Установка для осуществления массообменных процессов в колонных тарельчатых аппаратах Советский патент 1985 года по МПК B01D11/02 

Изобретение относится к конструкци ям для проведения массообменных процессов в системе пар(газ) - жидкость и может быть использовано для интенсификации массообмена в действукщих колонных ректификационных абсорбцион ных аппаратах пищевых и химтшских производств. Известна конструкция устройства для обработки зернистых материалов, состоящая из последовательно уста- новленных по высоте аппарата несколь ких ВЫНОСЩ.К циркуляционных контуров включающих; насос, высасьюакщих и нагнетательного трубопроводов и рессиверной емкости м . Однако такое устройство х;арактеризуется большим расходом электроэнергии на привод насоса циркуляцион нык контуров и повышенным расходом металла. Наиболее близкой по технической сущности и достигаемс |у результату является установка для обработки зернистого материала, состоящая из насоса, распределителя, двух рессиве ных емкостей и коллекторов. Установка обеспечивает создание в колонном аппарате устойчивых пульсаций жи кoй фазы интенсифицирующих процесс 2 Однако пульсации накладываются в продольном направлении за счет измен ния давления в верхнем и нижнем сечениях аппарата, что не позволяет использовать установки для интенсифи кации процесса массообмена в действующих на производстве колонных ап паратах с тарельчатыми контак тными устройствами. Тарелки секционируют внутреашШ объем аппарата и ограничивают распределение пульсаций вдоль его оси, резко снижая эффект интенсификащ процесса от использования пулbcaayHJS. Кроме того, установка для обра эотки зернистых материалов не создает в аппарате дополнительных зон масс сх бмена. Наличие в рессиверной емкости разделительной мембраны требует периодических профилактических ремонтов, что усложняет эксплуатацию и снижает производительность аппарата. Целью изобретения является интенсификация процесса массообмена за счет создания периодических пульсаций, дополнительных зон массообмена и увеличения времени и поверхности контакта фаз. Поставленная цель достигается,тем, что установка для осуществления мае- сообменных процессов в колонных тарельчатых аппаратах, включающая колонный аппарат, резделенный тарелками с переливными устройствами на секции, насос с распределителем давления, две рессиверные емкости и пульса--ционные камеры с патрубками, в которых установлены всасывающие и нагнетательные клапаны, снабжена двумя коллекторами для тяжелой фазы, расположенными вьйпе пульсационных камер, каждый из которых соединен с одНой из рессиверных емкостей и с пульсационными камер:ами, при зтом пульса1щонные камеры первого и второго i коллекторов соединены через патрубки с секциями колонного аппарата в чередующейся последовательности, а каждый патрубс к с нагнетательным клапаном снабжен устройством для распыления тяжелой фазы и расположен в каждой секции аппарата вьпие патрубка с всасывающим клапаном. Кроме того пульсационные камеры снабжены пакетом плоских пластин, разделяющих их внутренний объем на продольные каналы. На фиг. 1 изображена общая схема установки на фиг. 2 - узел -1 на фиг. 1, на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2. Установка состоит из колонного аппарата 1, центробежного насоса 2 с распределителем давления 3, рессиверных емкостей 4 и 5 и .пульсационных камер 6 и 7, соединенных через коллектор 8 и 9 с рессиверными емкостями 4 и 5. Пульсационные камеры 6 и 7 подсоединены к колонному аппарату 1, содержащему тарелки 10 с переливной системой 11, с помощью патрубков 12 и 13 с всасывающим и нагнетательным клапанами. Внутри пульсационных камер 6 и 7 (фиг. 1) установлен пакет плоских пластин 14,делящих их объем на отдельные продольные каналы. Для предотвращения самопроизвольного протекания жидкости из вьшележащей пульсационной камеры в нижележащую минуя аппарат коллектора 8 и 9 установлены выше уровня камер 6 и 7. 11атрубки 13 с всасывающими клапанами подсоединены к колонному аппарату вблизи контактных тарельчатых устройств (тарелок)J О со стороны их переливной системы 11. что позволяет заполнять пульсационные камеры жидкой фазой. Патрубки 12 с нагнетатель ными клапанами подсоединены к колонн му аппарату над тарельчатыми контакт ными устройствами и снабжены устройс вами для распыления жидкой фазы в по токе паровой (газовой).фазы. Пульсационные камеры 6, подсоединенные к первому коллектору 8, соеди нены патрубками с нечетными межтарелочными пространствами аппарата (считая, например, сверху), а пульса ционные камеры 7, подсоединенные ко второму коллектору 9, соединены с четными межтарелочными пространствами аппарата. Это позволяет создавать в аппарате пульсации давления как по жидкой так и паровой фазам .без нарушения их контакта. Жидкая фаза отбирается в пульсационные камеры вблизи переливной системы и затем распыляется в направлении ее поступления на тарельчатое контактное устройство, что и сохраняет устойчивый контакт фаз при любых режимах пульсации.. Установка работает следующим об- разом. Перед началом работы рессиверные емкости 4 и 5 коллектора 8 и 9 и камеры 6 и 7 заполняются кубовой жидкостью. После вывода массообменного аппарата 1 на рабочий режий включается насос 2 с распределителем давления 3. При этом жидкость. например, из емкости 5 перекачиваетс в емкость 4. В пульсационных камерах 6 повьпиается давление и через нагнетательные клапаны по патрубкам 12 жидкая фаза поступает в соответствующее пространство аппарата 1 и распыляется в потокепара. Капли и струи распыленной жидкости движутся в пйровой фазе вдоль полотна тарелок 10 к месту поступления жидкости на тарелку. Часть капель и струй ударяется о боковую поверхность корп са аппарата 1, стекает в виде пленки вниз на полотно тарелки и, сливаясь с основным потоком жидкой фазы, движется назад к переливной системе тарелки. Вторая часть капель и струй под действием силы тяжести падает на полотно тарелки, создавая в слое жидкости, движущемся по тарелке, локальные возмущения и пульсации.. В пульсационных камерах 7 давление в этот момент времени, понижается, так как они соединены через 1 3 коллектор 9 с емкостью 5. Всасывающие клапаны патрубков 13 открываются и жидкость с тарельчатых контактных устройств поступает во внутренние полости пульсационных камер 7, вызывая соответствующие возмущения и пульсации в слое жидкости на тарелках 10. После переключения распределителя 3 меняется подсоединение насоса 2 к емкостям 4 и 5. Всасыванщий патрубок насоса 2 соединяется через распределитель 3с рессиверной емкостью 4, а нагнетательный - с емкостью 5. В пульсационных камерах 6 возникает разрежение, а в камерах 7 избыток давления. Из пульсационных . камер 7-жидкая фаза вытесняется по патрубку 12 и распыляется в аппарате 1 (по аналогии с вышеописанным), а в камеры 6 жидкость засасывает{ я по патрубкам 13. После следующего переключения распределителя 3 процесс распределения давления и движесшя жид кости в устройстве повторяется в вышеуказанном порядке. Таким образом установка позвол51ет создавать в действующем тарельчатом аппарате устойчивые пульсации давления, внося соответствуюпще возмущения в структуру потоков, увеличивая поверкность и время контакта фаз. Рас- пыление жидкости позволяет организовать в аппарате две дополнительные зоны интенсивного взаимодействия фаз; в факеле распыла и в пленке на боковой :поверхности корпуса аппарата. Подсоединение патрубков 13 вблизи тарельчатых устройств 10 со стороны переливной системы обеспечивает заполнение пульсационных камер жидкостью, уходящей с тарелок. Распыление такой жидкости происходит в направлении, противоположном ее движению по тарелке. Фактически после распылении жидкая фаза возвращается на тарелку в месте ее ввода, что увеличивает время контакта потоков. Для обеспечения интенсификашш процесса массообмена необходимо исключить продольное перемешивание жид кости в пульсационных камерах и смешивание жидкостей различных камер в коллекторах 8. и 9. Рекомендуется объем пульсационных камер выбирать равным 1,2-1,3 от объема всасываемой в них жидкой фазы. Последний зависит от конкретных геометрических размеров аппарата 1, массовых расходов фаз и может составлять 25-50% от количества жидкости, находящейся на тарельчатом контактном устройстве 10. Внутри камер .6 и 7 целесообразно устанавливать пакет плоских параллельных пластин 14, делящ1ос их объем на отделыате продольные каналы. Это позволит приблизить режим двиясения жидкости в камерах к ламинарному и уменьшить продольное переме цивание. Геометрические размеры камер целесообразно выбирать из условия: соотношение длинны к диаметру 5,0. Объем рессиверньк емкостей 4 и 5 зависит от объема и количества используемых пульсационных камер 6 и 7.

