Массообменный аппарат Советский патент 1984 года по МПК B01D3/30 

Изобретение относится к массообменным устройствам и может быть использовано для прямоточных процессов абсорбции и хемосорбции в химическо газовой и нефтехимической промышлен нЬсти. Известен абсорбер для переработк природного газа, состоящий из корпу са с размещенными внутри него кон тактными устройствами, которые с це лью использования энергии газа ,цля вращения разбрызгивающих устройств выполнены в виде ряда полуовальных листов, подрезанных по периферии С11 Недостатком данного устройства является малая эффективность переме шивания вследствие низкого коэффициента использования .энергии при передаче ее от обрабатываемых потоков. Известна роторная тепломассообменная колонна, содержащая корпус, вал, установленный на оси корпуса, контактные ступени, укрепленные на валу и выполнение в виде отбортованных спиральных лент с продольными зигами, делящими ленты на ряд смежных по высоте каналов, и переточные устройства, причем на концах лент выполнены ступенчатые вырезь;, центральные концы лент, смежных по высоте каналов, расположены на различном расстоянии от в;|ла, рабочие торцы переточных устройств размещены у начала лент С2. Известен массообменный аппарат, включаюищй цилиндрический корпус, установленный соосно ему вал с закре ленными на нем контактными элементами, чередующимися с контактными элементами, закрепленными на внутренней поверхности корпуса и штуцера ввода и вывода рабочих фаз С31. Недостатком известного аппарата является низкая эффективность процес са массообмена вследствие подвода энергии извне и недостаточного перемешивания обрабатываемы потоков. Целью изобретения является повьпле ние эффективности процесса за счет и}1тенси(1)икации массообмена и использования :Jf epгии обрабать ваем1з1к потоков . Укязанная цель достиг.-ется тем, что в массообменном аппарате преимущественно для прямоточных хемоспрбци онных процпссов систем газ - жтвдкост вклнтаюшсм цилиндрический корпус, устаHoiiJifiiiibiii соосмс; ему вал с :тп-крепленными на нем контактш.ми элементамИ; чередующимися с контактными элементами, закрепленными на внутренней поверхности корпуса и штуцера ввода и вывода рабочих фаз,, контактные элементы выполнены в виде профилированных турбинных лопаток о В корпусе и/или валу аппарата выполнены радиальные прорези которые связаны с каждой из межступенчатых полостей аппарата штуцераш ввода и вывода рабочих фаз, причем прорези выполнены с переменными по длине аппарата сечениям.и, уменьщающимися в направлении движения газа. Радиальн е прорези снабжены устройством регулировки расхода газа. Аппарат снабжен блоком торможения-снятия нагрузки5 установленным на валу., На фиг. 1 показана принципиальная схема массообменного аппарата; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг, 1, на фиг. 3 - один из типов турбинных ступеней, общий ВИД1 на фиг, 4 турбинные ступени по длине аппарата,, разрез j (т.е. развертка гидроазродинамической решетки, осуществленная по среднему диаметру проточной части Ъ на фиг. 5 - профиль лопаток турбинных ступеней. Решетки профилей лопаток подобны решеткам профилей паровых и газовых турбин и отличаются от них унзличенной толщиной выходных кромок и повышенной шероховатостью. В предлагаемом устройстве для турбинной ступени характерен небольшой коэффициент быстроходноеги до 250, что при условии осущпсг-;-;акия максимального КПД обеспечивает безударный режим работы аппаоэгга. Большая вогнутость npocbi-CiiH определяет большой угол поворота потоке Увеличение величины входной кромки лопатки способствует развитию вихревого следа за лопаткой и определяет значительную интенсификацию процесса перемешивания и массообмека, Для каждого конкретного проце-:еа с его кинетикой определяются свои геометрические характер :1стики ггрофиля турбинной лопатки, параметрь турбинной ступени и их количество з аппарате. Все это обеспечиваег иктел: сификацию про;;8сса массообь;сНй.: Массообменный аппарат сс стоит из цилиндрического корпуса 1, вала 31установленного на подшипниковых опорах 3 и 4 с отверстиями для прохода обрабатываемого потока, сборки турбинных профилированных элементов 5 и 6; неподвижно закрепленных по корпусу 1 и вращаюицчхся