Способ взаимодействия фаз и тепломассообменный аппарат для его осуществления Советский патент 1983 года по МПК B01D3/00 

Изобретение относится к област проведения тепломассообменных про цессов, в частности к способам вз имодействия фаз, например, в проц сах абсорбции и ректификации, и может найти применение .в химическ нефтеперерабатывающей, пищевой и других отраслях промышленности. К ме того, способ может найти применение для улавливания из газов ка пель жидкости и -пыли. Известен способ проведения тепл массообменных процессов, который заключается во взаимодействии фаз контактной поверхности в барботажном слое. Процесс тепломассообмена например, в случае ректификации при использовании этого способа пр текает следующим образом. Пары жид кости направляют снизу вверх по колонне, а навстречу парам.сверху вниз стекает жидкость в виде флегмы. Взаимодействие фаз осуществляе ся при этом на различного типа ко TaKTHfjx устройствах ( ситчатые , колпачковые, клапанные и др. тарелки) 13. Известен также способ взаимодей ствия фаз, включающий подачу легко и фаз в тепломассообменный аппарат противотоком и взаимодейст вие их на ступени контакта, при этом тяжелая фаза взаимодействует с параллельно движущимися потоками легкой фазы в радиальном направлении от центра к периферии контактного элемента 2 . Недостатки известных способов низкая эффективность, являющаяся следствием того, что при взаимодействии легкой и тяжелой фаз происходит быстрое слияние отдельных капель жидкости в пленку (тяжелая фаза). Массопередача в такой пленке, как известно, практически отсутствует, контактная поверхность незначительна. Целью изобретения является интенсификация процессов тепломассообмена за счет турбулизации легкой фазы. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу взаимодействия фаз, включающему подачу легкой и тяжелой фаз в тепломассообменный аппарат противотоком и взаимодействие их на ступени контакта тяжелой- фазы с параллельн движущимися потоками легкой фазы в радиальном направлении от центра к периферия контактного элемента, параллельно движущиеся пото ки легкой фазы делят на струи, коfbpbie приводят во взаимодействие с соседними по высоте струями легкой фазы. При этом целесообразно взаимодействие струй соседних по высоте по- . токов осуществляют при их движении в противополох ном направлении по криволинейной траектории. Струи одного из соседних потоков направляют от центра к периферии контактного элемента в радиальном направлении. Кроме того, тепломассообменный аппарат для вза1модействия фаз, включающий корпус с тарелками, .каждая из которых снабжена контактными элементами, которые выполнены в виде пластин, установленных параллельными рядами по высоте, пластины одного ряда изогнуты по криволинейной поверхности, а другого ориентированы е радиальном направлении. При этом, пластины двух соседних рядов изогнуты по криволинейной поверхности и ориентированы в противоположном направлении. Целесообразно аппарат снабжать коническим обтекателем, расположенным в центре контактного элемента и прикрепленным своим основанием к тарелке. На фиг, 1 показано направление движения соседних по высоте струй под углом 90°; на фиг. 2 - взаимодействие струй по фиг. 1, план/ на фиг. 3 - распределение струй PQ высоте контактного элемента; на фиг. 4 - направление движения струй ц контактном элементе по фиг. 3, план; на фиг. 5 - направление движения струй под углом, план; на фиг. б - направление движения струй одного из рядов в радиальном направлении, а в соседнем по эвольвенте; на фиг. 7 - тепломассообменнып аппарат, продольный разрез; на фи.г. 8 - контактный элемент, продольный разрез; на фиг. 9 - разрез Л-Л на фиг. 8. Способ осуществляют следующим образом. Взаимодер1ствующие фази, например газ и жидкость, подают в зону контакта и разделяют на параллельные потоки Л и Б (фиг. 1). Это разделение можно осуществить-, например, путем подачи газового потока в центральное отверстие (цилиндрический патрубок ) 6 (фиг. 3) контактного элемента с дальнейшим отведением этого потока в радиальном направлении по параллельным плоскостям. Потоки можно форгл ровать плоскими (А и .Б) путем подачи в каждый четный ряд газового потока от одного патрубка, а в нечетный - от другого патрубка (фиг. 1). Затем каждый параллельный поток делят на ряд тождественных струй С, которые контактируют со струями предыдущего потока Д, причем струи С направляют под углом к струям Д смежного пото:са. Сформированное мно жество струй закручивают друг друга, так как касаются друг друга и пересекаются. Ъ закрученных струях каждого потока происходит взаимо действие фаз. В результате турбулизации, диспергирования и увеличения поверхности контакта и относительно (скорости фаз достигается интенсифпкация процесса. Способ взаимодействия фаз может быть осуществлен в тепломассообменном аппарате, который состоит из корпуса 1, переливных трубок 2 и контактных элементов 3, включающих цилиндрическую обечайку 4, перфорированное днище 5 с центральным отверстием 6 и перфорированную крыш ку 7 с вертикальными газоотводящими патрубками 8 и коническим обтека телем 9, установленным на крышке 7 внутри контактного элемента 3. На днище 5 установлены направляющие пластины, представляющие собой тонкие прямоугольные листы, изогнутые по эвольвентной кривой. Первый ряд пластин устанавливают на днище 5 . в направлении от отверстия б к .стенкам обечайки 4, причем плоскост пластин 10 перпендикулярна плоскости днища 5. Второй ряд пластин устанавливают на первый таким же образом, однако направление кривиз ны пластин второго ряда противоположно направлению кривизны пластин первого- ряда. Количество рядов, фор мирующих параллельные потоки, определяется, исходя из высоты контактного элемента 3 и его произво|дительности. Контактные элементы 3 закреплены в тарелках 11 посредст вом болтов 12. ТепломассообМенний аппарат работает следующим образом. Легкая фаза (газ) поступает в контактный элемент 3 (фиг. 3) через центральное отверстие б, выполненное в днище 5. Далее газ направл ется от оси пакета пластин к периф рии,равномерно разделяясь на ряд пар лёльных радиальных потоков, каждый из которых, в свою очередь, делится на множество струй, формируемых направляющими пластинами. Смежные струи газа, находящиеся в соседних по высоте потоках, имеют противоположную кривизну , благодаря чеь1у контактирующие .струи закручивают друг друга. В контактный элемент 3 через перфорацию в крышке 7 проникает жидкость, она движется сверху вниз через пакет пластин и вступает в многократное контактирующее взаимодействие с газовой фазой во множестве закрученных струй каждого из параллельных потоков. Газовая фаза покидает контактЕ5ый элемент 3 через выходные патрубки .8, а жидкость вдоль боковых поверхностей направляющих пластиною стекает на перфорированное днище 5, а затем на следующую тарелку 11 массообменной колонны.Вследствие вращения струй происходит эффективная центробежная сепарация тяжелой фазы и ее осаждение на боковые поверхности пластин. Это объясняет минимальный унос с контактного элемента газом жидкости, а также возможность применения такого контактного элемента в качестве капле- и пылеуловителя. Пример 1. Лабораторные исследования процесса массопередачи проводились при десорбции СО2 из воды воздухом-. Содержание СО в воде до контактных ступеней тепло- массообменного аппарата 1,1 г/л, после контактных ступеней 0,18 мг/л. Скорость на входе 10 м/с, скорость струй 20 м/с. Потери давления в каждом контактном элементе 300 Н/м . Средний КПД аппарата 92%. Испытания проводились при диаметре обечайки контактного элемента 250 мм. Пример 2. Псследовался процесс улавливания капель воды из воздуха. Уловленная вода выводилась через патрубок в днище и собиралась в мерную емкость. Распыление воды производилось пневматической форсункой, установленной в центральном подводящем, газоходе на входе воздуха в элемент. Расход воздуха при 20°С 600-1200 , расход воды 0,01-0,2 кг/м воздуха. Эффективность улавливания капеУ1ь воды соответствовала 97-99,3%. I Использование изобретения позволит интенсифицировать процессы тепломассообмена, протекающие в -системе газ (пар) - жидкость, а также процесс мокрого обеспыливания газовых потоков.

