Массотеплообменный аппарат Советский патент 1987 года по МПК B01D3/32 

Изобретение относится к устройствам для контактирования газа (пара) с жидкостью и может быть использовано в газовой, нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической и других отраслях про- мышленности.

Целью изобретения является интенсификация за счет создания развитой поверхности контакта фаз, улучшений условий сепарации и. снижения гидросопротивления.

На чертеже изображен массотеплооб- менный аппарат, Ттродольный разрез.

Аппарат состоит из корпуса 1, внутри которого размещены осевые 2 и кольцевые 3 гидрозатворы. Под кольцевым гидрозатвором 3 установлен ступенчатый контактный стакан 4, спускающийся в осевой гидрозатвор 2. Над контактным стаканом 4 размещена ступенчатая перегородка 5, прикрепленная к осевому гидрозатвору 3 верхнего контактного стакана и спускающаяся в кольцевой гидрозатвор 3. Между ступеня- ми контактного стакана 4 и перегородки 5 размещены соответственно кольцевые карманы 6 и 7, образованные тангенциально направленными ребрами 8 и стенками ступеней. У жалюзийных карманов 6 коакси- ально установлены направляющие сепарирующие элементы, выполненные в виде перфорированных или сетчатых конусов 9, прикрепленных своим больщим основаниями к карманам 6.

Массотеплообменный аппарат работает следующим образом.

Газовый поток, перемещаясь в корпусе 1 аппарата снизу вверх, проходит через карманы 6 во внутреннюю полость ступенчатого контактного стакана 4, разделенную перфорированными конусами 9 на отдельные зоны (ступени) контакта. При этом тангенциально направленные ребра 8 закручивают газовый поток и диспергируемую им жидкость, турбулизируют контактную зону.

Контактирование происходит как при барботаже газа через жидкость, находящу- юся в карманах 6, так и с жидкостью, диспергированной внутрь стакана 4, и с пленкой жидкости, стекающей по внутренней ступенчатой поверхности стакана 4.

Из-за неодинакового проходного сечения жалюзийных карманов 6 различных ступеней поступающий через низ внутрь стакана 4 газ распределяется по ступеням неравномерно. Максимальное количество газа поступает через карманы 6 на нижнюю ступень, на каждую следующую по высоте ступень поступает меньшее количество газа, и на верхнюю ступень контактного стакана 4 поступает минимальное количество газа. На нижней ступени контактного стакана 4 идет интенсивное контактирование значительного объема неочищенного, закрученного ребрами 8 газа с массой жидкости, прощед- щей несколько ступеней контакта при перетекании сверху вниз из кольцевого гидрозатвора 3 в осевой гидрозатвор 2.

5

5

0

0

5

0

5

5

0

На каждую следующую по высоте ступень контактного стакана 4 поступают две смещивающихся затем газовых потока; закрученный турбулизирующий поток с диспергированной жидкостью из жалюзийного кармана 6 и восходящий поток газа, поступающий с предыдущей ступени контакта. Кроме пленки жидкости, стекающей по стенке стакана, в контактной зоне присутствует диспергированная из карманов жидкость и жидкость, проваливающаяся через верхний направляющий сепарационный элемент 9. Захлебывание предотвращается нижним направляющим сепарирующим элементом 9, конусная поверхность которого направляет попавшую на нее жидкость в кольцевой жа- люзийный карман.

При переходе с одной ступени на другую восходящий поток газа проходит через направляющий сепарирующий элемент, т.е. перфорированный или сетчатый конус 9, и избавляется от унесенной с предыдущей ступени жидкости. Отбитая перфорированным конусом 9 жидкость по его поверхности также направляется в кольцевой жалюзий- ный карман. При своем перемещении по поверхности перфорированного конуса 9 часть жидкости проваливается через перфорации, попадает на предыдущую ступень и вступает на ней в контакт с менее очищенным газом. Направление движения проваливающейся через перфорации жидкости совпадает с направлением движения жидкостного потока.

На верхней ступени контактного стакана 4 небольшое количество первичного газа, проходя через карман 6, встречается со всей массой жидкости, поступающей в стакан через кольцевой гидрозатвор 3.

Вследствие в турбулентном потоке, возникающем на верхней ступени контактного стакана 4, поступивший через жалю- зий,ный карман 6 однократно проконтакти- ровавший газ оказывается уже достаточно очищенным. Насыщенность диспергированной и частично проваливающейся через жалюзийные карманы 7 перегородки 5 жидкости незначительна. Основной же, восходящий поток, поступающий в эту зону через нижележащий перфорированный конус 9, уже прошел предварительно несколько чередующихся ступеней контакт - сепарация.

