ТЕПЛОМАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ Российский патент 1998 года по МПК B01D3/30 

Изобретение относится к аппаратам для проведения процессов тепломассообмена в системах газ(пар) - жидкость и может быть использовано в процессах ректификации, абсорбции в нефтеперерабатывающей, нефтехимической и других отраслях промышленности.

Известен вихревой аппарат для осуществления контакта газа (пара) с жидкостью, содержащий корпус и расположенные по его высоте на полотне вихревые элементы, каждый из которых окружен цилиндрической обечайкой, в верхней части которой расположен отбойник, а по центру обечайки установлена переливная труба (см. авт. св. СССР N 182108, B 01 D 3/26, 1964 г.)
Однако в этом аппарате отводящее устройство по жидкости перегружается, уменьшается свободное сечение для прохода газа (пара), что снижает производительность.

Известно сепарационное устройство для массообменного аппарата, выполненного в виде коаксиально расположенных обечаек, во внутренней обечайке расположен завихритель, наружная обечайка закреплена на внутренней и выполнена с прорезями. На полотне тарелки расположены переливные устройства (см. патент РФ N 2033235, B 01 D 3/30, 1995 г.).

Однако в этом устройстве не происходит контакт между фазами в самом элементе. Кроме того, при больших значениях L/G из-за того, что площадь переливных труб, расположенных в межэлементном пространстве тарелки, ограничена, резко снижается производительность.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является контактное устройство для тепломассообменного аппарата, содержащее завихритель, закрепленный на полотне тарелки, окруженный цилиндрической обечайкой, соосно расположенную относительно цилиндрической обечайки сепарационную обечайку, выполненную с прорезями, снабженными направленными внутрь обечайки пластинами, и переливную трубу, размещенную по центру внутри обечаек (см. авт. св. СССР N 580868, B 01 D 3/30, 1977 г.).

Однако в этом устройстве нарушаются условия перетока жидкости и не обеспечивается эффективная дегазация жидкости после контакта с паром (газом). В результате переливные трубы и межэлементное пространство заполняются пеной и тарелка "захлебывается".

Целью изобретения является увеличение производительности аппарата и интенсификация процесса за счет обеспечения эффективности дегазации жидкости в межэлементном пространстве и увеличения времени контакта фаз и улучшения условий разделения.

Сущность изобретения состоит в том, что в тепломассообменном аппарате, включающем корпус и расположенные по высоте тарелки с контактными элементами, каждый из которых содержит завихритель, окруженный цилиндрической обечайкой, и соосно расположенную относительно цилиндрической обечайки сепарационную обечайку, выполненную с прорезями, снабженными направленными внутрь обечайки пластинами, переливную трубу, размещенную по центру внутри обечаек, цилиндрическая обечайка размещена в сепарационной обечайке на расстоянии от нее и снабжена вертикальными пластинами с пазами и фиксирующими элементами, при этом верхняя кромка цилиндрической обечайки расположена на уровне или выше нижней кромки сепарационной обечайки, установленной в пазах вертикальных пластин с возможностью ее фиксации, а нижний срез переливной трубы размещен над завихрителем ниже кромок обечаек.

Целесообразно в тепломассообменном аппарате переливную трубу выполнять в виде усеченного конуса с уклоном книзу, при этом соотношение диаметров верхнего и нижнего сечений конуса должно составлять 1,1 - 1,5; завихритель целесообразно выштамповывать из полотна тарелки и выполнять с кольцевым выступом, диаметр которого равен или больше диаметра переливной трубы в нижнем сечении; переливную трубу снабжать отражателем и ограничительными элементами, при этом отражатель располагать снаружи трубы и устанавливать с возможностью свободного перемещения вдоль переливной трубы, а ограничители закреплять на трубе.

На фиг.1 изображен продольный разрез аппарата,
на фиг.2 - вид сверху,
на фиг. 3 - продольный разрез аппарата, в котором переливная труба выполнена в виде усеченного конуса,
на фиг.4 - выполнение завихрителя с кольцевым выступом.