По сравнению с прототипом данная конструкция установки позволяет интенсифицировать процесс массообмена в системе пар (газ) - жвдкость в колонньк тарельчатых аппаратах. Использование прототипа для указанной.цели не дает должного эффекта, так

как он накладывает пульсации давления вдоль оси аппярата только в верхней и ишк.тгей его точках. Тарельчатые контактные устройства секционируют объем аппарата и за счет этого, гасят накладывйемые на потоки фаз пульсации. Кроме того, конструкция прототипа не создает в аппарате дополнительных зон интенсивного нас-

сообмена и не увеличивает время контакта фаз, как это предусмотрено пред лагаемым устройством.

Установку для осуществления массообменнык процессов целесообразно

использовать для увеличения разделяющей способности действующих в настоящее время в пищевой и химической промышленностях ректификационных и аб- сорбционньЕ ; колонных аппаратов. Это

позволяет за счет минимальных: капитальных затрат на их модернизацию, существенно увеличить производительность или качество получаемого продукта.

1. УСТАНОВКА ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ МАССООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ В КОЛОННЫХ ТАРЕЛЬЧАТЫХ АППАРАТАХ, включающая колонньй аппарат, разделенный тарелками с переливными устройствами на секции, насос с распределителем давления, две рессиверные емкости и пуль« сационные камеры с патрубками, в которых установлены всасывающие и нагнетательные клапаны, отличающаяся тем, что, с целью интенсификации процесса массообмена за счет создания дополнительных зон массообмена, периодических пульсаций, увеличения времени и поверхности контакта фаз, установка снабжена двумя коллекторами для тяжелой фазы, расположеннь1ми выше пульсационшлс камер, каждый из которых соединен с одной из рессиверных емкостей и с пульсационнымн камерами, при этом пульсационные камеры первого и второго кол-лекторов соед|)нены через патрубки с секциями колонного аппарата в чередукщейся последов а те льностч, а каждый патрубок с нагнетательным клапаном снабжен устройством для распыления 9 тяжелой фазы и расположен в каждой аппарата выше патрубка с всасывающим клапаном. 2. Установка по п. 1, о т л и ч а ю щ а я с. я тем, что пульсационные камеры снабжены пакетом плоских .пластин, разделяющих их внутренний объем на продольные каналы. СО 4 tsD СО

yi-/i