Тепломассообменный аппарат Советский патент 1984 года по МПК B01D3/20 

ю

О) 00 Изобретение относится к устройствам для проведения тепломассообменных процессов и может быть применено для абсорбции, ректификации, конденсации паров, нагрева или охлаждения жидкостей или газов, а также их очистки от пыли и газообразных примесей (SO, SO, HF HCl и др.). Известна противоточная барботажная колонна, содержащая последовательно расположенные друг над другом тарелки. Каждая тарелка состоит из царги, съемного кольца, устанавливаемого в горловине и колпака lj . Данное устройство имеет низкую удельную производительность из-за несовершенства организации процессов тепло- и массообмена между га(зом и жидкостью (малые скорости движения фаз, несовершенство аэродинамики, нерациональная форма контактных газопромывньк каналов и т.п.). Известен тепломассообменный аппарат,по высоте корпуса которого размещены колпачковые тарелки с входными газовыми патрубками и колпачками переливы и сливные пороги 2 . Известен тепломассообменный аппарат, по высоте корпуса которого размещены тарелки с газовыми патрубками, над которыми размещены направляющие элементы, и изогнутыми перегородками, установленными с внешней стороны патрубков и частично погруженными в жидкость, при этом верхняя часть перегородок и торцовая стенка направляющего элемента образуют симметричные газопромывные каналы, а также переливы 3J. Недостатком известного аппарата является высокое гидравлическое сопротивление (300-700 мм вод.ст.). Известные аппараты могут работать толь ко в режиме малоэффективного низкопроизводительного барботажа - при скорости газа в газопромывных каналах всего 0,4-0,5 м/с. При скоростях 1-1,3 м/с начинается режим газовых струй, при котором происходит разрушение ячеистой пены, длина газовых факелов увеличивается и они выходят без очистки на поверхность слоя. Малые скорости газа являются причиной низких коэффрщиентов тепло- и массо, обмена .(абсорбции, ректификации, пылеулавливания) и низкой удельной прО изводительности аппарата. Цель изобретения - повьш1ение эффективности тепломассообмена путем снижения гидравлического сопротивления . Указанная цель достигается тем, что в тепломассообменном аппарате, включающем корпус, по высоте которого размещены тарелки с газовыми патрубками, над которыми размещены направляющие элементы, и изогнутыми перегородками, установленными с внешней стороны патрубков и частично погруженными в жидкость, при этом верхняя часть перегородок и торцовая стенка направляющего элемента образуют зеркально симметричные газопромывные каналы, а также переливы, каждый направляющий элемент выполнен в виде вогнутого снизу полого охлаждаемого колпачка с боковыми изогну- тыми стенками, при этом нижние кромки стенок колпачка расположены ниже верхней кромки газового патрубка. На фиг. 1 показан тепломассообменный аппарат, вертикальный разрезi на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. фиг. 3 - тарелка, общий вид; на фиг. 4 - вид Б на фиг. 3. В корпусе 1 раз н1ещены тарелки 2, состоящие из изогнутых перегородок 3, колпачка 4 и газового патрубка 5. Скошенная рабочая поверхность перегородок 3 и торцовая стенка колпачка образуют газопромывные каналы 6. В корпусе 1 также установлены сливные трубы 7, штуцеры для подвода 8 и отвода 9 промежуточного теплоносителя в колпаки тарелок и стойки 10, поддерживающие колпачок над жидкостью. Корпус 1 может иметь круглое, прямоугольное или квадратное сечение в зависимости от давления внутри аппарата и формы тарелок (круглой, прямоугольной или квадратной). Перегородки 3 имеют продольнзш или круглую форму, выполнены со скошенной рабочей поверхностью под углом 30 бО к вертикальной оси тарелки 2 расположены по обе стороны газового патрубка 5 тарелки 2 зеркально симметрично относительно ее оси и частично погрзжены в жидкость. Высота перегородки при этом определяется соотношением Н ДР + 0,2 м (1) где АР- гидравлическое сопротивление газопромывного канала (контактного канала), образованного рабочей поверхностью перегородки и торцовой стенкой колпака. VU W где Cf, , Ср, Соответственно коэффициенты местного гид равлического сопротив ления, создаваемого контактным.каналом без орошения и с орошением жидкостью удельньй вес соответс2 У. венно газа и жидкости кг/м , скорость газожидкост ного потока в контак ных каналах тарелки, обычно 15-300 м/с; g - ускорение силы тяжес ти, равное 9,81 м/с m - удельное количество жидкости,засасываемо газовым потоком внут контактных каналов в расчете на 1 нм. объема этих газов, равное 0,1-30 кг/кг газа (оптимальное значение 0,5 кг/кг). При скорости газового потока в контактном канале 30-50 м/с и m 0,5 кг/кг газа гидравлическое сопротивление контактных каналов составляет 1,5-3 кПа (150-30 мм вод.