Роторный струйный 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 струйного массообменного аппарата является наличие вертикального корпуса (колонны), вращающегося вала, вращающихся массообменных устройств.

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 струйного массообменного аппарата является наличие цилиндрического корпуса (колонны), вращающегося вала, вращающихся массообменных устройств.

Недостатки аналогичны предыдущему аналогу.

Роторный массообменный аппарат, описанный в патенте SU 1101247 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.

Недостатки аналогичны предыдущему аналогу.

Наиболее близким по конструкции (прототип) является роторный центробежный абсорбер с вертикальным вращающимся валом, описанный в источнике [Основные процессы и аппараты химической технологии. Касаткин А.Г., издание девятое, исправленное, М., Издательство «Химия», 1973 г., на стр. 458, рис. Х1-30]. В этом аппарате вращающиеся тарелки, укрепленные на валу, чередуются с неподвижными тарелками, которые крепятся к корпусу колонны. Вращающиеся тарелки снабжены кольцевыми вертикальными ребрами, а неподвижные тарелки - коаксиальными ребрами. При таком устройстве между вращающимися и неподвижными тарелками образуются кольцевые каналы. Жидкость поступает в центральную часть колонны и под действием центробежной силы разбрызгивается кромкой вращающегося ребра. Капли пролетают пространство, заполненное газом, и ударяются о стенку соответствующего ребра неподвижной тарелки. Таким образом при движении жидкости от центра к периферии тарелки происходит многократное контактирование фаз.

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

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

Задачей изобретения является создание нового высокоэффективного струйного 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 крепятся соосные перфорированные трубы разного диаметра, при этом жидкость подается из распределителя во внутреннюю перфорированную трубу, при этом внутренняя перфорированная труба в рабочем режиме заполнена жидкостью полностью, каждая перфорированная труба в стенках имеет патрубки, загнутые вверх, для образования струй жидкости за счет центробежной силы, а в межтрубных пространствах струи жидкости ударяются о вышележащие кольцевые полки и диспергируются в газе (паре), образуя большую поверхность контакта фаз, что приводит к турбулизации и к увеличению интенсивности массопередачи, и как следствие, к снижению затрат металла на изготовление аппарата, после этого жидкость падает на нижележащую кольцевую полку, а с нее попадает в соответствующие патрубки, при этом внутренняя и внешняя перфорированные трубы снабжены нижним днищем, также все перфорированные трубы, кроме одной внутренней, имеют наклонные кольцевые брызгоотбойники для снижения брызгоуноса и увеличения интенсивности массопередачи, что приводит к снижению затрат металла на изготовление аппарата, также к валу крепится соосная труба без перфорации, внутри которой находятся все перфорированные трубы, при этом соосная труба без перфорации имеет верхнее и нижнее днища, в которых есть проходы для газа (пара) и жидкости, при этом между соосной трубой без перфорации и корпусом колонны находится лабиринтное уплотнение, предотвращающее попадание газа (пара) с низа колонны вверх колонны, минуя перфорированные трубы, при этом газ (пар) движется в межтрубном пространстве.

Отличительной особенностью заявляемого изобретения является размещение на валу соосных перфорированных труб разного диаметра, при этом каждая перфорированная труба в стенках имеет патрубки, загнутые вверх, для образования струй жидкости за счет центробежной силы, при этом внутренняя и внешняя перфорированные трубы снабжены нижним днищем, также все перфорированные трубы, кроме одной внутренней, имеют наклонные кольцевые брызгоотбойники для снижения брызгоуноса и увеличения интенсивности массопередачи, что приводит к снижению затрат металла на изготовление аппарата, также к валу крепится соосная труба без перфорации, внутри которой находятся все перфорированные трубы, при этом соосная труба без перфорации имеет верхнее и нижнее днища, в которых есть проходы для газа (пара) и жидкости, при этом между соосной трубой без перфорации и корпусом колонны находится лабиринтное уплотнение, предотвращающее попадание газа (пара) с низа колонны вверх колонны, минуя перфорированные трубы. При этом жидкость подается из распределителя во внутреннюю перфорированную трубу, при этом внутренняя перфорированная труба в рабочем режиме заполнена жидкостью полностью. Струи жидкости, вытекающие из патрубков, ударяются о вышележащие кольцевые полки и диспергируются в газе (паре), образуя большую поверхность контакта фаз, что приводит к турбулизации и к увеличению интенсивности массопередачи, и как следствие, к снижению затрат металла на изготовление аппарата. После удара о кольцевую полку жидкость падает на нижележащую кольцевую полку, а с нее попадает в соответствующие патрубки. При этом газ (пар) движется в межтрубном пространстве. Нижнее днище трубы без перфорации крепится к валу с помощью ребер.

