Массообменное устройство для контактирования газа (пара) и жидкости Советский патент 1987 года по МПК B01D3/30 

11

Изобретение относится к оборудо- ван1по химических производств и предназначено для аппаратов регенерации .отработанных кислот, работающих при больших нагрузках по жидкости и переменном расходе газа, для проведения массообменных процессов между газом (паром) и жидкостью при больших удельных нагрузках по жидкости и переменном расходе газа (пара), например отпарки, десорбции, может быть использовано также в ректификационных или абсорбционных колоннах, газожидкостных реакторах.

Целью изобретения является обеспечение надежной работы и эффективного массообмена в широком диапазоне изменения нагрузок по пару (газу) при регенерации отработанных кислот от производств нитросоединений.

На фиг. 1 схематически показано массообменное устройство, вертикальный разрез, на фиг. 2 - лопатки за- вихрителя в аксонометрии,

В вертикальном цилиндрическом корпусе 1 установлен периферийный кольцевой сборник 2 жидкости. На верхней части сборника 2 закреплен многолопаточньй завихритель 3 с карманом гидрозатвора 4 в центре. К нижней части сборника 2 подсоединен переливной канал 5, свободный конец которого размещен в кармане гидрозатвора нижележащего контактного устройства. Лопатки 6 завихрителя 3 выполнены с утолщенной нижней кромкой 7 и снабжены поперечными направляющими ребрами 8.

Контактное устройство работает следующим образом.

Поток газа (пара) проходит снизу вверх через завихритель 3 и начинает двигаться по винтовым линиям, т.е. приобретает поступательно-вращательное вихревое движение. Жидкость с. вышележащей ступени по переливным каналам 5 поступает в карман гидрозатвора 4, а затем на завихритель 3. Поток пара интенсивно взаимодействует с жидкостью и вызывает ее перемещение от центра к периферии до кольцевого сборника 2 жидкости. Оттуда жидкость по переливным каналам 5 стекает на нижележащую ступень.

Надежная работа и эффективный мас сообмен в широком диапазоне изменения нагрузок обеспечиваются конструктивными особенностями лопаток завихрителя .

34742

При малых нагрузках по газу (скорость в зазорах 2-15 м/с при плотности газа около 1 кг/м ) реализуется пленочный режим работы. Жидкость 5 затекает в зазоры между лопатками и образует на их поверхности пленку, которая обтекается потоком газа.Наличие утолщения на нижней кромке лопаток при этом препятствует провалу 0 жидкости, так как в наиболее узком сечении скорость газа превьш1ает критическую величину 4,4 м/с. Если при этом расход жидкости небольшой и толщина пленки мала, то поперечные 15 ребра тормозят движение от центра к периферии, что способствует интенсификации массопереноса из-за увеличения толщины пленки жидкости и более полного смачивания жидкостью ло- 0 паток. В случае большого расхода

жидкости пленка затопляет поперечные ребра и в пленке возникает циркуляционное течение. На поверхности пленки жидкость увлекается газовым 5 потоком вверх, а у поверхности лопатки она под действием силы тяжести стекает вниз. Поскольку ребра имеют наклон, стекающая жидкость перемещается по радиусу к периферийной 0 части, т.е. наклоненные к центру завихрителя поперечные направляющие ребра, находящиеся в затопленном сос тоянии, ускоряют транспортировку жидкости и тем самым увеличивают про- пускную способность контактного устройства по.жидкости.

При больших нагрузках по газу (скорость в зазорах более 15 м/с) реализуется капельный режим работы с 0 полным вытеснением жидкости из межлопаточного пространства. В этом случае жидкость диспергируется на капли, которые.увлекаются вихревым потоком во вращательное движение и под 5 действием центробежных сил перемеща- ются к периферии. Высокая эффективность массообмена обеспечивается в этом режиме большой удельной поверхностью тонкодиспергированной жид- п кости и высокой скоростью обтекания капель потоком газа.

Увеличение по радиусу завихрителя ширины утолщения нижней кромки лопаток обеспечивает примерное постоян- г ство ПО радиусу завихрителя отношения скоростей газа на выходе и входе завихрителя. Благодаря этому уменьшается изменение гидродинамических условий по радиусу, исключаются нежелательные локальные явления провала жидкости или ее вытеснения из межлопаточного зазора. Увеличение степени перекрытия зазора между лопатками утолщением нижней кромки вызы- вает, с одной стороны, расширение диапазона устойчивой работы в област низких нагрузок газа, так как критическая скорость может быть обеспечена при меньших расходах газа, и, с другой стороны, рост гидравлического сопротивления, При степени перекрытия менее 40% пленочный режим становится малоустойчивым. Если эта величина превьш1ает 80%, то предельно допустимое гидравлическое сопротивление (около 1,0 кПа) достигается при скорости газа в верхних зазорах завихрителя около 15-20 м/с вместо 30 м/с для завихрителя без утолщен- ных лопаток.

Уменьшение высоты поперечных направляющих рвбер от нижней к верхней кромке лопатки снижает их влияние на работу контактного устройства в капельном режиме. Такие ребра почти полностью находятся в аэродинамической тени утолщения нижней кромки и н приводят к росту гидравлического сопротивления из-за трения и дополни- тельной турбулизации. Если наклон ребер менее 10, то.они препятствуют

движению пленки жидкости от центра к периферии. При наклоне более 50° резко уменьшается их влияние на транспорт жидкости. И в том, и в другом случае происходит уменьшение диапазона нагрузок по жидкости в пленочном режиме.

Формула изобретения

Массообменное устройство для контактирования газа (пара) и жидкости; содержащее завихритель из радиально расположенных лопаток, периферийный кольцевой сборник жидкости, переливной канал с гидрозатвором, о т л и- чающееся тем, что, с целью обеспечения надежной работы и эффективного массообмена в широком диапазоне изменения нагрузок по газу (пару) при регенерации отработанных кислот от производств нитросоедине- ний, лопатки завихрителя выполнены с утолщенной нижней кромкой и снабжены поперечньми направляющими ребрами с верхней стороны, при этом утолщение выполнено с увеличивающейся по радиусу завихрителя шириной, а поперечные ребра выполнены с уменьшающейся от нижней к верхней кромкам высотой и установлены с уклоном к центру эавихрителя под углом 10-50°.

х

фиг.

Фиг.2