ПЛЕНОЧНЫЙ АППАРАТ Российский патент 2005 года по МПК B01D3/28 B01D53/18 B01J10/02 

Изобретение относится к аппаратам для проведения тепло- и массообменных процессов в системе газ-жидкость и может найти применение в химической, пищевой и микробиологической промышленности.

Известен аппарат, содержащий корпус со штуцерами, разделенный горизонтальными перегородками на секции для ввода и вывода жидкости, газа, теплообменную секцию, через которую пропущены цилиндрические пористые трубы, снабженные распределителями жидкости и винтовой полой перфорированной спиралью [1].

Указанный аппарат металлоемок и обладает недостаточно высокой эффективностью за счет неравномерного распределения жидкости на верхней горизонтальной перегородке из-за наличия распределителей жидкости (выполненных в виде цилиндрических труб), оказывающих сопротивление для прохода жидкости по секции для ввода жидкости.

Наиболее близким по технической сущности является пленочный аппарат, состоящий из корпуса, разделенного горизонтальными перегородками на камеры для ввода и вывода жидкости, газа, через которые пропущены контактные трубы, имеющие в верхней части распределительные патрубки, размещенные в них с кольцевым зазором. Верхний конец распределительного патрубка отогнут и герметично присоединен к поверхности трубы, причем полость распределительного патрубка сообщена с полостью камеры для ввода газа, а на поверхности контактных труб ниже горизонтальных перегородок выполнены сквозные прорези с отогнутой кромкой [2].

Указанный аппарат имеет небольшую продолжительность работы, низкую эффективность и производительность по жидкости.

Небольшая продолжительность работы, особенно при использовании вязких, образующих отложения, жидкостей (суспензий), вызвана накоплением отложений на верхней отогнутой части распределительных патрубков и последующим заполнением осадком кольцевого зазора, что не позволяет обеспечить пленочное течение жидкости и приводит к остановке аппарата на очистку, которая, кроме того, затруднена из-за герметичного присоединения патрубков к контактным трубам.

Низкая эффективность аппарата (низкая массоотдача в пленке жидкости (невысокое насыщение жидкости газом)) обусловлена неравномерным распределением жидкости по внутренней поверхности контактных труб из-за неравномерного ввода жидкости в кольцевой зазор (часть зазора перекрывает отогнутая часть распределительного патрубка) и образованием отложений в кольцевом зазоре на наружной поверхности контактных труб под отогнутой частью распределительных патрубков, что вызывает струйное течение жидкости (вместо пленочного), при котором, как известно, интенсивность переноса тепла и массы существенно ниже.

Небольшой расход жидкости через аппарат обусловлен малой площадью прохода жидкости в кольцевой зазор, обусловленный наличием отогнутой части в распределительных патрубках, которая перекрывает проход для жидкости в кольцевой зазор.

Задачей заявляемого пленочного аппарата является увеличение продолжительности работы аппарата, его производительности по жидкости и эффективности массообмена.

Технический результат заключается в более равномерном распределении жидкости по периметру контактных труб, увеличении площади прохода жидкости в кольцевой зазор и увеличении зон контакта газа с жидкостью, а также устранении образования отложений на поверхности распределительных патрубков.

Для достижения указанной цели в пленочном аппарате, состоящем из корпуса с технологическими штуцерами, разделенного горизонтальными перегородками на камеры для ввода и вывода жидкости и газа, контактных труб, снабженных распределительными патрубками и винтовыми спиралями; согласно изобретению между горизонтальными перегородками, образующими камеру для ввода газа соосно с контактными трубами и распределительными патрубками, закрепленными на нижней горизонтальной перегородке, установлены газожидкостные распределители, состоящие из пластин, размещенных радиально распределительным патрубкам с образованием щелей для прохода газа. Верхние торцы пластин снабжены заглушкой, закрепленной на горизонтальной перегородке, а нижние концы пластин опущены в кольцевой зазор, образованный внутренней поверхностью контактной трубы и наружной поверхностью распределительного патрубка, причем хотя бы две рядом стоящие пластины снабжены с боковых торцов вставками, образующими совместно с пластинами канал для прохода жидкости, полость которого сообщена с камерой для ввода жидкости через отверстия, выполненные в заглушке.

На боковой поверхности распределительных патрубков выполнены отверстия для прохода жидкости в их полость.

Пластины газожидкостного распределителя установлены тангенциально относительно боковой поверхности распределительного патрубка.

