Насадка для массообменного аппарата Советский патент 1984 года по МПК B01D53/20 

Изобретение относится к подвижным насадкам для массобменных аппаратов, в частности к абсорберам с псйвдоожиженным слоем орошаемой насадки, которые широко используются для поглощения различных газов в химической, нефтехимической промышленности, цветной металлургии. Известна насадка для массообменного аппарата, выполненная в виде шара с рйдиашьными конусообразными выступами С 1 . Известна также подвижная насад ка для массообменного аппарата, выполненная в виде шара с радиальными конусообразными выступами, свободная от выступов поверхность имеет сквозные радиально направленные отверстия. Площадь сечения каждого отверстия составляет 0,002-0,04 диаметрального сечения шара С 2 . Анализ характера движения извест ной подвижной насадки и характера воздействия ее на газожидкостной поток показал, что наличие радиальных сквозных отверстий несколько увеличивает степень диспергации газожидкостного потока, но вклад их недостаточно велик. Это. обстоятельство обусловлено тем, что сквоз ные уадиально расположенные отверстия хоть и сообщаются друг с другом в центре шара, но в гидродинамическом отношении они не одинаковы, т.е газож.дкостной поток проходит тольк в тех каналах насадки, которые совп дают или близки с направлением движения общего газожидкостного потока в аппарате. В свою очередь это приводит к стабилизации элемента насад ки относительно его оси и тем самым уменьшается участие внешней поверхности, имеющей выступы, в турбулиза ции газожидкостного потока. Струи, Образованные радиальными отверстиями, создают дополнительную поверхность, контакта фаз, но от внешних элементов насадки она ограничена. Следовательно, в известной насадке ее конструктивные элементы (радиаль ные конусообразные выступы и сквозные отверстия, участвующие в работе не дополняют друг друга. Этим и обус лавлигвается малая эффективность известшэй насадки при воздействии ее на газожидкостной поток. Следовател но, для одних и тех же условий проце са абсорбции СО2 раствором NaOH ко центрация СОг на выходе из аппарата с известной насадкой (0,87-0,83 об. больше, чем с предлагаемой (0,76 0,68 об.% ). Цель изобретения - увеличение эф фективности воздействия элементов подвижной насадки на гаэожидкостной поток. Указанная цель достигается там, что в насадке для массообменного ап парата, выполненной в виде шара с радиальными конусообразными выступами, свободная йт выступов поверхность которого выполнена со сквозными отверстиями, сквозные отверстия выполнены с искривленными осевыми линиями, при этом образованные отверстиями каналы огибают центральную часть шара. Причем отверстия выполняют в виде части круга или эллипса. Целесообразно отверстия выполнять в виде ломанной линии с углом между двумя прямыми участками 90-150°. Образованные отверстиями каналы должны огибать центральную часть шара, что обеспечивает ему большую, подвижность за счет постоянного смещения центра тяжести при заполнении . каналов средой разной плотности. Ваходящие струи из искривленных канаJJOB более эффективно воздействуют на газожидкостной поток за счет значительной разнонаправленности их движения к потоку. Огибание центральной . части шара каналами сквозных отверстий обеспечивает их смещение на некоторое расстояние от центра и позволяет, по принципу рычага, легко воздействовать газожидкоетной средой, проходящей по сквозным каналам, Hrf пространственное движение самого элемента насадки. Это обеспечивается за счет постоянного смещения центра тяжести элемента в виде насадки, вызываемого движением сред в кангшах насадки, имеющих в любой момент времени разное количественное соотношение газа и жидкости, плотности которых существенно различаются. В результате постоянного смещения центра тяжести в элементах насадки направления векторов скоростей их движения постоянно изменяются и придают им и всему слою большую подвижность за счет хаотического движения каждого элемента насадки. Однако большая индивидуальная подвижность элементов насадки не может достигаться одним лишь смещением каналов относительно центра сферы, и сильно зависит от формы кангшов и их расположения в теле насадки. Дело в том, что внешние потоки фаз в массообменном аппарате имеют в целом направленное движение газ вверх, а жидкость - вниз. Поэтому в работе будут находиться только те каналы, отверстия кот-орых направлены к этим noTOKoUvi. В связи с этим прямые каналы менее всего эффективны, так как направленный характер внешних потоков будет сказываться и в каналах насадки, поскольку каналы совпадают с направлением фаз. В результате этого подвижность элементов наЪадки относительно его оси уменьшается за счет струйной односторонней направленности, которая стремится стабилизировать положение