Тепломассообменный аппарат содержит корпус 1 с расположенными по высоте тарелками 2, полотно каждой тарелки снабжено контактными элементами, каждый из которых включает завихритель 3, окруженный цилиндрической обечайкой 4, расположенной в сепарационной обечайке 5 на расстоянии от нее; сепарационная обечайка выполнена с прорезями 6, снабженными направленными внутрь обечайки пластинами 7; контактный элемент содержит переливную трубу 8, размещенную внутри обечаек по центру; верхняя кромка 9 цилиндрической обечайки расположена на уровне или выше нижней кромки 10 сепарационной обечайки; нижний срез 11 переливной трубы расположен над завихрителем ниже кромок обечаек.

Переливная труба в тепломассообменном аппарате снабжена отражателем 12, установленным снаружи переливной трубы, ограничителями 13 ее перемещения, закрепленными на трубе.

Завихритель может быть выштампован из полотна тарелки и выполнен с кольцевым выступом 14, диаметр которого φ равен или больше диаметра переливной трубы в нижнем ее сечении.

Снаружи цилиндрической обечайки в каждом контактном элементе расположены вертикальные пластины 15, выполненные с пазами 16, в которые вставляется сепарационная обечайка, зажимаемая фиксирующими элементами 17.

Целесообразно переливную трубу выполнять в виде усеченного конуса с уклоном книзу, при этом соотношение диаметров верхнего φ₂ и нижнего φ₁ сечений конуса должно составлять 1,1-1,5.

Сверху сепарационной обечайки установлен отбойник 18.

Тепломассообменный аппарат работает следующим образом.

Газ (пар) и жидкость поступают на тарелку противотоком: газ (пар) снизу, жидкость сверху. Восходящий поток газа (пара) поступает на завихритель 3, где закручивается и контактирует с жидкостью, поступающей сверху через переливную трубу 8. Поскольку нижний срез 11 переливной трубы 8 расположен над завихрителем ниже кромок обечаек, газовый поток не препятствует сливу жидкости из трубы, а наоборот подхватывает ее для контакта. Газожидкостная смесь закручивается и отбрасывается центробежной силой к стенкам цилиндрической обечайки, при этом увеличивается время взаимодействия фаз. Далее, закрученная газожидкостная смесь поступает в сепарационную обечайку 5, где проконтактировавшая жидкость центробежной силой отбрасывается на стенку обечайки, отделяется от газа и стекает через прорези и кольцевую щель между сепарационной обечайкой 5 и цилиндрической обечайкой 4.

Наличие на пути движения газожидкостной смеси вертикальных пластин 15 обеспечивает затухание вращательного ее движения. В результате происходит эффективная дегазация жидкости в межэлементом пространстве.

Вертикальные пластины, установленные снаружи цилиндрической обечайки, приводят к затуханию вращательного движения фаз на выходе из сепарационной обечайки и препятствуют проскоку газовой фазы через переливную трубу на нижерасположенную тарелку, что обеспечивает увеличение производительности тарелки.

На производительность тарелки существенное влияние оказывает отражатель 12, который дополнительно закручивает поток газа и обеспечивает эффективную сепарацию капель жидкости из потока газа. За счет выполнения отражателя с возможностью перемещения вдоль переливной трубы можно регулировать оптимальную высоту установки отражателя от полотна тарелки в зависимости от нагрузки по газу.

Таким образом, в предложенном устройстве обеспечивается многостадийный контакт фаз.

После контакта газ выводится с верхней части аппарата, а жидкость - с нижней части аппарата.

Выполнение завихрителя штамповкой из полотна тарелки с кольцевым выступом, диаметр которого равен или больше диаметра переливной трубы в нижнем ее сечении, приводит к изменению траектории движения жидкости перед завихрителем и способствует равномерному распределению жидкости по периметру завихрителя, уменьшает провал жидкости через лопатки завихрителя при низких нагрузках по газу, что приводит к увеличению эффективности разделения.

Выполнение вертикальных пластин, установленных снаружи цилиндрической обечайки, с пазами и фиксирующими элементами обеспечивает соосность сепарационной обечайки и завихрителя и упрощает монтаж.