Размещение между горизонтальными перегородками, образующими камеру для ввода газа соосно с контактными трубами и распределительными патрубками, закрепленными на нижней горизонтальной перегородке газожидкостных распределителей, состоящих из пластин, размещенных радиально распределительным патрубкам с образованием щелей для прохода газа, у которых верхние торцы пластин закрыты заглушкой, закрепленной на горизонтальной перегородке, а нижние концы пластин опущены в кольцевой зазор, образованный внутренней поверхностью контактной трубы и наружной поверхностью распределительного патрубка, а также размещение вставок на боковых торцах пластин, хотя бы у двух рядом стоящих пластин, с образованием совместно с пластинами канала для прохода жидкости, полость которого сообщена с камерой для ввода жидкости через отверстия, выполненные в заглушке, увеличивает продолжительность работы аппарата, производительность по жидкости и эффективность массообмена.

Увеличение продолжительности работы пленочного аппарата заключается в отсутствии застойных зон в каналах для прохода жидкости, что препятствует накоплению отложений на боковой поверхности распределительных патрубков и устраняется забивание каналов для прохода жидкости (тогда как в аппарате, принятом за прототип, застойной зоной является отогнутая часть распределительного патрубка, на которой, как показала практика, скапливаются отложения).

Повышение производительности по жидкости обусловлено увеличением площади каналов для прохода жидкости, которые также можно выполнить сравнительно большими (в аппарате, взятом за прототип, кольцевой зазор, через который подводится жидкость, перекрыт отогнутой частью распределительного патрубка, что существенно снижает производительность по жидкости).

Увеличение эффективности массообмена (высокое насыщение жидкости газом) вызвано равномерным распределением жидкости по внутренней поверхности контактных труб, дополнительной зоной контакта газа с жидкостью, образованной в полости распределительного патрубка, и обеспечением вращательно-поступательного движения газа (в случае размещения пластин газожидкостного распределителя тангенциально относительно боковой поверхности распределительного патрубка).

Закрепление контактных труб и распределительных патрубков на нижней горизонтальной перегородке позволяет разместить газожидкостный распределитель в камере для ввода газа и создать щели для прохода газа и каналы для прохода жидкости, обеспечивая тем самым подвод газа в контактные трубы и беспрепятственный проход жидкости и устранить тем самым накопление отложений на боковой поверхности распределительных патрубков, увеличить производительность по жидкости, продолжительность работы аппарата. Размещение пластин в устройстве для распределения жидкости и газа тангенциально распределительным патрубкам обеспечивает вращательно-поступательное движение газа, а также равномерное распределение жидкости на поверхности контактной трубы на выходе из кольцевого зазора, что увеличивает эффективность массообмена (положительное, интенсифицирующее влияние вращательно-поступательного движения газа на процесс массообмена общеизвестно).

Установка заглушки на верхних торцах пластин с отверстиями и вставок на боковых торцах пластин обеспечивает возможность создания каналов для беспрепятственного прохода жидкости, что устраняет образование осадков, увеличивает производительность по жидкости и удлиняет продолжительность работы аппарата.

Размещение нижних концов пластин в кольцевом зазоре, образованном контактной трубой и распределительным патрубком, позволяет подводить большое количество жидкости (под напором) из камеры для ввода жидкости в кольцевой зазор, обеспечивая эффективную работу аппарата (в противном случае будет происходить затопление камеры для ввода газа жидкостью, что не допустимо).

Выполнение отверстий в распределительном патрубке обеспечивает проход части жидкости в полость патрубка, обеспечивая тем самым дополнительную зону контакта газа с жидкостью, что повышает эффективность массообмена.

На фиг.1 изображен общий вид пленочного аппарата; на фиг.2 - газожидкостный распределитель, установленный между горизонтальными перегородками; на фиг.3 - разрез газожидкостного распределителя по сечению А-А при радиальном размещении пластин; на фиг.4 - разрез газожидкостного распределителя по сечению А-А при тангенциальном размещении пластин; на фиг.5 - вид Б газожидкостного распределителя.

Пленочный аппарат состоит из корпуса 1, горизонтальных перегородок 2, делящих аппарат на камеры для ввода жидкости 3 и газа 4 и камеры вывода газа и жидкости 5. На корпусе аппарата размещен люк-лаз 7, штуцера для ввода жидкости 6, ввода газа 8, вывода жидкости 9 и вывода газа 10. На нижней горизонтальной перегородке 2 закреплены контактные трубы 11, в которых установлены распределительные патрубки 12 и винтовая спираль 13. Между горизонтальными перегородками 2 соосно с контактными трубами 11 и распределительными патрубками 12 установлены газожидкостные распределители 14, состоящие из пластин 15, размещенных радиально либо тангенциально к распределительному патрубку 12, с образованием щелей 16 для прохода газа. Верхние торцы пластин снабжены заглушкой 17, закрепленной на горизонтальной перегородке 2, а нижние концы пластин опущены в кольцевой зазор 18, образованный внутренней поверхностью контактной трубы 11 и наружной поверхностью распределительного патрубка 12, причем ряд пластин попарно снабжен с боковых торцов вставками 19, образующими совместно с пластинами каналы для прохода жидкости 20, полость которых сообщена с камерой для ввода жидкости отверстиями 21, выполненными в заглушке 17. На поверхности распределительных патрубков выполнены отверстия для прохода жидкости 22.

