КОМПАКТНЫЙ ТЕПЛОМАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ Российский патент 1999 года по МПК B01D53/18 

Изобретение относится к устройствам для проведения процессов тепломассообмена в системе газ(пар)-жидкость, таких как абсорбция - десорбция, нагрев - охлаждение, увлажнение - осушение и очистка газов при использовании в химической, пищевой и смежных с ними отраслях промышленности.

Известен тепломассообменный аппарат в виде корпуса с расположенными в верхней части устройством для распределения орошающей жидкости и патрубком отвода газа и размещенными в нижней части патрубками отвода жидкости и подвода газа, разделенными находящимися в средней части слоями проницаемой насадки. Недостатком его является низкая интенсивность процессов теплобмассообмена вследствие грубого диспергирования потоков жидкости и газа при их движении сквозь насадку и, как следствие, большие габариты аппарата. (Рамм В.М. Абсорбция газов. М., Химия, 1976, с. 310).

Интенсификация процессов тепломассообмена достигается при использовании насадки из волокнистого материала, отличающейся очень высокой удельной поверхностью - поверхностью насадки в единице объема. Из таких устройств наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к данному изобретению является компактный тепломассообменный аппарат в виде корпуса с расположенными в верхней части устройством для распределения орошающей жидкости и патрубком отвода газа и размещенными в нижней части патрубками отвода жидкости и подвода газа, разделенными находящимися в средней части слоями волокнистой проницаемой насадки с устройствами для индивидуальной подачи орошающей жидкости на каждый слой (RU 2043143, B 01 D 53/18, 1995 г.)
Жидкость с помощью устройств для индивидуальной подачи равномерно орошает насадку каждого слоя и затем стекает по волокнистой насадке вниз навстречу потоку газа. Количество стекающей жидкости увеличивается по мере движения ее вниз от слоя к слою. Процессы тепломассообмена протекают при встречном движении потоков жидкости и газа внутри волокнистой насадки, где поверхность раздела фаз газ - жидкость чрезвычайно развита. Недостатком данного тепломассообменного аппарата является высокое гидравлическое сопротивление движению газового потока, т.к. последний последовательно проходит все слои смоченной насадки. Кроме того, здесь имеет место существенная неравномерность орошения слоев - плотность орошения линейно возрастает по мере течения жидкости вниз от слоя к слою.

Изобретение направлено на снижение гидравлического сопротивления потоку газа. Это достигается тем, что в тепломассообменном аппарате слой волокнистой насадки заключен между упругими металлическими сетками и выполнен в виде упругой гофрированной пластины-проставки с горизонтальными гофрами, плотно установленной в вертикальном канале и прижатой вершинами гофр к его стенкам, а верхний горизонтальный торец слоя волокнистой насадки заведен в желоб для подвода орошающей жидкости.

На чертеже представлен вертикальный разрез компактного тепломассообменного аппарата: 1 - корпус; 2 - устройство для распределения орошающей жидкости; 3 - патрубок отвода газа; 4 - патрубок отвода жидкости; 5 - патрубок подвода газа; 6 - вертикальный канал; 7 - вертикальные параллельные стенки канала; 8 - заключенный между упругими металлическими сетками слой волокнистой насадки в виде упругой гофрированной пластины-проставки с горизонтальными гофрами; 9 - желоб для подвода орошающей жидкости.

Компактный тепломассообменный аппарат содержит корпус 1 с расположенными в верхней его части устройством 2 для распределения орошающей жидкости и патрубком 3 отвода газа и размещенными в нижней части корпуса 1 патрубками отвода жидкости 4 и подвода газа 5. Верхняя и нижняя части корпуса 1 разделены находящимися в средней его части вертикальными каналами 6, образованными параллельными вертикальными стенками 7, в которые плотно установлены и прижаты вершинами гофр к стенкам 7 упругие гофрированные пластины-проставки 8 с горизонтальными гофрами. Пластины-проставки 8 выполнены из двух упругих металлических сеток с находящимся между ними слоем волокнистой проницаемой насадки. Верхние горизонтальные торцы пластин-проставок 8 заведены в желоба 9 для подвода орошающей жидкости.