Расположение нижнего среза переливной трубы и ее выполнение в виде усеченного конуса с уклоном книзу с соотношением диаметров верхнего и нижнего сечений 1,1-1,5 приводят к уменьшению гидравлического сопротивления, увеличению пропускной способности и производительности за счет увеличения скорости перетока и направленного ввода жидкости на кольцевой выступ завихрителя, обеспечивая равномерность распределения.

Таким образом, применение массообменного аппарата приводит к увеличению производительности, интенсификации процесса за счет обеспечения эффективной дегазации жидкости в межэлементном пространстве, увеличения равномерности распределения и повышения эффективности разделения фаз.

Изобретение относится к аппаратам для проведения процессов тепломассообмена в системах пар (газ)- жидкость и может быть использовано в процессах ректификации, абсорбции в нефтеперерабатывающей, нефтехимической и других отраслях промышленности. Сущность изобретения состоит в том, что в тепломассообменном аппарате, включающем корпус и расположенные по высоте тарелки с контактными элементами, каждый из которых содержит завихритель, окруженный цилиндрической обечайкой, и соосно расположенную относительно цилиндрической обечайки сепарационную обечайку, выполненную с прорезями, снабженными направленными внутрь обечайки пластинами, переливную трубу, размещенную по центру внутри обечаек, цилиндрическая обечайка размещена в сепарационной на расстоянии от нее и снабжена вертикальными пластинами с пазами и фиксирующими элементами, при этом верхняя кромка цилиндрической обечайки расположена на уровне или выше нижней кромки сепарационной обечайки, установленной в пазах вертикальных пластин с возможностью ее фиксации, а нижний срез переливной трубы размещен над завихрителем ниже кромки обечаек. Целесообразно переливную трубу выполнять в виде усеченного конуса с уклоном книзу, при этом соотношение диаметров верхнего и нижнего сечений конуса должно составлять 1,1-1,5; завихритель выштампован из полотна тарелки и выполнен с кольцевым выступом, диаметр которого равен или больше диаметра переливной трубы в нижнем сечении; переливную трубу снабжать отражателем и ограничительными элементами, при этом отражатель располагать снаружи трубы и устанавливать с возможностью перемещения вдоль переливной трубы, а ограничители закреплять на трубе. Применение тепломассообменного аппарата приводит к увеличению производительности в межэлементном пространстве, увеличению равномерности распределения и повышению эффективности разделения фаз. 3 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Тепломассообменный аппарат, включающий корпус и расположенные по высоте тарелки с контактными элементами, каждый из которых содержит завихритель, окруженный цилиндрической обечайкой, и соосно расположенную относительно цилиндрической обечайки сепарационную обечайку, выполненную с прорезями, снабженными направленными во внутрь обечайки пластинами, переливную трубу, размещенную по центру внутри обечаек, отличающийся тем, что цилиндрическая обечайка размещена в сепарационной обечайке на расстоянии друг от друга и снабжена вертикальными пластинами с пазами и фиксирующими элементами, при этом верхняя кромка цилиндрической обечайки расположена на уровне или выше нижней кромки сепарационной обечайки, сепарационная обечайка установлена в пазах вертикальных пластин с возможностью ее фиксации, а нижний срез переливной трубы размещен над завихрителем, ниже кромок обечаек. 2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что переливная труба выполнена в виде усеченного конуса с уклоном книзу, при этом соотношение диаметров верхнего и нижнего сечений конуса составляет 1,1 - 1,5. 3. Аппарат по пп.1 и 2, отличающийся тем, что завихритель выштампован из полотна тарелки и выполнен с кольцевым выступом, диаметр которого равен или больше диаметра переливной трубы в нижнем сечении. 4. Аппарат по пп.1 - 3, отличающийся тем, что переливная труба снабжена отражателем и ограничительными элементами, при этом отражатель расположен снаружи трубы и установлен с возможностью свободного перемещения вдоль переливной трубы, а ограничители закреплены на трубе.