перегородки и выравнить движение газа за счет его перетока через пропускные окна между торцами секционирующих пластин и поверхностью зигзагообразной перегородки, обеспечив, тем самым, разнонаправленное обдувание газом динамически свободных тонких пленок жидкости и смягчение ударов капель жидкости об ее истекающую пленку и за счет этого снизить пенообразование в устройстве при работе на пенящихся жидкостях и обеспечить более устойчивый гидродинамический режим работы устройства.

Недостатком этой наиболее близкой к заявляемому решению полезной модели является низкая прочность массообменного устройства из-за рассредоточения секционирующих пластин по площади зигзагообразной перегородки, обуславливающая повышенную нагрузку на его опору при эксплуатации, а при формировании на этой опоре насадки из нескольких вертикально установленных один на другом массообменных устройств ведет либо к необходимости уменьшения высоты самой насадки и, как следствие, к снижению эффективности и интенсивности массообмена, либо к необходимости использования дополнительных опор, что, в свою очередь, удорожает конструкцию, усложняет технологию сборки массообменных насадок и увеличивает временные затраты на ее проведение.

Технический результат от использования предлагаемой полезной модели заключается в повышении прочности зигзагообразной перегородки массообменного устройства за счет формирования на противоположных поверхностях зигзагообразной перегородки смежных вертикальных рядов из секционирующих пластин, образующих собой единые пары вертикальных рядов, функционирующих в качестве ребер жесткости перегородки.

Указанный технический результат достигается тем, что в массообменном контактном устройстве для взаимодействия жидкости и газа, содержащем зигзагообразные перегородки, формирующие между собой сквозные вертикальные зигзагообразные каналы для прохождения жидкости и газа, и закрепленные на перегородках вертикальные секционирующие пластины трапецевидной формы, формирующие пропускные окна между своими торцами и поверхностью зигзагообразной перегородки, а также вертикальные стержни, плотно примыкающие к зигзагообразным перегородкам и расположенные друг от друга на расстоянии 12 ммt28 мм, где t - расстояние между вертикальными стержнями, при этом, сами зигзагообразные перегородки выполнены с соотношением 0,6Н/А2,0, где H - высота ступени контакта, A - ширина ступени контакта,... вертикальные секционирующие пластины закреплены на зигзагообразных перегородках в их впадинах последовательно одна за другой с образованием из них вертикальных рядов, разделяющих эти перегородки по ширине на секции и формирующих, каждый, вместе со своим смежным встречно расположенным на противоположной поверхности перегородки вертикальным рядом единую пару вертикальных рядов, функционирующую в качестве ребра жесткости этой перегородки.

Формирование между вертикальными рядами секционирующих пластин равных по ширине секций способствует равномерному распределению жидкости и газа по ширине каналов.

Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежами, представленными на фигурах:

фиг. 1 - массообменное контактное устройство;

фиг. 2 - узел сопряжения вертикальной секционирующей пластины с зигзагообразной перегородкой;

фиг. 3 - вид A на фиг. 1.

Массообменное контактное устройство содержит зигзагообразные перегородки 1 (фиг. 1), формирующие между собой сквозные вертикальные зигзагообразные каналы 2 для прохождения жидкости и газа, и закрепленные на перегородках 1 вертикальные секционирующие пластины 3 трапецевидной формы, формирующие пропускные окна для перетока газа 4 между своими торцами и поверхностью зигзагообразной перегородки 1 (фиг. 2), а также вертикальные стержни 5, плотно примыкающие к зигзагообразным перегородкам 1.

Зигзагообразные перегородки 1 выполнены с соотношением H/A=0,6÷2,0, где H - высота ступени контакта, A - ширина ступени контакта. Выбор размеров зигзагообразной перегородки обоснован проведенными испытаниями, результаты которых отражены в таблице 1 и которыми установлено, что в приведенном диапазоне величин Н/А наблюдаются наиболее устойчивые динамические пленки истекающей жидкости с наименьшим дроблением их на капли. При уменьшении соотношения Н/А менее чем на 0,6 единиц, или его увеличении более чем на 2,0 единиц, устойчивость пленки резко снижается и происходит ее дробление на капли.

Вертикальные секционирующие пластины 3 (фиг. 1) закреплены на противоположных сторонах зигзагообразной перегородки 1 последовательно одна за другой в ее впадинах с образованием из них вертикальных рядов 6, разделяющих эту перегородку по ширине на равные секции 7. При этом, каждый вертикальный ряд 6 формирует вместе со своим смежным встречно расположенным на противоположной поверхности перегородки 1 вертикальным рядом 8 единую пару вертикальных рядов, функционирующую в качестве ребра жесткости 9 этой перегородки 1, повышающего ее прочность и, тем самым, снижающего нагрузку массообменного устройства на его опору (не показана).

Расстояние между вертикальными стержнями 5 соответствует следующему диапазону: 12 ммt28 мм мм. (таблица 2), поскольку экспериментально именно в таком диапазоне установлен максимальный эффект образования динамически устойчивых двухсторонних пленок жидкости между стержнями 5 и зигзагообразными перегородками 1.

Массообменное контактное устройство работает следующим образом.