на валу 2. В опорах использованы радиально-упор ные подшипники, В конструкции предусмотрены прорези 7 в валу и прорези 8 в корпусе для дополнительной подачи в межтурбинные полости рабочих агентов через установочно или/л регулировочно подвижный дроссель 9. Прорези 7 и 8 имеют сечения, уменьшающиеся по длине аппарата. К валу 2 аппарата по необходимости подключается блок 10 торможения - снятия нагрузки. На фиг, 5 показан профиль лопаток 11 турбинных ступеней. Аппарат работает следующим образом. Двухфазная или трехфазная смесь прямотоком подается в массообменный аппарат через отверстия подшипниковых опор 3 и направляется на контакт ные элементы 5 и 6. Массообмен в тур бинных решетках.осуществляется за счет значительной турбулизации двухили трехфазного потока путем разбрыз гивания его в поле действия центро бежных и пульсирующих вихрей, создания больших, постоянно обновляюа5ихся поверхностей контакта фаз. Это проис ходит за счет многократного перекрес него тока, дробления и отражения мно гофазного потока. Значительная турбу лизация и определяет высокие скорости массообмена. Вращение вала массообменного аппарата достигается за счет осуществления двух последовательно протекающих процессов: первый - преобразование энергии рабочего потока в кинетическую, которое происходит в профилированном контакт ном элементе, закрпеленном по корпусу; второй - передача кинетической энергии потока вращающемуся турбинно му контактному элементу, расположенному на валу турбины. Прореагировав 04 двух- или трехфазный поток через проходную опору 4 направляется на дальнейшую обработку. В качестве контактных элементов используются низкооборотные турбинные ступени с постоянными углами закрутки на входе и выходе профилей, Количестбо контактных элементов в ап парате определяется кинетикой процессов, задаваемой величиной перепада давления, расходом реагентов и качеством обработки. Применение низкооборотных до 2000 об,/мин турбинных элементов позволяет не только эффективно проводить процесс массообмена за счет , создания больших поверхностей контакта, но и устранить осложнения, например вибрацию, кавитацию и т,д,, при работе устройства на двух- и трехфазных смесях, При необходимости в аппарат вводится дополнительное количество реагента через прорези в валу и/или корпуса. Расход этого реагента регулируется посредством переменного сечения прорезей и дросселем, При больших объемных производительностях обрабатываемых потоков для уменьшения частоты вращения вала пре,цусмотрен блок торможения или снятия нагрузки, с помощью которого можно полезно использовать часть энергии обрабатываемого потока. Конструкция массообменного аппарата позволяет эксплуатировать его как в вертикальном, так и в горизонтальном расположении. Отсутствие вибрации при работе аппарата определяет его работу без мощных фундаментов, Предлагаемый массообменный аппарат рассчитан на прямоточные массообменные процессы хемосорбции и абсорбции двухфазных систем, а также на трехфазные системы, когда не могут быть использованы другие типы массообменных аппаратов.

Фиг..

1. МАССООБМЕННЫЙ А1ШАРАТ преимущественно для прямоточных хемосорбционных процессов систем газ жидкость, включающий цилиндрический корпус, установленный соосно ему вал с закрепленными на нем контактными элементами, чередующимися с контактными элементами, закрепленными на внутренней поверхности корпуса, и штуцера ввода и вы&ода рабочих фаз, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса за счет интенсификации массообмена и использования энергии Обраба-, тываемых потоков, контактные элементы выполнены в виде профилированных турбинных лопаток. 2.Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что в корпусе и/или валу аппарата выполнены радиальные прорези, которые связаны с каждой из межступенчатых полостей аппарата штуцерами ввода и вывода рабочих фаз, причем прорези выполнены с переменными по длине аппарата сечениями, уменьшающимися в направлении движения газа. W 3.Аппарат по п. 1,отличающ и и с я тем, что радиальные прос рези снабжены устройством регулировg ки расхода газа. 4.Аппарат по пп. 1-3, о т л и чающийся тем, что аппарат снабжен блоком торможения-снятия нагрузки, установленным на валу.

ФигЗ

1„