Роторный колонный массообменный аппарат Российский патент 2023 года по МПК B01D3/30 B01D53/18 

Изобретение относится к массообменным аппаратам роторного типа для проведения массообменных процессов между газом (паром) и жидкостью и может быть использовано в газовой, химической и нефтеперерабатывающей промышленности.

Роторная пленочная массообменная колонна, описанная в авторском свидетельстве SU 1457945 А1 (авторы Шафрановский А.В., Шмелев С.Л., Олевский В.М., Курковская В.В.), содержащая вертикальный корпус, соосный вал, контактные ступени, укрепленные на валу и состоящие из закрученных вокруг него отбортованных по краям спиральных лент и центрального распределительного стакана, кольцевые сборники жидкости, установленные под контактными ступенями на внутренней поверхности корпуса, и лотки, расположенные между ступенями, сообщающиеся со сборниками и имеющие слив на нижележащие ступени.

Общими признаками с предлагаемой конструкцией роторного колонного массообменного аппарата является наличие вертикального корпуса (колонны), вращающегося вала, вращающихся контактных ступеней, кольцевых сборников жидкости.

Недостатком является недостаточно высокая интенсивность массопередачи и высокие затраты металла на изготовление аппарата.

Дископленочный абсорбер, описанный в источнике [Абсорбция газов. Рамм В.М., издание второе, переработанное и дополненное, М., Издательство «Химия», 1976 г., на стр. 322, рис. IV-17, а], состоит из горизонтального цилиндрического корпуса и горизонтального вала с закрепленными на нем перфорированными дисками. В горизонтальном цилиндре поддерживается некоторый уровень жидкости. Внутри цилиндра вращается горизонтальный вал с закрепленными на нем перфорированными дисками. Поверхность дисков, выступающая над зеркалом жидкости, покрыта жидкой пленкой; на поверхности этой пленки происходит массопередача. Окружная скорость вращения дисков 0,2-0,3 м/с.

Общими признаками с предлагаемой конструкцией роторного колонного массообменного аппарата является наличие цилиндрического корпуса (колонны), вращающегося вала, вращающихся дисков.

Недостатки аналогичны предыдущему аналогу.

Роторный массообменный аппарат, описанный в патенте SU1101247 А, содержит вертикальный цилиндрический корпус, горизонтальные контактные тарелки, установленные в корпусе и делящие его на контактные зоны, вал, размещенный в корпусе по его оси и проходящий через тарелки, циркуляционные цилиндры, закрепленные на валу над тарелками, турбулизаторы, радиально закрепленные на цилиндрах и выполненные с продольной прорезью, и переливные устройства, соединяющие контактные зоны между собой, при этом аппарат снабжен сетками, закрывающими продольные прорези турбулизаторов, выполненных с эллиптическим поперечным сечением.

Общими признаками с предлагаемой конструкцией роторного колонного массообменного аппарата является наличие цилиндрического корпуса (колонны), вращающегося вала, переливных устройств.

Недостатки аналогичны предыдущему аналогу.

Наиболее близким по конструкции (прототип) является роторно-дисковый колонный экстрактор, описанный в источнике [Основные процессы и аппараты химической технологии. Касаткин А.Г., издание девятое, исправленное, М., Издательство «Химия», 1973 г., на стр. 544, рис. XIII-22]. Роторно-дисковый колонный экстрактор состоит из корпуса, кольцевых перегородок, ротора, привода, распределителей фаз. В этом экстракторе внутри корпуса на равном расстоянии друг от друга укреплены неподвижно кольцевые перегородки. По оси колонны проходит вертикально вал с горизонтальными плоскими дисками, приводимый во вращение посредством привода. Диски ротора размещены симметрично относительно перегородок, причем каждые две соседние кольцевые перегородки и диск между ними образуют секцию колонны.

Общими признаками с предлагаемой конструкцией роторного колонного массообменного аппарата является наличие цилиндрического корпуса, вращающегося вала, вращающихся дисков, привода (электродвигателя), устройств подачи фаз.

Недостатком является недостаточно высокая интенсивность массопередачи и высокие затраты металла на изготовление аппарата.

Задачей изобретения является создание нового высокоэффективного колонного массообменного аппарата роторного типа для проведения массообменных процессов между газом (паром) и жидкостью.

Технический результат изобретения заключается в:

- увеличении интенсивности процессов массопередачи;

- снижении затрат металла на изготовление аппарата.

