НАСАДОЧНЫЙ ГОРИЗОНТАЛЬНЫЙ АППАРАТ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ МАССОТЕПЛООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ Российский патент 1998 года по МПК F28C3/06 

Изобретение относится к области массотеплообменной аппаратуры и может быть использовано в различных производствах химической, нефтехимической промышленности и цветной металлургии, например, в производстве серной кислоты.

Известен вертикальный насадочный аппарат, используемый в производстве серной кислоты контактным или башенным методом.

Аппарат представляет собой цилиндрическую футерованную емкость. В нижней части находится специальная керамическая конструкция, служащая для поддержания насадки. Над ней располагается в укладку или навалом слой насадки высотой 4 - 8 м, на котором проходят массотеплообменные процессы. В верхней части аппарата находятся оросительные устройства в виде форсунок, оросительных плит или желобов, распределительных коллекторов.

Недостатком этого аппарата является необходимость подъема орошающей жидкости на большую высоту (15 - 20 м), и, как следствие, повышение энергозатрат на перекачку жидкости. Используемая в этих аппаратах противоточная схема взаимодействия потоков предъявляет повышенные требования к равномерности распределения жидкости по сечению насадки, что приводит к осложненности оросительных систем.

Нижняя и верхняя часть этих аппаратов не несет функциональных нагрузок и увеличивает стоимость аппарата, не участвуя в массотеплообмене (В.М.Рамм. Абсорбция газов. М.: Химия, 1976, с. 309).

Наиболее близким к описываемому по технической сущности и достигаемому результату является другой известный насадочный горизонтальный аппарат для проведения массотеплообменных процессов, содержащий корпус, закрытый крышкой и заполненный насадкой, герметическую камеру, снабженную оросительным устройством, расположенную на крышке аппарата, штуцера ввода и вывода газов и жидкости. В описанном аппарате оросительные устройства выполнены в виде системы коллекторов, расположенных на крышке аппарата над насадочным слоем (В. Н. Ужов, Б. И. Мягков. Очистка промышленных газов фильтрации. М.: Химия, 1970, с. 272 - 273).

К недостаткам подобной конструкции относится невысокая эффективность работы из-за проскока части абсорбируемого компонента в верхней части аппарата. Используемая в этих аппаратах система вертикальных перегородок в зоне проскока технологического газа только частично решает эту проблему.

Кроме того, стандартные системы распределения жидкости, такие как коллекторы, система орошающих форсунок и т.д., не обеспечивают равномерного смачивания насадки, сильно зависят от изменений расхода жидкости, склонны к залипанию при остановках аппарата.

Предлагаемый насадочный горизонтальный аппарат для проведения массотеплообменных процессов содержит корпус, закрытый крышкой и заполненный насадкой, герметическую камеру, снабженную оросительным устройством, расположенную на крышке аппарата, штуцера ввода и вывода газов и жидкости, согласно изобретению оросительное устройство состоит из двух расположенных друг над другом решеток и слоя насадки, причем верхняя решетка выполнена с перфорацией, обеспечивающей полный провал жидкости на нижнюю решетку, перфорация нижней решетки выполнена таким образом, что на ней образуется гидростатический слой жидкой фазы необходимой высоты, а слой насадки расположен под решетками выше обреза герметической камеры на высоту, составляющую не менее трех определяющих размеров насадки.

Возможно на крышке аппарата располагать две или более герметичных камер.

Целесообразно перфорацию нижней решетки выполнять таким образом, чтобы обеспечить необходимую плотность орошения по фронту насадки.

Новым в аппарате является выполнение указанным образом оросительного устройства. Задачей, поставленной перед нами, было проведение массотеплообменного процесса с максимальной интенсивностью, обеспечивающей полное использование поверхности насадки, и, как следствие, снижение на 30 - 40% ее объема. Для достижения этой цели необходимо добиться равномерного распределения жидкости по сечению насадки. Выполнение этой задачи возможно при конструкции оросительного устройства из двух решеток и слоя насадки. Верхняя решетка выполнена с перфорацией, обеспечивающей полный провал жидкости на нижнюю решетку, и, как следствие, обеспечение спокойного подвода жидкости к нижней решетке. Перфорация этой решетки выбирается в каждом конкретном случае исходя из общего количества орошения и площади перфорированной решетки. Нижняя решетка имеет перфорацию, позволяющую обеспечить определенный столб жидкости на ней, зависящий от количества орошения и давления газа в аппарате. Минимальная высота слоя устанавливается в каждом конкретном случае и определяется отсутствием проскока газа под верхнюю решетку. Наличие насадочного слоя, играющего также роль оросителя, обеспечивает окончательное равномерное распределение орошения и полностью предотвращает проскок газа помимо реакционной зоны. Проведенные опыты с использованием различной высоты насыпного слоя показали, что минимальный брызгоунос достигается при высоте слоя не менее трех определяющих размеров насадки.

