Массообменный аппарат Советский патент 1986 года по МПК B01D3/26 

Изобретение относится к химической промышлеиности и может быть использоЕ5ано для проведения нронессор; абсорбции и ректификации.

Цель изобретения - повышение эффективности нроцесса за счет ччкличения поверхности контакта фаз и обноплопкя их поверхности, расширение диапазона оптима.И)ной работы при изменении нагрузки по газу.

На фиг. 1 предетавлеп аппарат, нродольный разрез; iia фиг. 2 -- контактные эле.менты, продольный разрез; на фиг. 3 -узел I на фиг. 2; на фиг. 4 -- узел II на фиг. 2; с конической перфорированной нодвижпой решеткой; на фиг. 5 - то же, с подвижной решеткой, выполненной в форме полого перфорированного нолуэллинсоида.

Апнарат включает корпус 1, переливные устройства 2 и 3, соосно расположенные контактные трубки 4, выполненные в виде соединенных одна с другой с помощью фигурных полых муфт 5, контактных труб, прон аценных с зазором через соосные отверстия тарелок 6. Тарелки 6 делят аппарат на несколько контактных ступеней. В нижней части каждой ступени в контактных трубах имеются питаюшие отверстия 7, в верхней части - сеиарационные отверстия 8. Питающие и сенарационные отверстия выполнены в виде круглых отверстий или ертикальнь х прорезей (окон). Между нижней частью фигурной муфты и контактной трубкой образуется закрытый сверху и изнутри и нерфорированный снаружи кольцевой канал 9.

Контактные трубки снабже1-1Ы за вихрителя.ми 10, расноложенны.ми вблизи нижней границы сепарационных отверстий.

Между соседними стуненями внутри контактных труб, нанротив плоскости тарелок установлены ненодвижные ре1петки 11, в которых закреплены нижними концами дополнительные контактные элементы 12, вьиюлненпь е из эластично-упругого материала, например в виде растягивающихся упругих и эластичных нитей, лент, полос и т.п. В зависимоси от этого неподвижная решетка выполнена из нроволочной сетки, в виде коаксиально расположенных колец, скрепленных крестовиной, в виде коаксиально расположенных желобов, соединенных друг с другом и с питающими отверстиями радиальными желобами и т.п.

Верхние концы дополнительных контактных элементов 12 прикренлены к подвижной решетке 13, с которой жестко соединена втулка 14, перекрывающая пптаюпдие отверстия и вынолнеппая с возможностью се неремен1енпя вверх относительно неподвижной решетки. Жесткое соединение подвижной решетки 13 и втулки 14 выполнено в виде жестких стержней или полос из листового металла 15, расположенных нараллельно внутренней поверхности контактной трубки.

Для создания небольшой гарантированной нодачи жидкости в контактные трубки при низких нагрузках по газу наружная поверхность втулки 14 выполнена с уклоном внутрь но ходу газа.

Для уменьшения гидравлического сопротивления и стабилизации положения подвижной решетки точно по оси контактной трубки подвижная решетка может быть выполнена обтекаемой формы, перфорированной конической с централыц11м угло.м конусности 40-60°, перфорированной конической со скругленным угло.м при вершине конуса, в

виде полого перфорированного нолуэллинсоида, большая нолуось которого совпадает с осью контактной трубки, а его верщина нанравлена навстречу потоку газа.

Массообменный аниарат работает следуЕОщим образом.

Газ (нар) из нижней части корпуса 1

ностунает в контактные трубки 4. После завихрителя 10 газовый поток закручивается и проходит через нолую муфту 5, неподвижную решетку 11, контактную трубку 4,

5 нодвижную решетку 13 и через следующий по ходу газа завихритель уходит на вышележащую ступень.

Под действием сил гидродинамического давления газа подвижная рещетка 13 пере0 мещается вверх, растягивая упругие эластичные дополнительные контактные элементы 12 до тех пор, пока силы растяжения последних уравновесят силы гидродина.мического давления газа на подвижную решетку 13. Подвижная рещетка 13, перемещаясь

5 вверх, увлекает за собой жестко соединенную с ней втулку 14. которая приоткрывает питающие отверстия 7 тем больше, чем выше скоростной напор газа.

Жидкость под действием давления гидQ ростатического столба с полотна тарелки 6 через открытую часть питающих отверстий 7 в виде струй поступает внутрь контактных трубок в количестве, пронорционально.м расходу (скорости) газа, так как высота подъема подвижной решетки 13 и втулки 14 и,

5 следовательно, высота и сечение открытой части питающих отверстий пронорциопальны скоростному нанору газа. Таким образом создается возможность саморегулирования количества поступающей в контактные трубки жидкости и зависимости от расхода газа, что расширяет диапазон оптимальной работы при изменении нагрузки но газу.

Газ (пар), поступающий снизу с большой скоростью (Ю-40 м/с), диспергиру,j ет .жидкие струи на капли, которые, попадая на поверхпость контактной трубки 4 и растягивающихся упругих эластичных контактных элементов 12, образуют жидкую пленку, движущуюся вверх.

Вследствие большой скорости и турбулентности газового потока растягивающиеся упругие эластичные контактные элементы 12 непрерывно вибрируют, колеблются, пленка жидкости сильно турбулизуется, с ее поверхности срываются мелкие жидкие капли, которые в объеме контактной трубки 4 сливаются между собой, распадаются снова на части, попадают на поверхность соседних растягивающихся упругих эластичных дополнительных контактных элементов 12, снова срываются и т.д. Процессы генерирования и возвращения жидких капель на поверхность пленки растягивающихся упругих эластичных дополнительных контактных элементов находятся в равновесии, что приводит к образованию в объеме контактной трубки 4 диспергированной, сильно турбулизованной газожидкостной смеси с развитой поверхностью контакта фаз. При этом происходит интенсивный массообмен в двух зонах с постоянно обновляющейся поверхностью контакта фаз: на поверхности пленки растягивающихся упругих эластичных контактных элементов 12 и трубки 4 и в пространстве между ними.