Устранение указанных недостатков и достижение заявляемого технического результата от реализации нового роторного колонного массообменного аппарата, достигается за счет того, что к валу крепится лопастная крыльчатка, которая увеличивает скорость газа (пара) и способствует увеличению интенсивности массопередачи, также имеются жестко закрепленные на валу диски с отогнутыми штампованными просечками, при этом жидкость движется за счет центробежной силы по направлению от центра диска к периферии диска, при этом, когда жидкость попадает на отогнутую штампованную просечку, жидкость отрывается от диска и подбрасывается вверх, ударяется о вышележащую тарелку и о ее нижние концентрические перегородки и стекает вниз на диск, что приводит к турбулизации, распылению, диспергированию жидкости и к увеличению интенсивности массопередачи, и как следствие, к снижению затрат металла на изготовление аппарата, диски также снабжены сливной перегородкой и направляющим кольцом, при этом направляющее кольцо погружается в жидкость в сливном кольце и препятствует проскоку газа между диском и стенкой колонны, при этом сливное кольцо крепится к корпусу колонны, также в колонном аппарате размещаются неподвижные тарелки со сливными перегородками, при этом сверху и снизу от каждой неподвижной тарелки находятся диски, при этом неподвижные тарелки имеют верхние концентрические перегородки с щелями, при этом высота верхних концентрических перегородок больше высоты сливных перегородок на тарелках, чтобы жидкость не могла переливаться через верхние концентрические перегородки, а текла между ними, также тарелка имеет сливные центральные трубы, трубы с косыми срезами для прохода газа (пара), причем нижний косой срез трубы предназначен для снижения брызгоуноса, а верхний косой срез предназначен для равномерного распределения газа под диском. Тарелка также имеет нижние концентрические перегородки, при этом верхние концентрические перегородки способствуют диспергированию, турбулизации жидкости и увеличению интенсивности массопередачи, причем увеличение интенсивности массопередачи приводит к снижению объема аппарата, и как следствие, к снижению затрат металла на изготовление аппарата.

Отличительной особенностью заявляемого изобретения является размещение на валу лопастной крыльчатки, а также дисков с отогнутыми штампованными просечками, также в аппарате размещаются неподвижные тарелки с верхними концентрическими перегородками с щелями и с нижними концентрическими перегородками. При этом жидкость движется за счет центробежной силы по направлению от центра диска к периферии диска, при этом, когда жидкость попадает на отогнутые штампованные просечки, жидкость отрывается от диска и подбрасывается вверх, ударяется о вышележащую тарелку и о ее нижние концентрические перегородки и стекает вниз на вращающийся диск, что приводит к турбулизации, распылению, диспергированию жидкости и к увеличению интенсивности массопередачи и, как следствие, к снижению затрат металла на изготовление аппарата. Вращающийся диск имеет также сливную перегородку и направляющее кольцо, при этом направляющее кольцо погружается в жидкость в сливном кольце и препятствует проскоку газа между диском и стенкой колонны. Сливное кольцо крепится к корпусу колонны. При этом высота верхних концентрических перегородок с щелями больше высоты сливных перегородок на тарелках, чтобы жидкость не могла переливаться через верхние концентрические перегородки, а текла между ними. Тарелка имеет также сливные центральные трубы для стока жидкости на нижележащий диск, тарелка имеет также трубу с косыми срезами для прохода газа (пара), причем нижний косой срез трубы предназначен для снижения брызгоуноса, а верхний косой срез предназначен для равномерного распределения газа под диском с отогнутыми штампованными просечками.

Сущность предлагаемого роторного колонного массообменного аппарата поясняется чертежами (фиг. 1-5).

Перечень фигур

Фиг. 1. Общий вид роторного колонного массообменного аппарата.

Фиг. 2. Вид сверху на диск.

Фиг. 3. Поперечное сечение диска.

Фиг. 4. Вид сверху на тарелку.

Фиг. 5. Вид снизу на тарелку.

На фиг. 1 приведен общий вид заявляемого роторного колонного массообменного аппарата. На фиг. 2 приведен вид сверху на диск. На фиг. 3 приведено поперечное сечение диска. На фиг. 4 приведен вид сверху на тарелку. На фиг. 5. приведен вид снизу на тарелку.

Заявляемый роторный колонный массообменный аппарат (фиг. 1-5) состоит из вертикального корпуса (колонны) (1), вращающегося соосного вала (2), электродвигателя (3), закрепленных на вращающемся валу дисков (4) с отогнутыми штампованными просечками (19), тарелок (5), устройства подачи жидкости (6), устройства подачи газа (пара) (7), патрубка для выхода газа (пара) (8), патрубка для выхода жидкости (9), сливных центральных труб (10), направляющих колец (11), сливных колец (12), радиального подшипника (13), опорного подшипника (14), вращающихся сливных перегородок (15), неподвижных сливных перегородок (16), труб с косыми срезами для прохода газа (пара) (17), лопастной крыльчатки (18), нижних концентрических перегородок (20), верхних концентрических перегородок (21) с щелями (22). Направляющее кольцо (11) жестко крепится к диску (4) и вращается вместе с ним, при этом направляющее кольцо (11) погружено в жидкость в сливном кольце (12). Между направляющим кольцом (11) и стенкой сливного кольца (12) есть зазор, чтобы при вращении направляющее кольцо (11) не касалось стенки сливного кольца (12). Высота верхних концентрических перегородок (21) больше высоты сливных перегородок (16) на тарелках (5).

