Массообменный аппарат Советский патент 1984 года по МПК B01D3/26 

2. Аппарат по п. 1, о.т л и чающийся тем, что, с целью расширения пределов нагрузки по жид- кой фазе, нижние концы переливных

трубок расположёны под завихрителями и снабжены запорными клапанами, прикрепленными к поплавкам.

1. МАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ, содержащий корпус,разделенный по высоте на секции поризонтсшьными перегородками с переливньпии трубками, выполненными с отверстиями в нижних частях, и размещенными на каждой перегородке соосно трубкам контактными элементами в виде патрубков с эавихрителями, с укрепленными на патрубках сепарационными элементами, о тличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса массообмена за счет увеличения скорости газового потока и улучшения сепарации фаз, сепарационные элементы выполнены в виде усеченной сверху и снизу сферы с отверстиями внизу и прикреплены нижними торцамк к верхним кромкам патрубков, выступающих - внутрь усеченной сферы с образоваО нием гидрозатворных карманов.

Изобретение относится к конструк циям масообменных аппаратов и может быть использовано в процессах массо обмена для систем газ - жидкость. Известно прямоточное контактное устройство для взаимодействия пара (газа) с жидкостью, состоящее из го ризонтальной тарелки с паровыми пат рубками и контактных трубок, установленных с зазором над паровыми .патрубками. Над контактными трубками установлены друг над друге усеченные конусы, внутри KOTOEWX помещена винтовая лопасть (эавихритель) 1 . Недостатком этого устройства является то, что зазор между паровыми патрубками и контактными трубками лимитиЕ ует нагрузки По жидкой фазе А при значительных скоростях газа наблюдается большой унос жидкости, т.е. недостаточная сепарация фаз из-за пересечения газовых и жидкост ных потоков. Известен масоообменный аппарат с внешними переточнь и труба 4и, состоящий из отдельных царг. Каждая ца га снабжена двумя трубными плитами, через которые проходят трубчатые контактные злементы. Они расположены соосно с определенным зазором по всей высоте аппарата. Каждаай контактный элемент содержит завихритель и распылитель жидкости. Распылители для жидкости установлены перед завйхрителями, а концы трубчатых соосных контактных элементов соединены между собой посредством коаксиально расположенного с ними сепарационного патрубка 2 . Недостатками этого аппарата являются высокое гидравлическое сопротивление (во внешних переточных трубах) и ограниченная диаметром пе реточных труб скорость подачи жидкости. В случае подачи жидкости со скоростью больше номинальной через определенное время произойдет захлебывание аппарата. Известен массообменный аппарат, состоящий из корпуса, контактных трубчатых элементов, снабженных винтовыми насадками. Внутри нижнего конца каждого из контактных элементов соосно помещен гидрозатворный стакан с расположенной в центре него переточной трубкой,на которой укреплена насадка. Аппарат разделен горизонтальными перегородками на .секции зЗ . Основным недостатком данного аппарата является низкая эффективность сепарации фаз, поскольку практически вся жидкость, которая переливается из стакана на завихритель, подхватывается газовым потоком, контактирует с ним в завихрителе и на внутренних стенках патрубка, сформировавшись в пленку,а затем выбрасывается в сепарационное пространство. Однако конструкция устройства не позволяет избежать перекрестных токов, в которых капельки жидкости под действием центробежных сил пересекают восходящие из соседних патрубков газовые потоки. Известно, что для организации восходящего пленочного течения скорость газа должна быть не менее 7 м/сек (система ВОД9 - воздух) и несколько меньше для жидкостей, плотность которых меньше 1000 кг/м. Поэтому для эффективной работы аппарата необходим строго лимитированный и очень узкий диапазон скоростей; при скоростях газа 7 м/сек и более уносится практически вся жидкость, так как стечь ей практически невозможно; аппарат может выполнять функции только прямоточного абсорбера; при скоростях газа менее 7 м/сек возможен барботажныя или пульсирующий режимы в трубках, пленка не формируется, но часть жидкости стекает на нижележащую тарелку,-аппарат может выполнять функции противоточного абсорбера, ректификационной колонны, десорбера, но с низким коэффициентом массообмена. Известен массообменный аппарат, содержащий тарелки, на которых жестко закреплены контактные патрубки с отбойными устройствами в верхней части и завйхрителями, в котором узел подвода жидкости и контактные патрубки выполнены в виде U-образной трубки, один конец которой закреплен в полотне вы1иележащей тарелки, а второй конец расположен по центру контактного патрубка над завихрителем, заглушен сверху и снабжен боковыми отверстиями 4 .