Корпус 1 компактного теплобмассообменного аппарата в плане имеет форму прямоугольника. В качестве волокнистой насадки могут быть использованы ткани из различных материалов, в том числе и стеклоткани, а также волокнистые нетканые иглопробивные войлоки из натуральных и синтетических волокон.

Компактный тепломассообменный аппарат работает следующим образом. Орошающая жидкость из расположенного в верхней части теплообменного аппарата устройства 2 для ее распределения поступает в желоба 9 и через заведенные в них верхние горизонтальные торцы слоев волокнистой насадки 8 внутрь слоев. Под действием силы тяжести жидкость течет вниз внутри слоя волокнистой насадки и через ее нижний горизонтальный торец, касающийся вертикальной стенки 7, вытекает из насадки на стенку, движется по ней в виде пленки и затем стекает на дно корпуса 1 и по отводящему патрубку 4 выводится из аппарата.

Поток газа I поступает на обработку в нижнюю часть корпуса 1 через подводящий патрубок 5, распределяется по вертикальным каналам 6, по ним движется вверх и затем по патрубку 3 выводится из аппарата. Вследствие того, что гофрированные пластины-проставки 8 с горизонтальными гофрами плотно установлены в вертикальных каналах 6 и прижаты вершинами гофр к их стенками 7, газ при движении вверх по каналам 6 последовательно проходит сквозь каждые пересекающие каналы 6 участки проницаемых гофрированных пластин-простановок 8 между двумя соседними вершинами гофра.

Процессы тепломассообмена между жидкостью и газом протекают при фильтрации газа сквозь слой насыщенной стекающей жидкостью проницаемой волокнистой насадки. Вследствие чрезвычайно развитой поверхности раздела фаз газ - жидкость внутри частично насыщенной жидкостью волокнистой структуры насадки процессы тепломассообмена отличаются предельной интенсивностью. Достаточно большое число пересечений потоком газа проницаемой насадки в каждом канале позволяет завершить эти процессы при малой длине каналов. Это и обеспечивает компактность тепломассообменного аппарата. Наличие большого числа параллельных каналов позволяет разделить поток газа на отдельные струи, тем самым уменьшить расход газа через каждый канал и, следовательно, снизить перепад давления при течении газа сквозь заданное количество слоев насадки, необходимое для завершения процессов тепломассообмена.

Изобретение может быть использовано для проведения процессов тепломассообмена в системе газ - жидкость, таких как абсорбция - десорбция, нагрев - охлаждение, увлажнение - осушение и очистка газов в химической, пищевой и смежных с ними отраслях промышленности. Компактный тепломассообменный аппарат содержит корпус с расположенными в верхней части устройством для распределения орошающей жидкости и патрубком отвода газа и с размещенными в нижней части патрубками отвода жидкости и подвода газа, разделенными находящимися в средней части слоями волокнистой проницаемой насадки с устройствами для индивидуальной подачи орошающей жидкости на каждый слой. Для повышения интенсивности процессов тепломассообмена, снижения гидравлического сопротивления и уменьшения габаритов аппарата слой волокнистой насадки заключен между упругими металлическими сетками и выполнен в виде упругой гофрированной пластины-проставки с горизонтальными гофрами, плотно установленной в вертикальном канале и прижатой вершинами гофр к его стенкам, а верхний торец слоя волокнистой насадки заведен в желоб для подвода орошающей жидкости. 1 ил.

Компактный тепломассообменный аппарат, содержащий корпус с расположенными в верхней части устройством для распределения орошающей жидкости и патрубком отвода газа и с размещенными в нижней части патрубками отвода жидкости и подвода газа, разделенными находящимися в средней части слоями волокнистой проницаемой насадки с устройствами для индивидуальной подачи орошающей жидкости на каждый слой, отличающийся тем, что слой волокнистой насадки заключен между упругими металлическими сетками и выполнен в виде упругой гофрированной пластины-проставки с горизонтальными гофрами, плотно установленной в вертикальном канале и прижатой вершинами гофр к его стенкам, а верхний торец слоя волокнистой насадки заведен в желоб для подвода орошающей жидкости.