насадка для тепломассообменных аппаратов

Формула изобретения

Насадка для массообменных процессов, внешняя поверхность которой выполнена в виде выпуклого многогранника, включающая полый элемент, внутри которого расположен дополнительный элемент в виде шара, центр которого смещен относительно центра насадки, отличающаяся тем, что внешняя поверхность выполнена в виде граней, симметричных относительно горизонтальной плоскости наибольшего сечения, а верхняя и нижняя грани выполнены в виде находящихся на противолежащих параллельных плоскостях правильных многоугольников, через центры которых проходит ось вращения насадки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к насадкам тепломассообменных аппаратов с псевдоожиженным трехфазным слоем, используемым в химической и других отраслях промышленности.

В изобретении по авт. свид. N 1576191, кл. B 01 J 19/30 описана насадка для массообменных процессов, содержащая полый элемент, выполненный в виде правильного выпуклого многогранника - икосаэдра, во внутренней полости которого закреплен дополнительный элемент, выполненный в виде шара, плотность которого больше средней плотности насадки, а центр смещен относительно центра насадки. При работе аппарата в режиме развитого псевдоожижения насадка совершает пульсационные и циркуляционные движения. Элементы насадки соударяются один с другим, создавая большую турбулизацию взаимодействующих фаз.

Вертикальное положение оси вращения обеспечивает отбрасывание струй в плоскости, перпендикулярной движению потоков жидкости и газа, равномерно распределяет элементы насадки по объему аппарата. Это вызвано тем, что внешняя поверхность выпуклого многогранника (типа икосаэдра), симметричная относительно геометрического центра, не способна эффективно использовать вращательное движение для перемешивания фаз в псевдоожиженном слое, т.к. безразлична к любому направлению вращения, и в результате этого при движении элемента насадки в псевдоожиженном слое присутствует случайная составляющая, под влиянием которой каждый элемент насадки совершает хаотические движения и в течение определенного промежутка времени обходит все точки внутреннего объема аппарата. Такие хаотические движения приводят к полному перемешиванию всего объема жидкости, находящейся в аппарате, и концентрация жидкости на выходе из аппарата практически равна концентрации в любой точке аппарата. При этом уходящий газ соприкасается с концентрированным раствором поглощаемого газа и поэтому нельзя добиться полного извлечения компонента из газовой смеси.

Цель изобретения - создание в аппарате устойчивой гидродинамической обстановки развитого псевдоожижения с противоточным движением жидкости и газа и уменьшения продольного перемешивания для обеспечения более полного извлечения абсорбируемого компонента из газовой фазы.

Это достигается тем, что в насадке для массообменных процессов, внешняя поверхность которой выполнена в виде выпуклого многогранника, включающая полый элемент, внутри которого расположен дополнительный элемент в виде шара, центр которого смещен относительно центра насадки, внешняя поверхность выполнена в виде граней, симметричных относительно горизонтальной плоскости наибольшего сечения, а ось вращения насадки проходит через центры правильных многогранников, находящихся на противолежащих параллельных плоскостях. Форма наибольшего сечения вертикальной плоскостью обеспечивает заполнение пространства зоны псевдоожижения.

На чертеже изображена насадка, которая содержит полый элемент, выполненный в виде кубооктаэдра, у которого грани смещены на угол 60^o относительно плоскости поперечного сечения наибольшей площади, во внутренней полости которого заполнением объема 2 пористым материалом закреплен дополнительный элемент 3, выполненный в виде шара, плотность которого больше средней плотности насадки, а центр тяжести шара смещен относительно центра тяжести насадки таким образом, чтобы обеспечить прохождение оси вращения насадки через центры правильных треугольников, находящихся на противолежащих параллельных плоскостях.

Такое конструктивное решение обеспечивает преимущественно вращательные движения насадки в псевдоожиженном слое, поскольку поступательное движение насадки в вертикальном направлении ограничено, т.к. верхняя и нижняя части насадки являются плоскими. Каждый элемент насадки, таким образом, находится в своей постоянной "нише", выполняя роль "волчка", разбрызгивающего жидкость внешней поверхностью. Вихри жидкости отбрасываются гранями и ребрами боковой поверхности насадки в направлении, перпендикулярном этим граням и плоскостям, и сталкиваются при своем движении со встречно движущимися вихрями, создаваемыми соседним элементом насадки. Встречное направление вихря формируется согласованным расположением граней и ребер насадки, симметричных относительно горизонтальной плоскости наибольшего сечения. Такое взаимодействие вихрей создает эффективное перемешивание взаимодействующих фаз. Взаимное расположение насадочных тел в таком режиме предельно организовано. Насадочные тела благодаря шестигранной форме миделева сечения в вертикальной плоскости равномерно заполняют пространство зоны псевдоожижения, оставаясь каждый в своем слое и перемешивая взаимодействующие фазы только в окрестном объеме окружающего пространства.

Организованная таким образом гидродинамическая обстановка создает противоточное движение газа и жидкости вдоль аппарата. Газ проходит снизу вверх все слои зоны псевдоожижения, промываясь более свежими порциями жидкости. При этом уходящий газ соприкасается с исходным абсорбентом, над которым парциальное давление поглощаемого компонента равно нулю, и достигается более полное извлечение компонента из газовой фазы, чем в случае полного перемешивания всей зоны псевдоожижения, где уходящий газ соприкасается с концентрированным раствором поглощаемого компонента. Кроме того, при противотоке достигается более высокая степень насыщения жидкости извлекаемым из газа компонентом, что в свою очередь приводит к уменьшению расхода абсорбента.