Устройство для массообмена Советский патент 1988 года по МПК B01D3/32 

110 Изобретение относится к конст укциям устройств массообменных аппаратов и может быть использовано для перегонки жидкостей, пенящихся при кипении, в пищевой и химической промЬшленностях. Известно устройство для массообмена дистиллятора, включающее цилиндрический корпус, внутри которого по высоте его установлены лопаточные завихрители с расположенными между ними тангенциальными пластинами. Дистиллятор обеспечивает высокую устойчивость,жидкостной пленки, что позволяет использовать его в качестве выпарного аппарата. Однако при перегонке жидкостей, пенящихся при кипении, например дрожжевых осадков или молодых виноматериалов, содержащих брльщое количество углекислого газа, образующаяся пена поднимается через центральную часть завихрителей вверх по дистиллятору. Так как при ректификации необходимо обеспечить прртивоток фаз, и среднерасходная.скорость пара достигает всего 3-5 м/с, то вертикальные пластины, установленные на периферии, не обеспечивают полное гашение пены. Возникновение пены в апЬарате приводит к нарушению противо тока фаз и снижает общую производительность. Кроме того, вертикальное расположение периферийных тангенциаль ных пластин создает условия для раскрутки парового потока. Паровой поток выходя из завихрителя, соприкасается с тангенциальными пластинами под острым углом (в вертикальной плоскости) При этом пар частично движется вдоль пластин и приобретает дополнительное вертикальное движение, что увеличивает угол наклона полной скорости (к горизонту) и приводит, к дополнительной раскрутке потока. При проведении процесса ректификации не используются прогрессивные формы контакта фаз - пульсирующие потоки. Целью настоящего изобретения является перегонка жидкостей, пенящихся при кипении, и созданиепо высоте аппарата пульсирующих потоков. Эта цель достигается тем, что в устройстве, включающем цилиндрический корпус, внутри которого установлены лопаточные завихрители с jpacnoложенными между ними тангенциальными пластинами, последние наклонены к 3 плоскости нижележащего завихрителя под острым углом по направлению от центра к периферии устройства, при этом каждь1й нечетный ряд тангенциальных пластин, начиная снизу устройства, выполнен с шириной на 30-60% и диаметром окружности, по которой ус- тановлены пластины, на 20-40% меньте, чем ширина пластин и диаметр соответствующей окружности каждого четного ряда тангенциальных пластин. На фиг. 1 представлена конструкция предлагаемого -устройства (вертикальный разрез); на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 1. Устройство состоит из следующих основных элементов. Б цилиндрическом корпусе 1 на несущей штанге 2 поэтажно установлены лопаточные завихрители 3. Между соседними завихрителями 3 установлены по окружности ряды тангенциальных пластин 4, 5. Плоскость тангенциальных пластин 4, 5 наклонена к плоскости нижележащего завихрителя под острым углом о. Величина угла «/зависит от диаметра аппарата и лежит в пределах 10-30 Ширина пластин каждого нечетного ряда, начиная снизу аппарата, вьтолнена с щириной В на 30-60% и диаметром окружности D на 20-40% меньще, чем щирина пластин В и диаметр окружности .DI каждого четного ряда. Отсчет рядов снизу вверх аппарата обусловлен необходимостью обеспечения максимальной пропускной способности Нижнего завихрителя, так как на нем происходит ломка осевого потока, снижающего его цропускную способность. Завихрители 3 образуют с корпусом 1 устройства кольцевой сливной зазор 6. Работает аппарат следующим образом. Жидкая фаза подается сверху и стекает по боковой поверхности корпуса 1. Паровой поток поднимается снизу вверх и проходя через лопаточные завихрители 3, Приобретает вращательное движение. Выходя из каналов завихрителя 3 паровой поток отжимается пластинами 5 не только в горизонтальной плоскости, но и в вертикальной, так как пласти- ны 5 наклонены к плоскости завихрителя под острым углом о|(. Это уменьшает раскрутку парового потока при соприкосновении с пластинами 5.

За счет сил трения паровой поток сообщает стекающей пленке жидкости вращательное движение, турбулизируя ее и увеличивая поверхность контакта за счет интенсивного волнообразования. Процесс массообмена протекает при контакте фаз.

Жидкая фаза удаляется из аппарата снизу, паровой поток - сверху.

Предложенная конструкция аппарата обеспечивает перегонку тшдкостей, пенящихся при кипении, например молодых виноматериалов с большим содержанием углекислоты, что невозможно реализовать в прототипе.

Расположение тангенциальных пластин под острым углом 0 к плоскости нижележащего завихрителя уменьшает раскрутку парового потока, выходящего из завихрителя. Пар соприкасается с наклоненными в вертикальной плоскости пластинами 4, 5,- что уменьшает его раскрутку, увеличивает центробежные силы и отжатие парожидкостного потока к периферии.

В центральной части потока, закрученном лопаточным завихрителем, наблюдается зона обратных токов, приводящая к резкому снижению центробежньк сил и проскакиванию через центральную часть завихрителя образующейся пены и отдельных капель жидкости. Расположение пластин 4 и 5 под углом о( смещает нижний край пластин к центру завихрителя . Парожидкостньй поток, выходящий из центральной части завихрителя, сразу же отжимается и приводится во вращение тан ренциальными пластинами. При этом увеличивается не только скорость вращения, но и радиус вращения потока. Возникающие центробежные силы в сочетании со смешением потоков к перифе,рии гасят возникающую, пену в пределах каждой ступени контакта. , Для интенсификации массообмена контакт фаз осуществляется в пульсационных потоках. Максимальные пульсации потоков, без нарушения противоточного движения, достигается как показывает эксперимент, за счет вьшолнения каждого нечетного ряда тангенциальных пластин 4, начиная снизу аппара- та, с шириной пластин В (фиг.2) на 40-60% и диаметром окружности D, , по которой установлены пластины на 20-40% меньше, чем щирина В (фиг.З) и диа метр окружности D . пластин 5 каядого четного ряда. Указанное сочетание размеров пластин создает пульсации скорости и давления потоков, т.к. меняется степень Ьтжатия фаз к периферии При этом размеры пластин выбраны исходя из условия создания максимальной величины пульсаций (изменения давления и скорости потока при переходе от нечетной контактной ступени к четной) при сохранности работоспособности аппарата на пенящихся дкостях.

Таким образом предложенная констРУкция аппарата по сравнению с прототипом обладает следующими достоинствами:позволяет перерабатьшать жидкости, пенящиеся при кипении, интенсифицирует процесс массообмена между фазами за счет проведения контакта в пульсирующих потоках. Экономичес сий эффект от- использования аппарата получают за счет увеличения производительности и уменьшения потерь ценных компонентов с кубовым остатком.

i

Фиь.1

.Z

.З

УСТРОЙСТВО ДЛЯ МАССООБМЕНА, включающее цилиндрический корпус, внутри которого по высоте его установлены лопаточные завихрители с расположенными между ними тангенциальными пластинами, отличающее с я тем, что, с целью перегонки жидкостей, пенящихся при кипении, и создания по высоте устройства пульсирующих потоков, тангенциальные пластины наклонены к плоскости нижележащего завихрителя под острым углом по направлению от центра к периферии устройства, при этом каждый нечетный ряд тангенциальных пластин, начиная снизу устройства, выполнен с шириной пластин на 30-60% и диаметром окружности, по которой установлен 1 пластины, на 20-40% меньще, чем ширина пластины и диаметр соответствукнцей окружности каждого четного ряда тангенци9 альных пластин.