элемента насадки. Для устранения этого явления, а также для обеспечения эффективной работы всех каналов элемента насадки последние должны быть выполнены с искривленными с плавным переходом по образующей шара ( эллипса ) или в виде ломанной линии. Предпочтение следует отнести канг1Лам с плавным переходом, так как они обладают н:аимсньшим гидравлическим сопротивлением для движения газожидкостной среды. Движение газожидкостной среды по искривленным каналам обеспечивает элементам насадки постоянный поворот вокруг той или иной оси, изменяющейся с перемещением центра тяжести как в пространстве, так и во времени. В результате этого входные отверстия различных каналов попеременно распОлаггиотся против направленных внешних потоков газа (жидкости ). Кроме того, искривленные каналы исключают параллельность и симметричность их расположения вокруг центра шара, (способствуя образованию малой устойчивости сферического тела. Однако высокой индивидуальной подвижности элементов насадки можно достичь не при любом искривлении канала сквозного отверстия в нем. Так, при малом угле кривизны или при угле между двумя прямыми участками канала более 150°воз можность поворота насадки будет незначительной, т.е. менее чем на 30, в связи с чем возрастает степень пространственной стабилизации тела .насадки. При большом угле кривизны или же при менее 90 входные и выходные отверстия каналов приближаются друг к другу и при направленном движении внешних потоков газа { жидкости ) выходное отверстие канала становится входным. Движение сред в таких каналах с тцественно затруднено В результате этогчэ интенсивность и степень свободного перемещения центра тяжести уменьшается, так как част каналов частично или полност1чю будут исключены из работы. В свою очередь это приведет к уменьшению индивидуальной подвижности элементов насадки и их степени воздействия на газожидкостные потокг.

На фиг. 1 изображена насадка со сквозными отверстиями, выполненными в виде эЛлипса; На фиг. 2 - то же выполненными в виде ломанной линии; на фиг. 3 - форма сквозного отверстия с ломанной осевой линией.

Насадка выполнена .в виде шара 1, снабженного выступами 2 конусообразной формы. На свободной от выступов поверхности шара выполнены сквозные отверстия 3.

Насадка работает следующим образом.

В режиме развитого псевдоожижения элементы насадки совершают вращательное и пульсационно-циркуляционное движение. Вращение элементов насадки, с одной стороны, обусловлено воздействием газожидкостного потока на конические выступы 2 насадки, с другой сторол - с±руями газа и жидкости проходящими через иркривленные отверстия 3, который также вызывают крутящий момент насадки. Кроме того, при указанной форме каналов, которые не проходчт через центр шара и не сообщаются друг с другом, движущийся в них газожидкостной поток постоянно изменяет центр массы элемента насадки. Последнее вызывает постоянное изменение направления вектора скорости движения и вращения элемента насадки. Причем искривленная форма каналов в теле насадки позволяет благоприятно воздействовать, выходящими из них струями газа и жидкости, на параллельные струи внешнего потока, окружающих элементы насадки. В результате струйного воздействия в сочетании с большой динс1мичностью элементов насадки создается мощная турбулизация потоков взаимодействующих фаз, частая смена поверхности их контакта. В свою очередь за счет высокой дисперсности газожидкостного потока значительно увеличивается динамическая поверхность контакта фаз.

Благодаря высокой подвижности отдельных элементов насадки возрастает интенсивность обмена энергией, импульсом,, количеством движения между ее отдельными элементами при их соударении друг с другом. Это делает весь слой насадки более подвижным без агломератов и их групп, а в йелом же трехфазная динамическая система (газ - жидкость - насадка I становится более однородной. Т.е. при этом значительно уменьшается высота циркуляционных контуров движения элементов насадки, но в то же время значительно увеличивается их пульсация. Такая гидродинамическая обстановка в трехфазной динамической системе существенно снижает проскок газа и провал жидкости через контактную зону аппарата.

Таким образом, псевдоожиженная насадка, выполненная в виде тела вращения с негладкой внешней поверхностью и имеющая сквозные отверстие с искривленной«формой каналов, которые в теле насадки огибают ее центральную часть, позволяет интенсифицировать физико-химические процессы в системе газ-жидкость.

1. НАСАДКА ДЛЯ МАССООБМЕННОГО АППАРАТА, выполненная та виде шара с радиальными конусообразными выступами, свободная от выступов поверхность которого выполнена со сквозными отверстиями, о т л и ч а -I ю щ а я с я тем, что, с целью увеличения эффективности воздействия элементов насадки на газожидкостной поток, сквозные отверстия выполнена с искривленными осевыми линиями,при этом образованные отверстиями каналы огибают центральную часть шара, 2,Насадка по п,1, отличающая с я тем, что отверстия выполнены в виде части круга или эллипса. 3,Насадка non.l, отличающаяся тем, что отверстия выполнены в ломанной линии с углом между двумя прямыми участками 90-150«, S J Х СП СО