Массообменный аппарат Советский патент 1987 года по МПК B01D3/26 B01D3/32 

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано для проведения процессов абсорбции, ректификации и др.

Цель изобретения - повышение эффек- тивности процесса за счет увеличения поверхности массообмена созданием дополнительных капельных зон контакта фаз.

На фиг. 1 представлен предлагаемый аппарат, продольный разрез; на фиг. 2 - контактные элементы, продольный разрез; на фиг. 3 - узел I на фиг. 2; на фиг. 4 и 5 - развертка дополнительной втулки с отогнутыми внутрь под углом 20-30° лепестками, расположенными рядами, перпендикулярными направлению винтовой линии спиральных каналов завихрителей; на фиг. 6 - узел II на фиг. 4 и 5; на фиг. 7 - сечение.А-А на фиг. 4.

Аппарат включает корпус 1, переливные устройства 2 и 3, соосно расположенные трубчатые контактные элементы, выполнен- ные в виде непрерывных каналов - контактных труб 4 (цельных труб или соединенных друг с другом отдельных патрубков), которые с зазором пропущены через соосные отверстия тарелок 5. Тарелки 5 делят аппарат на несколько контактных сту- пеней. В нижней части каждой ступени в контактных трубах имеются питаюшие отверстия 6, в верхней части - сепарацион- ные отверстия 7. Питающие и сепарацион- ные отверстия могут быть выполнены в. виде круглых отверстий, вертикальных или горизонтальных прорезей (окон). Между соседними ступенями внутри контактных труб установлены фигурные втулки 8, которые в верхней части снабжены сужающимися вверх усеченными конусами 9, верхняя кромка 10 которых выполнена зубчатой и каждый второй зуб 11 отогнут наружу фигурных втулок, верхние ряды се- парационных отверстий перекрыты нижней цилиндрической частью 12 фигурных втулок, на наружной поверхности которых выполне- ны пояски 13, расположенные напротив плоскости тарелок. При этом между фигурной втулкой 8, пояском 13 и контактной трубой 4 образуется расположенный напротив питающих отверстий кольцевой питающий канал 14 клинообразного сечения, верхняя часть которого ограничена с внутренней стороны зубчатым усеченным конусом 9, каждый второй зуб 11 которого отогнут наружу фигурных втулок. Между нижней цилиндрической частью 12 фигурной втулки 8, пояском 13, расположенным на ее наружной поверхности, и контактной трубой 4 образуется закрытый сверху и изнутри и перфорированный снаружи кольцевой канал 15.

Как отмечалось выше, верхняя кромка 10 фигурных втулок 8 выполнена зубчатой и, в одном случае, каждый второй зуб 11 отогнут наружу фигурных втулок, в другом

случае, зубья расположены в плоскости усеченных конусов, при этом зубья могут быть треугольными (фиг. 2), прямоугольными (фиг. 3) и другой формы.

Контактные трубы 4 снабжены завихри- телями 16, расположенными вблизи нижней границы сепарационных отверстий. Ниже завихрителей внутрь контактных труб установлены дополнительные втулки 17, снабженные отогнутыми внутрь лепестками 18, расположенными рядами 19, перпендикулярными направлению винтовой линии спиральных каналов завихрителей. Кромки 20 лепестков 18 выполнены гладкими (фиг. 4, 5) или зубчатыми (фиг. 6).

Массообменный аппарат работает следующим образом.

Газ (пар) из нижней части корпуса 1 поступает в контактные трубы 4. После за- вихрителя 16 газовый поток закручивается и проходит с большой скоростью через фигурную втулку 8. В верхней части фигурных втулок 8, имеющих форму сужаю- шихся вверх зубчатого усеченного конуса 9, скорость газа непрерывно возрастает, что создает за счет инжекционного эффекта разрежение в кольцевом питающем канале 14.

Жидкость под действием давления гидростатического столба и инжекционного разрежения с полотна тарелки 5 через питающие отверстия 6 поступает в кольцевой питающий канал 14 (фиг. 3) и увлекается газом (паром) вверх.

Зубчатое (с отгибом наружу каждого второго зуба 11), исполнение верхних кромок 10 конусов 9 фигурных втулок 8 приводит к тому, что часть жидкости через прорези вытекает из питающего кольцевого канала 14 внутрь фигурных втулок, распы- ливается газом (паром) на мелкие капли, которые транспортируются вверх. С другой стороны, определенная часть быстродвижу- щегося закрученного турбулентного потока газа через верхнюю часть этих же прорезей проникает в кольцевой питающий канал 14, что также приводит к образованию большого количества капель жидкости, к усилению турбулизации фаз (фиг. 3). В результате совместного протекания процессов проникновения через прорези конусов фигурных втулок 8 жидкости из питающих каналов 14 внутрь фигурных втулок, а газа - в обратном направлении, взаимодействия фаз над зубчатой кромкой 10 конусов 9 фигурных втулок 8 образуется кольцевой факел - дополнительная капельная зона контакта фаз, который по мере движения вверх прижимается центробежными силами к внутренней поверхности контактной трубы 4 или дополнительной втулки 17 (фиг. 3), образуя пленочную зону контакта фаз.