А fAl С

гЧ

1. .Способ взаимодействия фаз, включающий подачу легкой и тяхселой фаз в тепломассообменный аппарат противотоком и взаимодействие их на ступени контакта,.при этом тяжелая Фаза взаимодействует с параллельно движущиглисп потоками легкой фазы в радиальном направлении от центра к периферии контактного элемента, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса тепломассообмена путем турбулизации легкой фазы, параллельно двих ущиеся потоки легкой фазы делят на струи, которые приводят во взаимодействие с соседними по высоте струями легкой фазы. 2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что взаимодействие струй соседних по высоте потоков осуществляют при их дви-. жении в противоположном направлении по криволинейной траектории. 3.Способ по п.-2, отличающийся тем, что струи одного из соседних потоков направляют от центра к периферии контактного элемента в радиальном направлении 4.Тепломассообменный аппарат для взаимодействия фаз, включающий корпус с тарелками, каждая из которых снабжена контактными элементами, отличающийся тем, i что контактные элементы выполнены в виде пластин, установленных па(Л раллельными рядами по высоте, пластины одного ряда изогнуты по криволинейной поверхности, а другую - ориентированы в радиальном напраьлении, 5.Аппарат по п. 4, о т л ич а ю щ и а с я тем, что пластины двух соседних рядов изогнуты по криволинейной поверхности и ориентированы в противоположном направ-. . лении. 6.Аппарат по пп. 4 и 5, о т- л и ч а ю щ и и с я тем, что он 00 снабжен коническим обтекателем, расположенным в центре контактного N) элемента и прикрепленным своим ос нованием к тарелке.

1 Sn i . ..«X.