Жидкость подают в массообменное устройство сверху с помощью распределительного механизма (не показан) и она стекает вниз по каналам 2 и поверхностям зигзагообразных перегородок 1. При этом, фактическая высота формируемого жидкостью слоя у кромки гиба перегородки 1 соответствует толщине ее пленки, а выбранное расстояние между стержнями 5 препятствует свободному перетоку жидкости вдоль кромки гиба зигзагообразной перегородки 1. Поэтому жидкость стекает по поверхностям перегородок сверху вниз в виде динамически-устойчивых пленок.

В местах соединения зигзагообразных перегородок 1 со стержнями 5 последние разделяют стекающую пленкой жидкость на три пленочные части: две из которых движутся по перегородке 1 с разных сторон стержня 5, а третья - движется по направлению движения жидкости сверху вниз в виде треугольных динамически-устойчивых не дробящихся на капли параллельных пленок, натянутых между обратной стороной стержня 5 и перегородкой 1, цепляясь, с одной стороны, за жидкость, стекающую по стержням 5, а с другой - за жидкость, стекающую по поверхности зигзагообразной перегородки 1. При этом, динамическая устойчивость внутренних пленок жидкости обуславливается действием сил поверхностного натяжения.

Газ поступает в массообменное устройство снизу с помощью распределительного механизма (не показан) и поднимается вверх по сквозным зигзагообразным каналам 2, частично свободно перетекая через окна 4 в сторону меньшего давления из одной секции 7 зигзагообразной перегородки 1 в другие соседние секции 7 и дополнительно турбулизирует движущиеся по каналу 2 навстречу потоки жидкости и газа, контактирует с динамически-устойчивыми пленками жидкости, не разрывая их на капли, и не формируя пузырей, и равномерно распределяется по ширине канала 2. Такой режим работы массообменного устройства способствует интенсификации массообмена и предотвращает ценообразование в устройстве.

Предложенное массообменное контактное устройство для взаимодействия жидкости и газа с совокупностью его существенных признаков позволяет повысить прочность зигзагообразной перегородки массообменного устройства за счет закрепления вертикальных секционирующих пластин последовательно одна за другой с образованием из них вертикальных рядов, разделяющих перегородку по ширине на секции и формирующих, каждый, вместе со своим смежным встречно расположенным на противоположной поверхности перегородки вертикальным рядом единую пару вертикальных рядов, функционирующую в качестве ребра жесткости этой перегородки.

Конструкция предлагаемого массообменного устройства позволяет увеличить высоту пакета массообменных контактных устройств, располагаемых в колонне на одной опоре и, как следствие, интенсифицировать процесс массообмена в нем. При этом, по высоте колонны, в которую устанавливают сами пакеты массообменных устройств в два раза сократить количество промежуточных опор для них, что значительно упрощает сборку этих пакетов в насадки, позволяя сократить затраты на производство насадок массообменных устройств и сроки их сборки.

Массообменное контактное устройство успешно прошло испытания и в настоящее время готовится к использованию в нефтяной, нефтеперерабатывающей, нефтехимической и других отраслях промышленности для осуществления массообменных процессов между жидкостью и газом.

ПРИМЕРЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ

Таблица 1
	Скорость захлебывания аппарата (W, м/с) при различных отношениях H/a и плотности орошения 150 м3/м2-ч
Н/а	0,3	0,5		0,6		1,0		1,5		2,0		2,2		2,5
W	0,9	1,5		1,8		2,0		2,1		2,0		1,7		1,3
Таблица 2
	Скорость захлебывания аппарата (W, м/с) при различном расстоянии между вертикальными стержнями (t, мм) и плотности орошения 150 м3/м 2-ч
t	9		12		15		20		25		28		31
W	1,3		1,8		2,0		2,2		2,1		2,0		1,4

1. Массообменное контактное устройство для взаимодействия жидкости и газа, содержащее зигзагообразные перегородки, формирующие между собой сквозные вертикальные зигзагообразные каналы для прохождения жидкости и газа, и закреплённые на перегородках вертикальные секционирующие пластины трапециевидной формы, формирующие пропускные окна между своими торцами и поверхностью зигзагообразной перегородки, а также вертикальные стержни, плотно примыкающие к зигзагообразным перегородкам и расположенные друг от друга на расстоянии 12 ммt28 мм, где t - расстояние между вертикальными стержнями, при этом сами зигзагообразные перегородки выполнены с соотношением 0,6Н/А2,0, где H - высота ступени контакта, А - ширина ступени контакта, отличающееся тем, что вертикальные секционирующие пластины закреплены на зигзагообразных перегородках в их впадинах последовательно одна за другой с образованием из них вертикальных рядов, разделяющих эти перегородки по ширине на секции и формирующих, каждый вместе со своим смежным встречно расположенным на противоположной поверхности перегородки вертикальным рядом единую пару вертикальных рядов, функционирующую в качестве ребра жёсткости этой перегородки.

2. Массообменное устройство по п. 1, отличающееся тем, что секции зигзагообразной перегородки, образованные вертикальными рядами секционирующих пластин, по ширине перегородки равны между собой.