Образующаяся пленка жидкости транспортируется газом (паром) вверх, двигаясь по винтовой траектории по внутренней поверхности контактных труб 4 и дополнительных втулок 17. При своем движении пленка набегает на лепестки 18, срывается с их поверхности, разрушается, распыли- вается быстродвижущимся закрученным газовым (паровым) потоком с образованием дополнительных капельных зон контакта

фаз у каждого лепестка 18 (фиг. 7). Под Ю внутреннюю поверхность сепарационной часдействием центробежных сил капли постепенно прижимаются к внутренней поверхности дополнительной втулки 17 с образованием жидкой пленки, набегаюш,ей на сле- дуюш,ий, расположенный по винтовой траектории, лепесток 18, и все процессы повторяются.

Поскольку лепестки 18 расположены равномерно по всей поверхности дополнительной втулки 17, высота которой составляет преобладаюш,ую часть высоты контактного элемента, процессы разрушения жидкой пленки, ее распыла с образованием дополнительных капельных зон контакта фаз, интенсивного обновления поверхности контакта фаз, усиления турбулизации газа и жидкости протекают на преобладающей части поверхности (высоты) контактного элемента, т. е. лепестки 18 дополнительных втулок 17 и зубья верхней части конусов 9 фигурных втулок (особенно если каждый второй зуб 1 1 отогнут наружу) являются одновременно генераторами мелких капель жидкости, создающими дополнительные капельные зоны контакта фаз, устройствами для усиления турбулизации газа и жидкости, для интенсивного обновления поверхности контакта фаз, разрушением (рас- пылом) пленки Жидкости на преобладающей части поверхности (высоты) контактного элемента.

В этих условиях протекает интенсивный массообмен как в пленочной, так и в дополнительных капельных зонах контакта фаз.

Поверхность контакта фаз дополнительных капельных зон, интенсирность турбулизации газа и жидкости и обновления поверхности контакта фаз возрастают при зубчатом исполнении кромок 20 лепестков 18.

С целью еще большего усиления турбу- лизачии газа и жидкой пленки, еще большей интенсивности обновления поверхности контакта фаз ряды 19 лепестков дополни15

20

25

30

35

40

45

ти труб, через сепарационные отверстия 7 жидкость удаляется в межтрубное пространство, сливает.ся обратно на тарелку 5, перемешиваясь с питающей жидкостью. Часть этой смеси вновь поступает на орошение данного контактного элемента, а другая часть через переливные устройства 2 и зазоры 3 направляются на нижележащую тарелку. Газ (пар), освобожденный от жидкой фазы, уходит по контактной трубе вверх на вышележащую ступень.

Как было показано выше, после выхода из каналов завихрителя жидкая и газовая фазы закручиваются, капли жидкости под действием центробежных сил отбрасываются на внутреннюю поверхность сепарационной части труб. При этом образуются две сепарационные зоны. В первой зоне сепарации, расположенной ниже фигурной втулки 8, удаление жидкости из контактной трубы происходит под действием центробежных сил (как и в прототипе).

Та часть жидкости, которая не отсе- парировалась в нижней зоне (центробежная зона сепарации), инерционными силами увлекается в кольцевой канал 15, давление в нем повыщается и эта жидкость выдавливается из кольцевого канала 15 через верхние ряды сепарационных отверстий, перекрытых нижней цилиндрической частью 12 фигурных втулок.

Формула изобретения

1. Массообменный аппарат, включающий корпус, переливные устройства, тарелки с со- осно расположенными трубчатыми контактными элементами, выполненными в виде непрерывных каналов, с питающими и се- парационными отверстиями, завихрителями со спиральными каналами и фигурными втулками, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса за счет увеличения поверхности масообмена созданием дополнительных капельных зон контельных втулок 17 выполнены перпендику- Q такта фаз, фигурные втулки в верхней час

лярно направлению винтовой линии спиральных каналов завихрителей 16. При таком расположении рядов вся поверхность пленки полностью обновляется через каждые два ряда лепестков. При отклонении размешети снабжены сужаюшимйся вверх усеченными конусами, верхняя кромка которых выполнена зубчатой и каждый второй зуб отогнут наружу фигурных втулок, верхние ряды сепарационных отверстий перекрыты

ния (расположения) рядов лепестков допол-55 нижней цилиндрической частью фигурных

нительных втулок относительно направлениявтулок, наружная поверхность которых снабвинтовой линии спиральных каналов за-жена поясками, расположенными напротив

вихрителей от прямого угла в большуюплоскости тарелок, а трубчатые контактные

или меньшую сторону частота процессов полного обновления поверхности пленки уменьшается.

