Массообменный аппарат Советский патент 1985 года по МПК B01D3/22 

Изобретение относится к массообменным аппаратам с преимущественно прямоточным движением жидкости на смежных тарелках, применяемых в про цессах ректификации, абсорбции и т.п. Известен массообменный аппарат, содержащий корпус, последовательно чередующиеся по высоте горизонтальные тарелки и переточные устройства вьшолненные в виде наклонного короба, соединяющего сливную зону вышележащей тарелки с приемной зотгой нижележащей тарелки, что позволяет обеспечить прямоток жидкости на сме ных тарелках и ликвидировать гради ент концентрации по длине пути жидкости l . Недостатками аппарата являются сложность изготовления и монтажа короба,а также снижение площади свободного сечения для прохода пара и, как следствие, ограничение производительности аппарата. Известен массообменный аппарат, в котором используются клапанные прямоточные (струйные) тарелки с противотоком жидкости на смежных тарелках 2j , Струйное течение жидкости на тарелке позволяет увеличить производительность аппарата, однако эффективность разделения при этом падает Причиной этого служит дисперсное состояние жгадкости на тарелке, в ре зультате чего время контакта фаз пар-жидкость мало, а слой пены на тарелке мал и, как средство борьбы с этим отрицательным свойством аппа рата, в их конструировании наметилис такие направления, как поперечное секционирование тарелок с целью уве личения времени пребывания жидкости на тарелке, и установка в межтарель чатом пространстве разнообразных отбойников пара. Это значительно усложняет монтаж тарелок, увеличива ет их металлоемкость, но сохранение эффективности разделения не достига ется из-за разрушения структуры пенного слоя. При увеличении скорос ти пара за счет скоростного напора движение жидкости на тарелке ускоряется и часть жидкости движется вместе с паром. Высота подъема жидкости у слива достигает 200-250 мм и над сливом образуется зона уплотнения паро-жидкостного потока, кото 8 рая является источником интенсивного уноса жидкости. Одновременно усиливается аэрация жидкости в сливе, что свидетельствует о растущем захвате пара в зоне уплотнения. Наличие зоны уплотнения над сливом, помимо интенсивного уноса жидкости на вышележащую тарелку, приводит к слабой дегазации сливающейся жидкости, накоплению ее на таре:7ке и при больших нагрузках по пару - к захлебыванию. Известен также массообменный аппарат, содержащий корпус, последовательно чередующиеся по высоте горизонтальные и наклонные тарелки, снабженные устройствами для прохода пара, выполненные в виде носообразных просечек з . Несмотря на отсутствие градиента концентрации по длине пути жидкости на горизонтальных тарелках, эффективность разделения аппарата в целом падает с ростом паровых нагрузок из-за роста перепада давления на наклонных тарелках, создаваемого возрастающим слоем светлой жидкости на них за счет фиксированного исполнения и обратного (рециркулирующего) потока жидкости в боковых сегментных частях площади барботажа. Цель изобретения - повьшение производительности аппарата без снижения эффективности разделения. Поставленная цель достигается тем, что в массообменном аппарате, содержащем корпус, последовательно чередующиеся по высоте горизонтальные и наклонные тарелки, снабженные устройством для прохода пара, наклонные тарелки устанавливают под углом 10-20°, а свободные сечения для прохода пара горизонтальных и наклонных тарелок находятся в соотношении 1:1,5-1S2. Устройство для прохода пара на наклонных тарелках вьтолнено в виде клапана. На фиг. 1 изображен массообменный аппарата; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1. В корпусе массообменного аппарата 1 смонтированы горизонтальные барботажные тарелки 2 (-нитчатые, клапанные, колпачковые и т.п.), разделенные наклонньми тарелками 3 с центральной 4 и сегментными 5 зонами барботажа, и установленными на них клапанами 6.

Жидкость из приемной зоньт верхней тарелки 2 поступает в барботажную зону, где происходит обогащение ее высококипящими компонентами при контакте с паром. Далее жидкость поступает на наклонную тарелку 3, где она также участвует в массообмене с паром. С наклонной тарелки 3 жидкость транспортируется в приемную зону нижележащей тарелки 2, расположенной под приемной зоной вьапележащей тарелки. Далее движение жидкости повторяется, чем и обеспечивается ее прямоток на смежных горизонтальных тарелках 2. Клапаны на наклонных тарелках ориентированы в сторону слива в центральной зоне площади барботажа и в противоположную сторону в боковых сегментных ее частях.

