Массообменное контактное устройство Советский патент 1984 года по МПК B01D3/30 

Изобретение относится к конструк циям контактных устройств для процессов массообмена в ч истемах газ (пар) - жидкость и может быть ис пользовано в пищевой, химической, нефтехимической и других отраслях промышленности для разделения газо (паро) -жидкостных смесей. Известно контактное устройство, содержащее контактные элементы в энде П-образных желобов с перфорированной передней стенкой и с чешуями расположенными на верхней плоскости элементов, сливную перегородку и карман для приема жидкости ij. Однако этд контактное устройство имеет неббльшой диапазон допускаемых рабочих нагрузок из-за небольшого свободного сечения и провала через перфорированную стенку. Наличие провала жидкости исключает возможность применения данного контактного устройства в условиях колебания газовой (паровой) нагрузки. Известно также контактное устройство для массообменных аппаратов, содержащее s-образные контактные эле менты, верхняя плоскость которых сна бжена клапанами, сливную перегородку и карман для приема жидкости 2j. Наиболее близким к изобретению является контактное устройство, вклю чающее s-образные элементы, содержащие поворотные передние стенки с гребенообразными вырезами, предназначенными для выхода газа (пара)у слив ную перегородку и карман для приема жидкости 3. Однако при работе известного контактного устройства не достигается активное перемешивание жидкой и г-азовой фаз из-за недостаточной турбулизации жидкости, так как газовый поток, пройдя гребенообразные вырезы независимо от положения поворотной стенки, движется вверх, барботируя при этом только слой жидкости в непосредственной близости от вырезов При этом в углу, образованном днищем и стенкой, противоположной поворотной, создается застойная зона, в которой жидкость недостаточно взаимодействует с газом. Это контактное устройство обладает высокой степенью продольного перемешивания вследствие нарушения однонаправленного движения фаз при повышении нагрузки по газу, так как при этом поворотная стенка стремится к горизонтальному положению и газовый поток выходит из гребе нообразных вырезов преимущественно в вертикальном направлении, подтормаживая движение жидкостного потока по тарелке, что снижает верхний предел работы и эффективность в целом. Недостатком является также неравномерное и неполное использование поверхности контактного устройства при размещении устройств для выхода газа (пара), что приводит к образованию зон слабого взаимодействия газа с жидкостью над поверхностью S-образных элементов. Рабочие зоны находятся только в зоне расположения поворотных стенок. Целью изобретения является интенсификация процесса массообмена, обеспечение работы в режиме перекрестного и прямоточного взаимодействия фаз и расширение диапазона устойчивой работы. Поставленная цель достигается тем, что в контактном устройстве, состоящем из 5-образных контактных элементов, сливнЬй перегородки и кармана для приема жидкости, передняя поворотная стенка каждого З-образногб контактного элемента имеет Гг-образную форму и состоит из вертикальной часТТЛ с направленными прорезями для выхода газа и горизонтальной части с окном для прохода газа, расположенным со стороны оси вращения поворотной .стенки, а нижняя часть каждого S-об разного элемента выполнена криволинейной с радиусом кривизны, превышающим высоту вертикальной части поворотной стенки на величину зазора, обеспечивающего ее свободный поворот, центр которой совпадает с осью вращения поворотной стенки. Верхняя стенка каждого s-образного контактного элемента выполнена с отверстиями для выхода газа, например, в виде направленных прорезей. При этом соотношение между величиной поверхности горизонтальной и вертикальной частей поворотной стенки определяется из условия (Дp-pжtJf ;cГp„)fa г Дp-pж hcт-фм), .а. толщина поворотной стенки определяется из условия (Те Р-Рж9 -Ьь На фиг.1 представлено контактное устройство, общий вид; на фиг.2 рабочее положение поворотной стенки S-образных контактных элементов; на фиг.З - поворотная стенка. Контактное устройство состоит из S-образных контактных элементов 1, ливной перегородки 2 и кармана 3 ля приема жидкости. Контактный элемент 1 состоит из ерхней горизонтальной плоскости 4, оторая снабжена устройствами 5 для ыхода газа в виде направленных проезей (чешуи) и через шарнир 6, коо{ялй может быть различной конструкии (с щелью, с перекрытием и т.д.), оединяется с передней стенкой 7, ертикальная часть которой имеет стройства 8 для выхода газа (чешуи). а горизонтальная часть 9 имеет окно 10 для прохода газа и сплошной учас ток 11 для перекрытия отверстий направленных прорезей () 5, нижней криволинейной части 12 контактного элемента и вертикальной перего родки 13 для предотвращения провала жидкости. Устройство работает следующим об разом. При отсутствии газового потока передние поворотные стенки 7 расположены так, что их вертикальные час ти совместно с перегородками 13 и нижними криволинейными частями 12 S-образных элементов образуют ячейк которые заполняются жидкостью. Спло ные участки 11 горизонтальных частей 9 передних поворотных стенок в это вре1;1Я закрывают отверстия направленных прорезей 5, расположенны на верхних плоскостях S-образных элементов. При низких .