На выходе растягивающихся упругих эластичных дополнительных контактных эле ментов 12 жидкая пленка проходит через подвижную рещетку 13, срывается с нее, попадает в газожидкостную смесь, которая затем направляется в каналы завихрителя 10, где приобретает вращательное движение. Под действием центробежной силы жидкость отбрасывается на внутреннюю поверхность сепарационной части труб, туда же попадает жидкость, транспортирующаяся по внутренней поверхности контактных трубок 4. С внутренней поверхности сепарационной части трубок 4 жидкость через сепарационные отверстия 8 сливается обратно на тарелку 6, перемещиваясь с питающей жидкостью. Часть этой смеси вновь поступает на орощение данной контактной ступени, а часть через переливные каналы направляется на нижележащую тарелку.

С целью дальнейщего расщирения диапазона оптимальной работы массообменного аппарата при низких нагрузках по газу за счет подачи в контактные трубки небольшого гарантированного количества жидкости наружная поверхность втулок 14 выполнена с уклоном внутрь по ходу газа.

Для уменьшения гидравлического сопротивления и стабилизации положения подвижной решетки 13 под действием закрученного газового потока точно по оси контактной трубки 4 подвижная решетка выполнена обтекаемой формы, перфорированной конической с центральным углом конусности 40-60° (в этом диапазоне углов

конусности гидрав,1ическое сопротивление имеет минимальное значение), перфорированной конической со скругленным углом при вершине конуса, в виде полого перфорированного полуэллипсомда, большая пол)ось которого совпадает с осью контактной трубки 4, а его вершина направлена навстречу газовому потоку.

После выхода из каналов завихрителя жидкая и газовая фаза закручиваются,

капли жидкости под лТействием центробежных сил отбрасываются на внутреннюю поверхность сепарационной части трубок. При этом образуются две сепарационные зоны. В первой зоне сепарации, расположенной

ниже фигурной полой муфты 5, удаление жидкости из контактной трубки происходит под действием центробежных сил.

Та часть жидкости, которая не отсепарировалась в нижней зоне (центробежная зона сепарации), инерционными силами

увлекается в кольцевой канал 9, давление в нем повышается и эта жидкость выдавливается из кольцевого канала 9 через верхние ряды сепарационных отверстий, перекрытых нижней частью фигурных муфт 5.

Таким образом, в предлагаемой конструкции имеется вторая сепарационная зона (зона сепарации выдавливанием), в которой сепарация жидкости происходит под действием сил разности давлений. При этом повышается эффективность сепарации

жидкости, уменьшается межступенчатый унос, повышается КПД ступени. В предложенном аппарате обеспечивается возможность саморегулирования количества поступающей в контактные трубки жидкости в зависимости от расхода газа, что расп.1иряет

тем диапазон оптимальной работы аппарата, приводит к улучп1ению качества продукции при самопроизво,1ьном изменении нагрузки по газу, позволяет увеличить расход по жидкости при одновременном увеличении

расхода по газовой (паровой) фазе.

Увеличение расходов по жидкой и газовой фазам позволяет увеличить производительность аппарата, уменьшить его диаметр и металлоемкость, размеры произодственных площадей.

Использование в предлагаемой конструкции аппарата фигурных полых муфт, которые перекрывают верхние ряды сепарационных отверстий, создает дополнительную зону сепарации жидкости, что приводит к снижению межступенчатого уноса и повышению КПД ступени, что, в конечном счете, также повьипает эффективность процесса массопередачи.

Формула изобретения

55

1. Массообменный аппарат, включаюн1ий корпус и расположенные но высоте тарелки с соосно расположенными контактными трубками с питающими и сепарационными отверстиями, в полости которых размеи1ены завихритель и донолнительные контактные элемент1 1, закрепленные нижними концами, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса за счет уве.шчения поверхности контакта фаз и обновле1 ия их поверхности, расп ирения дианазопа оптимальной работы нри изменении нагрузки но газу, он снабжен решетками, установленными сверху дополнительных контактных элементов и жестко соединенными с ними втулками, при этом контактные элементы выполнены из эластичного упругого материала, верхние их концы нрикренлены к решеткам, втулки и соединенные с ними решетки установлены с возможностью их перемещения вверх.

2.Аппарат по н. 1, отличающийся тем, что наружная поверхность втулки выполнена с уклоном внутрь но ходу газа.

3.Аппарат по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что подвижная решетка выполнена нерфорированной конической с центральным углом конусности 40-60°.

4.Аппарат по п. 3, отличающийся тем, что подвижная перфорированная коническая решетка выполнена со скругленным угло.м нри вершине конуса.

5..Аппарат по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что подвижная решетка выполнена в форме полого перфорированного нолуэллипсоида, большая полуось которого совпадает с осью контактной трубки, а его (вершина направлена навстречу потоку газа.

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано в аппаратах для проведения процессов абсорбции и ректификации, позволяющих повысить эффективность процессов за счет увеличения поверхности контакта фаз и обновления их поверхности, расширить диапазон оптимальной работы при изменении нагрузки по газу. Аппарат содержит решетку 13, установленную сверху дополнительных контактных элементов 12, и жестко соединенную с ней втулку 14. Контактные элементы выполнены из эластичного упругого материала, верхние концы их прикреплены к решетке 13, втулка 14 и решетка 13 установлены с возможностью перемещения (С вверх. Приведены различные варианты вы(Л полнения подвижной решетки 13. 4 з.п. ф-лы, 5 ил. to о ел

/ I

13

Фи,г.5