Сущность предлагаемого роторного колонного массообменного аппарата поясняется чертежами (фиг. 1-9). Перечень фигур:

Фиг. 1. Общий вид роторного струйного массообменного аппарата.

Фиг. 2. Сечение А-А.

Фиг. 3. Сечение Б-Б.

Фиг. 4. Сечение В-В.

Фиг. 5. Выносной элемент Г.

Фиг. 6. Общий вид внутренней перфорированной трубы с патрубками.

Фиг. 7. Вертикальный осевой разрез внутренней перфорированной трубы с патрубками.

Фиг. 8. Общий вид промежуточной перфорированной трубы с патрубками.

Фиг. 9. Вертикальный осевой разрез промежуточной перфорированной трубы с патрубками.

На фиг. 1 приведен общий вид заявляемого роторного струйного массообменного аппарата. На фиг. 2 приведено сечение А-А. На фиг. 3 приведено сечение Б-Б. На фиг. 4 приведено сечение В-В. На фиг. 5 приведен выносной элемент Г с фиг. 1. На фиг. 6 приведен общий вид внутренней перфорированной трубы с патрубками (здесь фон низа чертежа выполнен в виде сетки). На фиг. 7 приведен вертикальный осевой разрез внутренней перфорированной трубы с патрубками (здесь фон низа чертежа выполнен в виде сетки). На фиг. 8 приведен общий вид промежуточной перфорированной трубы с патрубками (здесь фон низа чертежа выполнен в виде сетки). На фиг. 9 приведен вертикальный осевой разрез промежуточной перфорированной трубы с патрубками (здесь фон низа чертежа выполнен в виде сетки).

Заявляемый роторный струйный массообменный аппарат (фиг. 1-9) состоит из вертикального корпуса (колонны) (1), вращающегося соосного вала (2), электродвигателя (3), подшипников (4), внутренней перфорированной трубы (5) с патрубками (8), промежуточной перфорированной трубы (6) с патрубками (8), внешней перфорированной трубы (7) с патрубками (8), днища (9) внешней перфорированной трубы (7), днища (10) внутренней перфорированной трубы (5), труб (11) для прохода газа (пара), трубы (12) без перфорации, кольцевых полок (13), сливной трубы (14) для жидкости, распределителя жидкости (15), патрубка для входа газа (пара) (16), патрубка для выхода жидкости (17), патрубка для выхода газа (пара) (18), лабиринтного уплотнения (19), нижнего днища (20) трубы (12) без перфорации, верхнего днища (21) трубы (12) без перфорации, перегородки (22), кольцевых наклонных брызгоотбойников (23); кольца для выхода газа (пара) (24); ребер (25) для крепления нижнего днища (20) к валу (2).