Недостатком аппарата является узкий диапазон скоростей газовых по.токов, строгая ограниченность расхода по жидкой фазе, лимитированная диаметрс1ми отверстий U -образных трубок, а также сложность конструкции и практическая невозможность сборки, если не устанавливать каждую тарелку между фланцами. Кроме того, сепаратор-отбойник существенно повышает гидравлическое сопротивление контактно-сепарирующего узла, поскольку он перекрывает выходное отверстие патрубка в зоне максимальных расходных и центробежных скоростей газового потока.

Известен тепломассообменный аппарат, содержащий корпус, на тарелках которого установлены контактные элементы, состоящие из сферической верхней части и закручивающей поток лопастной нижней части, причем дно нижней части соединено циркуляционной трубкой с верхней частью в месте ее наибольшего диаметра. Переток жидкой фазы с верхних тарелок на нижние осуществляется по трубкам, опущенным до основания нижней части через радиальные отверстия s .

Недостатками этого устройства являются узкий диапазон скоростей газовых потоков, ограниченность расхода по жидкой фазе, а также сложность конструкции: практическая невозможность изготовления вихревого элемента { нижней части контактного устройства) И монтажа колонны без фланцев для каждой тарелки.

Известен масообменный аппарат, содержащий корпус, разделенный по высоте иа секции горизонтальными перегородками с переливными трубкамл, выполненными с отверстиями в нижних частях, и размещенными на каждой перегородке соосно трубкам коитактнь&ш элементами в виде патрубков с завихрителями, с укрепленНЁО4И на патрубках сепарационными элементами 6 . Однако в известием аппарате незначительна эффективност за счет ухудшения условий сепарации фаз и узкий диапазон скоростей газового потока.

Цель изобретения - интенсификаци процесса массообмена за счет увеличния скорости газового потока и улучшения сепарации фаз и расширение пределов нагрузки по жидкой фазе.

Поставленная цель достигается тем, что в аппарате, содержащем корпус, разделенный по высоте на секции горизонтальными перегородками с переливными трубками, выполненными с отверстиями в нижних частях и

;размещенными на каждой перегородке соосно трубкам контактными элементами в виде патрубков с завихрителями с укрепленными на патрубках сепарационными элементами, последние выполнены в виде усеченной сверху и снизу сферы с отверстиями внизу и прикреплены нижними торцами к верхним кромкам патрубков, выступающих внутрь усеченной сферы

10 с образованием гидрозатворных карманов .

Нижние концы переливных трубок расположены под завихрителями и снабжены запорными клапанами, при5крепленными к поплавкам.

На фиг.1 изображен аппарат, продольный разрезJ на фиг.2 - переливная трубка.

Аппарат состоит из корпуса 1 с установленными по высоте тарелка0ми 1, в которых расположены контактные патрубки 3 с завихрителями 4 и переливными трубками 5. На контактных патрубках 3 установлены полусферические сепараторы 6 с от5верстиями 7 таким образом, что верхняя часть патрубков является каплеотбойником, а диаметр верхнего тор.ца полусферы равен или больше наружного диаметра патрубка 3. На нижних

0 концах переливных трубок имеются радиальные сливные отверстия 8, Чтобы расширить пределы нагрузки по жидкой фазе, в переливных трубках смонтированы клапаны 9, прикрепленные тросиками (стержнями) 10 к поплавкам 11. Нижние отверстия переливных трубок служат седлом 12 клапана.

Аппарат работает следующим Образом,

Газ и жидкость поступают на тарелку 2 противотоком. Газ - снизу, жидкость - сверху. При выходе из радиальных сливных отверстий 8 переливных трубок 5 часть жидкости увлекается газом. Газо-жидкостная смесь поступает в завихритель 4, контактирует в зоне закручивания и в сформировавшейся выше пленке. Сепарация начинается на выходе из завихрителя, так как жидкость отбрасывается на стенки патрубка центробежными силами. Но те же силы на выходе из цилиндрических патрубков без сепаратора перебрасывают капельки жидкости от одного к другому. Эти. капельки подхватывает газовый поток и сепарация оказывается неэффективной.

0 в предлагаемом аппарате жидкость продолжает сепарироваться, проходя через верхний край патрубков 3 и попадая в пространство между верхним концом патрубка 3 и корпусом се5 паратора 6. Капельки (струи) жидкос