Следовательно, на верхней ступени происходит контактирование уже очищенного газа с ненасыщенной жидкостью. Причем относительно меньщие скорости турбулентного потока из-за меньшего проходного сечения жалюзийного кармана и максимальный объем этой зоны при наибольшей поверхности направляющего сепарирующего элемента 9 обеспечивают лучшую сепарацию потока и снижают вторичный унос.

На конечном этапе весь газовый поток, продолжая свое движение, проходит через жалюзийные карманы 7 перегородки 5,

где контактирует со стекающим в них свежим абсорбентом, одновременно диспергируя его закрученным потоком в пространство над перегородкой 5. При этом полнее используется периферийная зона аппарата на контактирование фаз и последующую сепарацию капель. В этой зоне аппарата одни капли, унесенные закрученным газовым потоком, попадают на корпус 1 аппарата и стекают в кольцевой гидрозатвор 3, другие из-за уменьщения относительной скорости потока в этой зоне под действием силы тяжести падают и попадают на Перегородку 5, т.е. снова вступают в контакт и по поверхности перегородки перетекают в кольцевой гидрозатвор 3.

Газовый поток, при наличии следующего контактного устройства, проходит через него и покидает аппарат.

Таким образом, по всей высоте аппарата и внутри контактного стакана поддерживается противоток, т.е. более очищенный газ встречается с менее насыщенным абсорбентом и наоборот , что повыщает эффективность процесса и позволяет его интенсифицировать. Помимо этого предложенная конструкция позволяет организовать многоступенчатый контакт - сепарацию фаз с варьированием соотнощения потоков, их скоростей, турбулентности и последующей сепарации. Она позволяет полнее использовать объем аппарата на ведение процесса. Все это дает возможность интенсифицировать процесс, повысить его эффективность и увеличить производительность аппарата.

В отличие от прототкпа, исполнение контактного стакана и перегородки ступенчатыми с кольцевыми жалюзийными карманами между ступенями позволяет поддерживать в карманах определенный уровень жидкости, обеспечивает равномерное пленочное распределение жидкости по внутренней поверхности контактного стакана и по наружной поверхности перегородки, способствует

равномерному распределению газового потока и равномерному диспергированию жидкости при,прохождении газа через карман. Это улуцщает условия массотеплообмена и повышает степень использования жидкости, эффективность процесса и производительность аппарата возрастают.

К тому же ступенчатость контактного стакана, переменное сечение карманов и наличие у каждого из карманов контактного стакана направляющего сепарирующего элемента, выполненного в виде перфорированного конуса, дает возможность разделить внутреннюю полость контактного стакана по высоте на несколько зон, на несколько ступеней контакта, сопровождающихся каждый раз сепарацией.

Формула изобретения

1.Массотеплообменный аппарат, содер- жащий контактный стакан, соосно установленную над ним перегородку, направляющий элемент, осевой и кольцевой гидрозатворы, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса за счет создания развитой поверхности контакта фаз улучшения

условий сепарации и снижения гидросопротивления, контактный стакан и перегородка выполнены ступенчатыми с образованием между ступенями кольцевых карманов, а направляющий элемент установлен у каждой ступени контактного стакана и выполнен в

виде перфорированного конуса, прикрепленного большим основанием к карману контактного стакана.

2.Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что карманы снабжены ребрами, установленными тангенциально.

3. Аппа рат по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что проходное сечение каждого следующего по высоте кольцевого кармана контактного стакана меньше предыдущего.

ВНИИПИ Заказ 805/4 Тираж 657 Подписное Производ.-полигр. пред-е, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Массотеплообменный аппарат предназначен для контактирования газа (пара) с жидкостью и может быть использован в газовой, нефтехимической и других отраслях промышленности. Изобретение позволяет интенсифицировать процесс за счет создания развитой поверхности контакта фаз, улучшения условий сепарации и снижения гидросопротивления. Массотеплообменный аппарат представляет собой корпус, внутри которого размещены осевой и кольцевой гидрозатворы, контактный стакан и перегородка. Стакан и перегородка выполнены ступенчатыми. Между ступенями размещены кольцевые карманы. Тангенциально установленные ребра карманов закручивают барботи- рующий через них газовый поток и диспергируемую им жидкость. Проходное сечение каждого следующего по высоте кармана стакана меньше предыдущего. У карманов внутри контактного стакана установлены перфорированные или сетчатые конусы, делящие полость стакана на отдельные зоны (ступени) контакта. Конусы выполняют функции направляющих и сепарирующих элементов. 2 3. п. ф-лы, 1 ил. с SS ГчЭ СО со 05