Предлагаемый роторный струйный массообменный аппарат, предназначенный для проведения массообменных процессов между газом (паром) и жидкостью, работает следующим образом. Газ (пар) подается в низ аппарата через патрубок (16) и поднимается вверх по аппарату. При подъеме газ (пар) проходит через трубы (11) и поступает в межтрубное пространство между вращающейся внешней перфорированной трубой (7) и вращающейся трубой (12) без перфорации в нижней секции аппарата. В этом межтрубном пространстве газ (пар) контактирует со струями жидкости, истекающими из патрубков (8). Далее газ (пар) поднимается до перегородки (22), поворачивает, и спускается вниз в межтрубном пространстве между вращающейся промежуточной перфорированной трубой (6) и вращающейся внешней перфорированной трубой (7) до нижнего днища (9) вращающейся внешней перфорированной трубы (7). В этом межтрубном пространстве газ (пар) контактирует со струями жидкости, истекающими из патрубков (8) вращающейся промежуточной перфорированной трубы (6). Далее газ (пар) поворачивает и поднимается вверх в межтрубном пространстве между вращающейся внутренней перфорированной трубой (5) и вращающейся промежуточной перфорированной трубой (6), где газ (пар) контактирует со струями жидкости, истекающими из патрубков (8) внутренней перфорированной трубы (5). Брызги жидкости, содержащиеся в газе (паре), улавливаются кольцевыми наклонными брызгоотбойниками (23). Далее газ (пар) проходит через трубы (11) и поступает в верхнюю секцию. В верхней секции контакт газа (пара) и жидкости осуществляется также, как и в нижней секции. Из верхней секции газ (пар) поступает через кольцо (24) в верхнюю часть аппарата и выходит через патрубок (18). Газ (пар) не может пройти через пространство между вращающейся трубой (12) без перфорации и корпусом колонны (1), поскольку в этом пространстве установлено лабиринтное уплотнение (19). Корпус колонны (1) не вращается, он стационарен. Жидкость подается в корпус колонны (1) через распределитель жидкости (15). Жидкость поступает во вращающуюся внутреннюю перфорированную трубу (5) и заполняет ее. Из вращающейся внутренней перфорированной трубы (5) под действием центробежной силы жидкость истекает через патрубки (8) в межтрубное пространство между вращающейся внутренней перфорированной трубой (5) и вращающейся промежуточной перфорированной трубой (6). Струи жидкости ударяются о нижнюю поверхность полочек (13), распыляются и диспергируются в газе (паре). Это приводит к турбулизации жидкости и газа (пара) и к увеличению интенсивности массопередачи, и как следствие, к снижению затрат металла на изготовление аппарата. Далее жидкость стекает на нижележащие кольцевые полки (13) и под действием центробежной силы истекает из патрубков (8) в межтрубное пространство между вращающейся промежуточной перфорированной трубой (6) и вращающейся внешней перфорированной трубой (7). Струи жидкости ударяются о нижнюю поверхность полочек (13), распыляются и диспергируются в газе (паре), что приводит к турбулизации жидкости и газа (пара) и к увеличению интенсивности массопередачи, и как следствие, к снижению затрат металла на изготовление аппарата. Далее жидкость стекает на нижележащие кольцевые полки (13) и под действием центробежной силы истекает из патрубков (8) в межтрубное пространство между вращающейся внешней перфорированной трубой (7) и вращающейся трубой без перфорации (12). Далее жидкость стекает по перегородке (22) во вращающуюся внутреннюю перфорированную трубу (5) нижней секции. Нижняя секция работает аналогично верхней секции. Из нижней секции жидкость стекает через сливную трубу (14) в нижнюю часть корпуса колонны (1). Из корпуса колонны (1) жидкость выводится через патрубок (17). Нижнее днище (20) крепится к валу (2) с помощью ребер (25).

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. 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.

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

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 струйный массообменный аппарат содержит цилиндрический корпус, вращающийся вал, электродвигатель, устройства подачи фаз. К валу крепятся соосные внутренняя перфорированная труба, промежуточная перфорированная труба, внешняя перфорированная труба, при этом каждая перфорированная труба в стенках имеет патрубки, загнутые вверх. Промежуточная перфорированная труба и внешняя перфорированная труба имеют кольцевые полки. Внутренняя и внешняя перфорированные трубы снабжены нижним днищем, также промежуточная перфорированная труба и внешняя перфорированная труба имеют наклонные кольцевые брызгоотбойники. К валу крепится соосная труба без перфорации, имеющая верхнее и нижнее днища, а также перегородку, при этом между трубой без перфорации и корпусом колонны имеется лабиринтное уплотнение. Техническим результатом является увеличение интенсивности процессов массопередачи и снижение затрат металла на изготовление аппарата. 9 ил.

Роторный струйный массообменный аппарат, содержащий цилиндрический корпус, вращающийся вал, электродвигатель, устройства подачи фаз, отличающийся тем, что к валу крепятся соосные внутренняя перфорированная труба, промежуточная перфорированная труба, внешняя перфорированная труба, при этом каждая перфорированная труба в стенках имеет патрубки, загнутые вверх, при этом промежуточная перфорированная труба и внешняя перфорированная труба имеют кольцевые полки, при этом внутренняя и внешняя перфорированные трубы снабжены нижним днищем, также промежуточная перфорированная труба и внешняя перфорированная труба имеют наклонные кольцевые брызгоотбойники, также к валу крепится соосная труба без перфорации, при этом труба без перфорации имеет верхнее и нижнее днища, а также труба без перфорации имеет перегородку, при этом между трубой без перфорации и корпусом колонны имеется лабиринтное уплотнение.