Пример, Были проведены сравнительные исследования технического Скорость Расход воздуха, м/с Угол установки наклонной .ч. тарелки, 8 МО Ш JZO 22 20jfO 18дО 40,0 7t,9 72,0 72,0 42,0 i2iS82; 582j 5 40,087,588,0 86,0 42 283 283j 4,583,283,0 83,0 43j 582j 882 t5 79j,t 43,889,288,0 §6,3 0 024 026jj 25fO 407589,590,1 89,0 0,023jO24 5 4172887589,3 88,7 0 022д523 22jJ 437088,889,7 88,5 .Примечание: В числителе приведены па,а в знаменателе решения по изобретению и прототипу. Исследования проводились на системе воздух-вода в аппарате диаметром 700 мм с тремя горизонтальньми тарелками (ситчатые и колпачковые) свободньм сечением 10,67% и установленных между ними наклонных тарелок с пластинчатыми клапанами (по изобретению) и фиксированными элементами

для прохода пара (по прототипу). Соотношение свободных сечений горизонтальных и наклонных тарелок изменилось в пределах 1:1,25-1:2,25. Расстояние между тарелками 350 мм.

Угол установки наклонной тарелки изменялся от 1,5 до 22, Режимные параметры: расход воды изменялся от 1,5 до 14,4 м/м.ч; скорость воздуха на полное сечение аппарата

изменялась от 0,5 до 2,8 м/с.

Результаты сравнительного анализа технического решения по изобретению и прототипу приведены в таблице. Эффективност

1:2,25 3§,5 41,0 4| 41,7 OjtO 39,5 40,8 39,5 эффект для из азделения Соотношение свободных сечений горизонтальных и наклонных тарелок 1:1,25 11:1,5 jl: 1,75 jl:2,0 lDjt8 20,0 5t,5 72,0 72,5 7,5 8,5 83jtO 58, 72,5 88,0 88,7 87,5 69,5 74,0 88,5 88,0 71,0 82jt5 62,8 88,0 88,6 87,5 58,4 16j(3 24 26 90,1 93,8 89,8 58,8 60,8 16 23j 22j,8 89,3 9172 §§77 5575 60,2 60,5 89,7 92,3 88,5 59,3 ивность разделения для прототиобретения. S Соотношение свббодных сечений приведены для оптимального угла.установки наклонной тарелки 12, ибо характер изменения эффективности раз деления во всем диапазоне углов устано ки наклонной тарелки сохраняется таким же. . . Из анализа результатов, приведенньос в таблице, видно, что в техническом решении по изобретению эффективность разделения с ростом нагрузок по пару не снижается, в отличие от прототипа, что происходит за счет следующих факторов. Структура потока пенного слоя на горизонтальных тарелках приближается к идеального вытеснения, .а пар в межтарельчатом пространствек режиму полного перемешивания, что cooTBercTfryet максимальной эффективнести разделения за счет снижения обратных (рециркулирующих) потоков в пристеночных зонах аппарата. Так установка клапанов в боковых сегментных частях наклонной тарелки 8 в сторону, противоположную основному потоку жидкости, позволила снизить долю реииркулирующего потока с 0,52 (прототип) до 0,12-0,18 (по изобретение). Мальй перепад давления на наклон- ной тарелке за счет дисперсного состояния сплошной фазы (жидкости), в результате чего ее общее сопротивление равно сопротивлен1во сухой тарелки, в то время как в прототипе необходимо учитывать и сопротивление слоя жидкости на ней. При низких паровых нагрузках в отличие от прототипа эффективность разделения высокая. Из таблицы видно, что при угле установки Наклонной тарелки в пределах 10-20 и соотношении свободных сечений горизонтальной и наклонной тарелок 1:1,5-1:2 соблюдаются оптимальные условия массопередачи в аппарате.

1. МАССООБМЕИНЫЙ АППАРАТ, содержащий корпус, последовательно чередующиеся по высоте горизонтальные и наклонные тарелки, снабженные устройством для прохода пара, о тличающееся тем, что, с целью повыпения производительности аппарата без снижения эффективности разделенияj наклонные тарелки.установлены под углом 10-20 , а свободные сечения для прохода пара горизонтальных и наклонных тарелок находятся в соотношении 1:1,5-1:2. 2. Аппарат по п. 1, отличающий с я тем, что устройство для прохода дара на наклонных та(Л релках выполнено в виде клапана.