Снабжение аппарата двумя или более герметичными камерами позволяет провести процесс массотеплообмена с изменением технологических параметров (плотность орошения, температура, концентрация) по фронту насадки, что исключено в аппаратах любого другого типа (требуется последовательная установка нескольких аппаратов). Так как возможны случаи, когда по фронту насадки наблюдается большой перепад давления, истечение жидкости может быть неравномерно. Для исключения этого явления перфорация нижней решетки выполняется неодинаковой по длине решетки, чем и создается равномерное истечение жидкости.

Предложенный аппарат представлен на чертеже.

Насадочный аппарат состоит из горизонтального корпуса 1, закрытого крышкой 2, корпус заполнен насадкой 3. Корпус также снабжен торцевыми крышками диффузорами с штуцерами входа газа 4 и выхода газа 5. На крышке аппарата установлена герметичная камера 6 с верхней решеткой 7, нижней решеткой 8 и слоем насадки 9. На герметичной камере и днище аппарата установлены штуцера для подвода и вывода орошающей жидкости 10.

Аппарат работает следующим образом. Через штуцер герметичной камеры 10 на верхнюю перфорированную решетку 7 подается жидкость, которая полностью проваливается на нижнюю перфорированную решетку 8, где устанавливается равномерный гидростатический слой жидкости, обеспечивающий достаточно равномерное распределение жидкости по сечению насадки 9. Слой насадки 9 обеспечивает окончательное распределение жидкости по сечению рабочего слоя насадки 3. После выполнения заданных функций массотеплообмена (например, осушка газа, абсорбция и т.д.) жидкость выводится через штуцер 10, установленный на днище аппарата.

Использование предложенного аппарата в процессах массотеплообмена позволит обеспечить полное смачивание загруженной в аппарат насадки, что позволяет значительно интенсифицировать массотеплообмен и, как следствие, сократить объем насадки.

Данный аппарат может быть применен в процессе очистки запыленных газов и для оптимального оформления режима конденсации пара с минимальным образованием тумана.

Изобретение предназначено для массотеплообменной аппаратуры, используемой в химической и нефтехимической промышленности. Аппарат содержит корпус, закрытый крышкой и заполненный насадкой, герметическую камеру, снабженную оросительным устройством, расположенную на крышке аппарата, штуцера ввода и вывода газов и жидкостей. Оросительное устройство состоит из двух расположенных друг над другом решеток и слоя насадки, причем верхняя решетка выполнена с перфорацией, обеспечивающей полный провал жидкости на нижнюю решетку, перфорация нижней решетки выполнена таким образом, что на ней образуется гидростатический слой жидкой фазы необходимой высоты, а слой насадки расположен под решетками выше обреза герметической камеры на высоту, составляющую не менее трех определяющих размеров насадки. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Насадочный горизонтальный аппарат для проведения массотеплообменных процессов, содержащий корпус, закрытый крышкой и заполненный насадкой, герметическую камеру, снабженную оросительным устройством, расположенную на крышке аппарата, штуцера ввода и вывода газов и жидкости, отличающийся тем, что оросительное устройство состоит из двух расположенных друг над другом решеток и слоя насадки, причем верхняя решетка выполнена с перфорацией, обеспечивающей полный провал жидкости на нижнюю решетку, перфорация нижней решетки выполнена таким образом, что на ней образуется гидростатический слой жидкой фазы необходимой высоты, а слой насадки расположен под решетками выше обреза герметической камеры на высоту, составляющую не менее трех определяющих размеров насадки. 2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что на крышке расположено две или более герметические камеры, а перфорация нижней решетки выполнена таким образом, что обеспечивает необходимую плотность орошения по фронту насадки.