значениях скорости га зового потока передняя поворотная стенка отстается в исходном положении и газ, проходя через щель между |перегородкой 13 и вертикальной частью поворотной Г-образнхэй передней стенки 7, проходит через направленные чешуи 8 и барботирует через сло жидкости над нижней криволинейной частью 12 S-образных элементов. При повышении скорости газа он брлее интенсивно выходит из направленных чешуи,ударяясь о нижние кривол нейные части S-образных элементов, турбулизируя жидкую.фазу и интенсивно перемешивая ее внутри ячеек. При дальнейшем повышении скорости газового потока жидкость вытесняется из ячеек, а вертикальная и горизонтальная части передней ПОВОР.ОТНОЙ . стенки 7 поворачиваются до положения определяемого нагрузкой по газовой и жидкой фазам. При расположении передней стенки 7 под небольшим углом к плоскости контактного устройства, сплошные участки 11 горизонтальных частей 9 поворотных передних стенок повернуты на тот же угол, что и вертикальные их части, и отверстия направленных прорезей (чешуи) 5 на верхних горизонтальных плоскостях 4 S-образных элементов открыты и через них проходит гэз, который взаимодействует с жидкостью. Направленные прорези (че.Шуи) 5 и 8 располагаются в разных плоскостях, образуя при этом несколь ко зон контакта фаз, что вызывает увеличение межфазной поверхности. Кроме того, газ, выходящий из напра ленных чешуи 8 и щели, образованной нижней кромкой вертикальной части 7 и криволинейной частью 12, еще больше турбулизирует жидкость в ячейке и, уходя вверх, Подтормаживает Гйзовожидкостный поток, направленный горизонтально под действием газового потока, выходящего из направленных чешуи 5. Это неизбежно приводит к выравниванию скорости потока в поперечном направлении, а также увеличивает время контактафаз,.что повышает эффективность массообмена. При конструировании предлагаемого контактного устройства можно всегда обеспечить вращение поворотной стенки Г-образной формы для определенной скорости газового (парового) потока и расхода жидкой фазы. Экспериментальные исследования гидродинамики и массообмена показали, что предлагаемое Контактное устройство наиболее устойчиво и эффективно работает в интервале скорости V I газового (парового) потока 1,2-1,б м/с при расходе L жидкости 0,0014.0,0111 .с. В то же время для стабильной работы контактного устройства при значениях Vg, . 1 м/с необходимо, чтобы верхняя зона контакта фаз (направленные прорези на верхней плоскости S-образных элементов) вступала в.работу при м/с, так как в противном случае при меньших значениях V газовый (паровой) поток выходит в основном через верхнюю зону, а в ячейках жидкость обрабатывается ела-, бо, вследствие образования там застойной зоны. . Жидкость проходит массообменное контактное устройство и далее с карляана 3 поступает на нижележащее кон-тактное устройство и движется по нему в противоположном направлении, . а газовая (паровая) фаза поднимается на вышележащее контактное устройство. Использование массообменных контактных устройств с S-образными зпе ментами, передние поворотные стенки которых выполнены Г-образной фррмы и имеют устройства для выхода газа (пара), а на верхней горизонтальной плоскости S-образных элементов расположены устройства для выхода газа, позволяет увеличить диапазон допускаемых рабочих нагрузок за счет повышения верхнего предела работы,снизить степень продольного перемешивания вследствие обеспечения однонаправленного движения фаз на контактном устройстве и увеличить поверхность контакта фаз за счет образования нескольких зон контакта фаз.

Фи&

Фиг.З

1. тССООБМЕННОЕ КОНТРАКТНОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее s-образные контактные элементы с поворотными передними стенками, имеющими устрой ства для выхода газа (пара)/ сливную перегородку и карман для приема жид кости, о т л и ч а го щ е е с я тем что, с целью интенсификации процесса массообмена, обеспечения работы в режиме перекрестного и прямоточJ к а ного взаимодействия фаз в условиях развитой турбулентности, а также рас ширения диапа13она устойчивой работы путем устранения застойных зон, на поверхности контактного устройства, передняя поворотная стенка каждого S-рбразного контактного элемента имеет Г-образную форму и состоит из вертикальной части с направленными прорезями для выхода газа и горизонтальной части с окном для прохода га за, расположенным со стороны оси вращения поворотной стенки, а н 1жняя часть каждого s-образного элемента выполнена криволинейной с радиусом кривизны, превышающим высоту вертикальной части поворотной стенки на величину зазора, обеспечивающего ее свободный поворот, центр которой совпадает с осью вращения поворотной стенки. 2. Устройство по П.1, о т л и ч ающе е с я -тем, что, верхняя стенка каждого S-образного контактного элемента выполнена с отверстиями для выхода, например, в виде направленных прорезей.