Предлагаемый роторный колонный массообменный аппарат, предназначенный для проведения массообменных процессов между газом (паром) и жидкостью, работает следующим образом. Газ (пар) подается в низ аппарата через устройство подачи газа (пара) (7), с помощью вращающейся лопастной крыльчатки (18) турбулизуется и поднимается вверх по аппарату. При подъеме газ (пар) проходит через штампованные просечки (19) во вращающихся дисках (4) и через трубы с косыми срезами для прохода газа (пара) (17). Нижний косой срез труб (17) позволяет снизить брызгоунос при проходе газа (пара) через трубу (17). Газ (пар) сначала ударяется о стенку сливной центральной трубы (10), изменяет направление потока, а затем входит в трубу с косым срезом (17). Внезапное изменение направления потока газа (пара) способствует снижению брызгоуноса за счет осаждения капель жидкости на наружных стенках сливной центральной трубы (10) под действием сил инерции. Косой срез в верхней части трубы (17) позволяет равномерно распределить газ (пар) над тарелкой (5). Газ (пар) не может проскочить между диском (4) и стенкой колонны, поскольку направляющее кольцо (11) погружается в жидкость в сливном кольце (12). Из аппарата (1) газ (пар) выходит через патрубок (8). Жидкость поступает в аппарат через устройство подачи жидкости (6), подается на вращающийся диск (4) с отогнутыми штампованными просечками (19), и сливается с помощью направляющих колец (11) в сливные кольца (12). Из сливных колец (12) жидкость через неподвижный сливной порог (16) поступает на тарелку (5), проходит между концентрическими перегородками (21) и через щели (22), и поступает к центру тарелки (5) и сливается через сливную центральную трубу (10) на нижележащий вращающийся диск (4). С низа аппарата жидкость выводится через патрубок (9). Контакт газа (пара) и жидкости происходит в пространстве между вращающимися дисками (4) и тарелками (5). Вращающиеся диски (4) с отогнутыми штампованными просечками (19) интенсивно распыляют жидкость. Когда жидкость попадает на отогнутую штампованную просечку (19), жидкость отрывается от диска (4) и подбрасывается вверх, ударяется о вышележащую тарелку (5) и о ее нижние концентрические перегородки (20), и стекает вниз на диск (4), что приводит к турбулизации, распылению, диспергированию жидкости и к увеличению интенсивности процессов массопередачи и, как следствие, к снижению затрат металла на изготовление аппарата. На неподвижных тарелках (5) жидкость течет по сложной траектории между верхними концентрическими перегородками (21) и через щели (22). Жидкость не может переливаться через верхние концентрические перегородки (21), а течет между ними, поскольку высота верхних концентрических перегородок (21) больше высоты сливных перегородок (16) на тарелках (5), это способствует турбулизации и перемешиванию жидкости и, как следствие, интенсификации массопередачи и, как следствие, к снижению затрат металла на изготовление аппарата.

Литература

1. Авторское свидетельство SU 1457945 А1. Роторная пленочная массообменная колонна. Авторы: Шафрановский А.В., Шмелев С.Л., Олевский В.М., Курковская В.В. Опубл. 15.02.1989. Бюл. № 6.

2. Рамм В.М. Абсорбция газов. Издание второе, переработанное и дополненное. М, Издательство «Химия», 1976 г., на стр. 322, рис. IV-17, а.

3. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. Издание девятое, исправленное. М., Издательство «Химия», 1973 г., на стр. 544, рис. XIII-22.

4. Авторское свидетельство SU 1101247 А. Роторный массообменный аппарат. Авторы: Одинцов А.В., Брезгин Б.Н., Жилин И.Ф., Крошкин Г.С. Опубл. 07.07.1984, Бюл. № 25.

Изобретение относится к массообменным аппаратам роторного типа для проведения массообменных процессов между газом и жидкостью и может быть использовано в газовой, химической и нефтеперерабатывающей промышленности. Роторный колонный массообменный аппарат содержит цилиндрический корпус, вращающийся вал, вращающиеся диски, электродвигатель, устройства подачи фаз. Диски имеют отогнутые штампованные просечки, сливную перегородку и направляющее кольцо. В аппарате имеются неподвижные тарелки со сливными перегородками и с верхними концентрическими перегородками с щелями. Высота верхних концентрических перегородок больше высоты сливных перегородок на тарелках. Неподвижные тарелки имеют нижние концентрические перегородки, сливные центральные трубы и трубы с косыми срезами. К корпусу аппарата крепятся сливные кольца, а к валу жестко прикреплена лопастная крыльчатка. Техническим результатом является увеличение интенсивности процессов массопередачи и снижение затрат металла на изготовление аппарата. 5 ил.

Роторный колонный массообменный аппарат, содержащий цилиндрический корпус, вращающийся вал, вращающиеся диски, электродвигатель, устройства подачи фаз, отличающийся тем, что диски имеют отогнутые штампованные просечки, сливную перегородку и направляющее кольцо, а также в аппарате имеются неподвижные тарелки со сливными перегородками и с верхними концентрическими перегородками с щелями, при этом высота верхних концентрических перегородок больше высоты сливных перегородок на тарелках, также неподвижные тарелки имеют нижние концентрические перегородки, сливные центральные трубы, трубы с косыми срезами, а также к корпусу аппарата крепятся сливные кольца и к валу жестко прикреплена лопастная крыльчатка.