Пленочный аппарат работает следующим образом.

Жидкость через штуцер 6 поступает в камеру 3, а оттуда через отверстия 21 в заглушке 17 проходит в каналы 20, заполняет кольцевой зазор 18, а затем беспрепятственно стекает вниз по внутренней поверхности контактных труб в виде сплошного жидкостного слоя, совершающего вращательно-поступательное движение, интенсивно перемешивается, обтекая витки винтовой спирали и контактируя с газом. Газ через штуцер 8 поступает в камеру 4, проходит через щели 16 для прохода газа в полость распределительных патрубков 12, а затем в контактные трубы 11. В случае установки пластин тангенциально к боковой поверхности распределительного патрубка газ, проходя через щели 16, приобретает вращательно-поступательное движение, а при выходе из распределительных патрубков 12 обеспечивает равномерное распределение жидкости по периметру трубы, предотвращает срыв жидкости при входе из кольцевого зазора, интенсифицирует процесс массообмена. При наличии отверстий 22 на боковой поверхности распределительных патрубков 12 часть жидкости из кольцевого зазора поступает в полость распределительных патрубков, обеспечивая тем самым дополнительный контакт газа с каплями жидкости, что интенсифицирует процесс массообмена (увеличивая количество растворенного газа в жидкости).

Использование заявляемого пленочного аппарата позволяет увеличить продолжительность работы аппарата, производительность по жидкости и повысить эффективность массообмена, что снижает металлоемкость и габариты аппарата, текущие затраты, а следовательно, и себестоимость выпускаемого продукта.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №1801540, В 01 D 3/26, 1993 г. Бюл. №10.

2. Авторское свидетельство СССР №1719009, В 01 D 3/26, 1992 г. Бюл. №10.

Изобретение относится к аппаратам для проведения тепло- и массообменных процессов в системе газ-жидкость и может найти применение в химической, пищевой и микробиологической промышленности. Аппарат содержит корпус, горизонтальные перегородки, контактные трубы, снабженные распределительными патрубками и винтовыми спиралями. Между горизонтальными перегородками, образующими камеру для ввода газа соосно с контактными трубами и распределительными патрубками, закрепленными на нижней горизонтальной перегородке, установлены газожидкостные распределители, состоящие из пластин, размещенных радиально распределительным патрубкам с образованием щелей для прохода газа. Верхние торцы пластин снабжены заглушкой, закрепленной на горизонтальной перегородке, а нижние концы пластин опущены в кольцевой зазор, образованный внутренней поверхностью контактной трубы и наружной поверхностью распределительного патрубка, причем хотя бы две рядом стоящие пластины снабжены с боковых торцов вставками, образующими совместно с пластинами канал для прохода жидкости, полость которого сообщена с камерой для ввода жидкости через отверстия, выполненные в заглушке. На боковой поверхности распределительных патрубков выполнены отверстия для прохода жидкости в их полость. Пластины газожидкостного распределителя установлены тангенциально относительно боковой поверхности распределительного патрубка. Технический результат заключается в более равномерном распределении жидкости по периметру контактных труб, увеличении площади прохода жидкости в кольцевой зазор и увеличении зон контакта газа с жидкостью, а также устранении образования отложений на поверхности распределительных патрубков. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Пленочный аппарат, содержащий корпус с технологическими штуцерами, разделенный горизонтальными перегородками на камеры для ввода и вывода жидкости и газа, контактные трубы, снабженные распределительными патрубками и винтовыми спиралями, отличающийся тем, что между горизонтальными перегородками, образующими камеру для ввода газа соосно с контактными трубами и распределительными патрубками, закрепленными на нижней горизонтальной перегородке, установлены газожидкостные распределители, состоящие из пластин, размещенных радиально к распределительному патрубку с образованием щелей для прохода газа, верхние торцы пластин снабжены заглушкой, закрепленной на горизонтальной перегородке, а нижние концы пластин опущены в кольцевой зазор, образованный внутренней поверхностью контактной трубы и наружной поверхностью распределительного патрубка, причем хотя бы две рядом стоящие пластины снабжены с боковых торцов вставками, образующими совместно с пластинами канал для прохода жидкости, полость которого сообщена с камерой для ввода жидкости через отверстия, выполненные в заглушке.2. Пленочный аппарат по п.1, отличающийся тем, что на распределительном патрубке выполнены отверстия для прохода жидкости в патрубок.3. Пленочный аппарат по пп.1 и 2, отличающийся тем, что пластины газожидкостного распределителя размещены тангенциально относительно боковой поверхности распределительного патрубка.