ТЕПЛОМАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ Российский патент 1997 года по МПК B01J19/32 B01D3/24 

Изобретение относится к тепломассообменным аппаратам с контактным взаимодействием фаз и может быть использовано в химической, нефтегазовой и смежных с ним отраслях промышленности, преимущественно для ректификации, абсорбции и очистки газа.

Из уровня техники известны тепломассообменные аппараты, содержащие корпус с регулярной насадкой из наклонных просечных контактных элементов с отверстиями для перетока жидкости (см. авторское свидетельство СССР N 865312, кл. B01D 53/20, 1980; авторское свидетельство СССР N 1069848, кл. B01D 53/20, 1984; авторское свидетельство СССР N 10450847, кл. B01D 53/18, 1988).

Основным недостатком известных устройств, работающих с противоточным движением фаз, является значительное гидравлическое сопротивление и повышенный унос жидкости.

Наиболее близким к изобретению является тепломассообменный аппарат, содержащий корпус с регулярной насадкой из наклонных, зигзагообразно размещенных, проницаемых контактных элементов, выполненных в виде ступенчатого набора пластин (см. авторское свидетельство СССР N 1708378, кл. B 01D 3/20, 1992). Недостатком данного тепломассообменного аппарата является срыв и унос жидкости с контактных элементов из-за совпадения направления скоростей движения газа, проходящего в зазоры между пластинами под слой жидкости, стекающей по контактному элементу, что снижает эффективность массообмена.

Изобретение направлено на повышение эффективности массообмена за счет снижения уноса жидкости и интенсификации процесса контактного взаимодействия фаз.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в тепломассообменном аппарате, содержащем корпус с регулярной насадкой из наклонных контактных элементов, выполненных в виде ступенчатого набора пластин, согласно изобретению, насадка секционирована по высоте разделительными перегородками со сливными отверстиями, между которыми размещены по крайней мере три контактных элемента, установленных под углом 30 45^o к горизонтальной плоскости, при этом в каждой секции дополнительно установлены с зазором относительно корпуса вертикальные перегородки, примыкающие с противоположных сторон к торцам наклонных контактных элементов, одна из которых образует подводящий газовый канал с окном, расположенным в верхней части под разделительной перегородкой, а другая образует отводящий газовый канал с окном в нижней части, который соединен с подводящим газовым каналом вышерасположенной секции.

Предпочтительно, чтобы пластины в контактном элементе были расположены с перекрытием друг относительно друга.

Кроме того, насадка может быть выполнена в виде отдельных секций, каждая из которых выполнена в виде открытой с торцов обечайки прямоугольного или многогранного сечения в плане. Внутри этих секций (обечаек) жестко закреплены контактные элементы и разделительные наклонные и вертикальные перегородки.

Технический результат в изобретении достигается благодаря тому, что при противоточном движении фаз в целом по аппарату в пределах каждой секции реализуется прямоточное движение потоков газа и жидкости, при этом газ в момент проникания через слой жидкости в зазоре между расположенными с перекрытием пластинами направляется сверху вниз, что увеличивает время контакта фаз и позволяет сформировать двойное сепарационное пространство с поворотом газа на входе в подводящий и отводящий газовые каналы, существенно снизив каплеунос жидкости из аппарата и увеличив скорость циркуляции газа. Кроме того, наклонное расположение пластин в контактном элементе под углом 8 - 15^o способствует повышению степени турбулизации и диспергирования стекающей пленки жидкости, что также увеличивает поверхность фазового контакта и интенсифицирует процесс массообмена.

На фиг. 1 представлен общий вид тепломассообменного аппарата; на фиг.2 изображен контактный элемент.

Аппарат содержит корпус 1, который разделен перегородками 2, имеющими сливные отверстия 3, на секции 4, в каждом из которых зигзагообразно установлено с наклоном под углом 30 45^o к горизонтальной плоскости не менее трех контактных элементов 5, выполненных в виде ступенчатого набора пластин 6, размещенных под углом 8 15^o к горизонтальной плоскости и с перекрытием друг относительно друга. Кроме того, в каждой секции 4 с примыканием к противоположным сторонам контактных элементов 5 установлены вертикальные перегородки 7 и 8, образующие с корпусом соответственно подводящий газовый канал 9 с окном 10, выполненным в верхней части, и отводящий газовый канал 11 с окном 12, выполненным в нижней части, который соединен с подводящим газовым каналом 9 вышерасположенной секции 4.