ст Регулирование величины ДР в ши роких пределах (от 1,5 до 50 кПа) производится изменением расхода газа, подаваемого в каналы, и фовнем жидкости на тарелках 2. Высота перегородки 3 обычно составляет 0,5 м, а расстояние от ее нижнего конца до тарелки 2 0,050,1 м для обеспечения условий автоматической рециркуляции жидкости во руг перегородки 3 навстречу газовому потоку. Длину контактного канала L по ре зультатам эксперимен-ральных исследо ваний рекомендуется находить из соот ношения L 0,1-0,3 м, а ширину В 0,1-0,2 м. При гидравлическом сопротивлении контактного канала 1,5 кПа один погонный метр его длины промывает 20 тыс. нм/ч газов или паров. Колпачок содержит полость для циркуляции холодного или нагретого промежуточного теплоносителя (фреон, вода, пар, расплавленные соли системы KNO - NaNO - NaNO с температурой плавления 150-200 С и т.п.). Между торцовой поверхностью колпачка 4 и перегородками 3 при этом образуются газопромывные каналы (контактные каналы) 6 для промывки паров и газов жидкостью, стекающей по сливным трубам 7 сверху аппарата навстручу парам и газам, подниманлцимся снизу тепломассообменного устройства. Скорость парогазового потока в патрубках 5 равна 10-15 м/с. Угол раскрытия канала 6 составляет 6-12 к его оси. При больших значениях угла происходит отрыв парогазового потока от стенок канала и ухудшение процессов тепло- и массообмена. Контактные каналы 6 предназначены для перемешивания паров и газов с жидкостью и проведения процессов тепло- и массообмена между ними. Сливные трубы 7 имеют прямоугольное или круглое сечение и предназначены для подачи жидкости с верхней части колонны навстручу парогазовому потоку. Сечение этих каналов рассчитывается из условия скорости движения жидкости в их сечении 0,5-1 м/с. Телломассообменный аппарат работает следующим образом. Парогазовьй поток поднимается снизу аппарата, например ректификационной колонны, и через патрубки 5 распределяется по контактным каналам 6, образованным перегородками 3 и.торцовыми стенками колпачка 4. Входя в эти каналы, парогазовый поток механически за счет сил газожидкостного трения захватывает с собой верхний слой жидкости, мгновенно дробит его на мельчайшие капли и пену с высокоразвитой активной гетерогенной поверхностью, что обеспечивает необходимые условия для высокоэффективного, быстрого и высокопроизводительного протекания тепломассообменных процессов, например, для очистки газов от за, HF и т.п. Очищенный от паров или газов газовый поток отводится из верхней части аппарата, отработанная жидкость по сливным трубам 7 стекает в нижние ступени тепломассообменного аппарата. При работе аппарата создается режим турбулентной диффузии, характеризующейся высокими коэффициентами диффузии, поперечного тепло- и массообмена, высокой скоростью химических процессов и высокой удельной производительностью (5-20 раз выше, чем в современных колоннах -барботажного типа с ситчатыми или колпачковыми тарелками,у которых скорость газа в про мывных каналах не превышает 1-5 м/с . Предлагаемый аппарат высокопроизводителен, так как рабочие скорости газожидкостного потока в контактных каналах аппарата составляют 15-300 м/с и,более, при этом все режимы промывки газа аэрогидродинамическн устойчивы, что обеспечивает простоту и надежность его пуска, наладки и эксплуатации. Аппарат может быть применен в абсорбционных и ректификационных колоннах для переработки нефтяного сьфья, а также для проведения различных химических и теплоэнергетических процессов очистки газов и жидкостей, их нагрева или охлаждения.

ТЕШ10МАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ, включающий корпус, по высоте которого размещены тарелки с газовыми патрубками, нлд которыми размещены направляющие элементы, и изогнутыми перегородками, установленными с внешней стороны патрубков и частично погруженными в жидкость, при этом верхние части перегородок и торцовые стенки направляющих элементов образуют зеркальносимметричньш газопромывные каналы, а также переливы, отличающийся, тем, что, с целью повышения эффективности тепломассообмена путем снижения гидравлического сопротивления, каждый направляющий элемент выполнен в виде вогнутого снизу (Л .полого охлаждаемого колпачка с боковыми изогнутыми стенками, при этом нижние кромки стенок колпачка расположены ниже верхней кромки газового патрзгбка.