На выходе дополнительной втулки 17 жидкость, транспортируемая вверх в виде пленки и в виде капель, попадает в каналы завихрителя 16, где жидкая и газовая фаза закручиваются. Под действием центробежных сил капли отбрасываются на

внутреннюю поверхность сепарационной час5

0

5

0

5

0

5

ти труб, через сепарационные отверстия 7 жидкость удаляется в межтрубное пространство, сливает.ся обратно на тарелку 5, перемешиваясь с питающей жидкостью. Часть этой смеси вновь поступает на орошение данного контактного элемента, а другая часть через переливные устройства 2 и зазоры 3 направляются на нижележащую тарелку. Газ (пар), освобожденный от жидкой фазы, уходит по контактной трубе вверх на вышележащую ступень.

Как было показано выше, после выхода из каналов завихрителя жидкая и газовая фазы закручиваются, капли жидкости под действием центробежных сил отбрасываются на внутреннюю поверхность сепарационной части труб. При этом образуются две сепарационные зоны. В первой зоне сепарации, расположенной ниже фигурной втулки 8, удаление жидкости из контактной трубы происходит под действием центробежных сил (как и в прототипе).

Та часть жидкости, которая не отсе- парировалась в нижней зоне (центробежная зона сепарации), инерционными силами увлекается в кольцевой канал 15, давление в нем повыщается и эта жидкость выдавливается из кольцевого канала 15 через верхние ряды сепарационных отверстий, перекрытых нижней цилиндрической частью 12 фигурных втулок.

Формула изобретения

1. Массообменный аппарат, включающий корпус, переливные устройства, тарелки с со- осно расположенными трубчатыми контактными элементами, выполненными в виде непрерывных каналов, с питающими и се- парационными отверстиями, завихрителями со спиральными каналами и фигурными втулками, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса за счет увеличения поверхности масообмена созданием дополнительных капельных зон контакта фаз, фигурные втулки в верхней час

ти снабжены сужаюшимйся вверх усеченными конусами, верхняя кромка которых выполнена зубчатой и каждый второй зуб отогнут наружу фигурных втулок, верхние ряды сепарационных отверстий перекрыты

нижней цилиндрической частью фигурных

элементы снабжены установленными ниже завихрителей дополнительными втулками с отогнутыми внутрь лепестками, расположенными рядами, перпендикулярными направлению спиральных каналов завихрителей.

2. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что зубья верхней кромки фигурных втулок расположены в плоскости усеченных конусов.

3.Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что дополнительные втулки выполнены заодно с трубчатыми контактными элементами.

4.Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что кромки лепестков дополнительных втулок снабжены зубьями треугольной формы.

Изобретение относится к химической промышленности и используется для проведения процессов абсорбции, ректификации, позволяет повысить эффективность процесса за счет увеличения поверхности массообмена созданием дополнительных капельных зон контакта фаз. Аппарат включает корпус. переливные устройства, контактные трубы, тарелки. Контактные трубы имеют питающие отверстия и сепарационные отверстия. Аппарат имеет фигурные втулки, снабженные в верхней части усеченными конусами, верхняя кромка которых выполнена зубчатой и каждый второй зуб отогнут наружу фигурных втулок, а верхние ряды сепарационных отверстий перекрыты цилиндрической, частью фигурных втулок, на наружной поверхности которых выполнены пояски, расположенные напротив плоскости тарелок. Аппарат имеет питающий канал и кольцевой канал. Контактные трубы снабжены завихрителями и снабжены дополнительными втулками, снабженными отогнутыми внутрь лепестками, расположенными рядами, перпендикулярными направлению спиральных каналов завихрителей. 3 з. п. ф-лы. 7 ил. $ (Л 1чЭ 00 05 ю го оо

Фиг.1

1в

РигЛ

япраёление Винтовой линии спиральных каналаВ

обихрителеи

zo

Направление динтобой линии спиральных каналоВ

за.8ихригпелей

Фиг. 5

Направление суммарной скорости гага и жидкой пленки

17 /

18

Фиг.6

-

Пленочная зона

Д, опалнительная

капельная

гона

Фиг.7

Составитель 3. Александрова

Редактор В КовтунТехред И. ВересКорректор Е. Рошко

Заказ 7630/6Тираж 656Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4