Тепломассообменный аппарат работает следующим образом.

Газ в каждую секцию 4 подается снизу по подводящему газовому каналу 9 и, огибая вертикальную перегородку 7, через окно 10 проходит верхнее сепарационное пространство и затем поступает на верхний контактный элемент 5, где взаимодействует с жидкостью, которая поступает из вышерасположенной секции 4 сначала в сливной карман 13, образованный перегородкой 2, и затем стекает через сливное отверстие 3 на каскад пластин 6. При этом газ скользит вдоль пленки жидкости и одновременно проникает сквозь нее, проходя сверху через щели между пластинами последовательно: верхнего, среднего и нижнего контактных элементов 5, попадает в нижнее сепарационное пространство, откуда, огибая вертикальную перегородку 8, через нижнее окно 12 поступает в отводящий газовый канал 11, поднимается вверх и направляется в вышерасположенную секцию, которая конструктивно является зеркальным отображением описанной. Жидкость в процессе взаимодействия с газом стекает в виде тонкой турбулентной пленки по каскаду наклонных пластин 6 сначала верхнего контактного элемента 4, затем через сливную щель 14, снабженную направляющим козырьком 15, перетекает на средний и нижний контактные элементы 4 данной секции и собирается в сливном кармане 13, откуда поступает в нижерасположенную секцию. Отсепарированные при поворотах газового потока капли жидкости осаждаются на поверхностях перегородок 2, 7 и 8, стекая на верхний контактный элемент 4 или в сливной карман 13, и не уносятся газом в следующую секцию.

В варианте выполнения внутренний объем массообменного аппарата может быть заполнен отдельными секциями, выполненными в виде открытых с торцов обечаек прямоугольного (квадратного) или многогранного сечения в плане. В этом варианте (см. фиг. 1) корпус 1а заполнен обечайками 2б; 2б'; 2б'' и т.д. внутри которых жестко закреплены перегородки 2 со сливными отверстиями 3 и контактные элементы 5, а также вертикальные перегородки 7, образующие со стенками обечайки подводящий 9 и отводящий 11 газовые каналы. Работа устройства в этом варианте выполнения осуществляется аналогично вышеописанному, а монтаж насадки производится так, как показано на фиг.1.

Изобретение относится к тепломассообменным аппаратам с контактным взаимодействием фаз. Тепломассообменный аппарат содержит корпус, разделенный перегородками со сливными отверстиями на секции, в каждой из которых зигзагообразно установлено с наклоном под углом 30 - 45^o к горизонтальной плоскости по три контактных элемента, выполненных под углом 8 - 15^o к горизонтальной плоскости и с перекрытием. При этом в каждой секции с примыканием к противоположным сторонам контактных элементов установлены вертикальные перегородки, образующие с корпусом подводящий и отводящий газовые каналы, снабженные окнами, выполненными, соответственно, в их верхней и нижней частях. При этом отводящий газовый канал нижерасположенной секции соединен с подводящим газовым каналом вышерасположенной секции, что при противоточном движении фаз в целом по аппарату обеспечивает прямоточное движение потоков газа и жидкости в пределах каждой секции и дополнительную сепарацию капель жидкости при повороте газа на входе и выходе из упомянутых каналов. Кроме того, насадка может быть выполнена в виде отдельных секций, каждая из которых выполнена в виде открытой с торцов обечайки прямоугольного или многогранного сечения в плане. Внутри этих секций /обечаек/ жестко закреплены контактные элементы и разделительные наклонные и вертикальные перегородки. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Тепломассообменный аппарат, содержащий корпус с регулярной насадкой из наклонных зигзагообразно расположенных контактных элементов, выполненных в виде ступенчатого набора пластин, отличающийся тем, что насадка секционирована по высоте разделительными перегородками со сливными отверстиями, между которыми размещены по крайней мере три контактных элемента, установленных под углом 30 45^o к горизонтальной плоскости, при этом в каждой секции дополнительно установлены с зазором относительно корпуса вертикальные перегородки, примыкающие с противоположных сторон к торцам наклонных контактных элементов, одна из которых образует подводящий газовый канал с окном, расположенным в верхней части под разделительной перегородкой, а другая образует отводящий газовый канал с окном в нижней части, который соединен с подводящим газовым каналом вышерасположенной секции. 2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что пластины в контактном элементе расположены с перекрытием одна другой. 3. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что каждая секция выполнена в виде обечайки прямоугольного или многогранного профиля.