Тепломассообменный аппарат Советский патент 1988 года по МПК B01D53/18 

Изобретение относится к аппаратурному оформлению процессов тепломассообмена, протекающих в системе газ (пар) - жидкость, и может быть использовано для проведения адсорб- щга, десорбции, ректификации, охлаждения и очистки газов в химической, нефтехимической и в смежных отрасля промышленности.

Цель изобретения - повышение эффективности тепломассообмена путем турбупизации стекающей пленки жидкости спутным газовым потоком и пульсирующей подачей жидкости.

. На фиг.1 приведен тепломассооб- менныр аппарат, продольный разрез, на фиг.2 - контактный элемент аппарата, разрез.

Аппарат содержит корпус 1, трубы 2 внутреннего теплообменника, распределительные камеры ввода 3 и 4 и вывода 5 жидкости, камеры 6 и 7 дл жидкости и газа, тарелки 8 с контактными элементами 9 в форме труб Вемтури, которые установлены соосно теплообменным трубам 2. Диффузоры 10 труб Вентури выполнены за одно целое с основанием тарелки 8, а кон- фузоры 1 Г установлены в его углуб- лениях 12. Горловины 13 труб Вентури имеют кольцевое сечение. В верхней 6 и нижней 7 распределительных камерах установлены вертикальные цилиндрические перегородки 14 и 15. Для лучшего распределения газа по сечению аппарата цилиндрические перегородки 14 и 15 выполнены со скошенным нижним торцом (уклон в сторону места подвода или отвода газа).

Для прохода газа между нижними краями перегородки 14 и корпусом 1 предусмотрена кольцевая щель. 16 переменной ширины. Щель 17 под пере- городкой 15 также имеет переменную ширину. Перегородки 14 и 15. могут быть выполнены с перфорацией. Распределительная камер-а 4 образована верхней трубной решеткой 18 и распреде- лительпой решеткой 19, в отверстия которой пропущены трубы 2 теплообменника. Решетка 19 снабжена кольцевой щелью 20 для орошения перегородки 14 и подачи жидкости к верхней тарелке 8.

Аппарат имеет входной 21 и выходной 22 патрубки для.газа, патрубки 23 и 24 для ввода и вывода реакцион.ной жидкости, а также патрубки 25 и 26 для ввода и вывода теплоносителя

Нижние торцы труб 2 закреплены в трубной решетке 27. Углубления ;12 в основании тарелки выполнены в виде кольцевых приливов 28, выступающих над тарелкой. Внутренняя конусообразная поверхность приливов составляет, с наружной поверхностью конфузоров кольцевые каналы 29, входы 30 в которые образованы отогнутыми к тарелке верхними кромками 31 конфузоров, а выходы 32 размещены в горловине 13. Вход 30 в кольцевой капал размещен выше выхода 32. Для эффективного орошения контактных элементов 9 и труб 2 при малых нагрузках по жидкости выполнены каналы 33, которые направлены по касательной к поверхности теплообменной трубы. Они же служат и для дренажа. В углу блении 12 конфузор 11 установлен соосно трубе 2 и диффузору 10 посредством выступов 34.

В целях снижения металлоемкости И трудоемкости изготовления тарелки 8 выполнены из неметаллического ма- териала, например из кислотоупорной керамики, фарфора или пластических масс путем прессования или литья в формы. Таким же образом могут быть изготовлены и конфузоры 11.

Тепломассообменный аппарат работает следующим образом.

Реакционная жидкость и газ подаются в аппарат прямотоком. Прямотоком также подается и теплойоси- тель. Реакционный газ через патрубок 21 поступает в распределительную камеру 6 и благодаря вертикальной цилиндрической перегородке 14 через щель 16 переменной ширины равномерно распределяется по всему периметру аппарата. Часть газа проводит через перфорацию в перегородке 14.

Реакционная жидкость через патрубок 23 поступает в распределительную камеру 4. Через кольцевые зазоры, образованные распределительной решеткой 19 и трубами 2 теплообменника, она пленкой стекает по этим трубам. Часть жидкости по кольцевому зазору 20 стекает по перегородке 14. Газ, проходя через отверстия перегородки 14, контактирует с текущей по ней жидкостью,срывает часть на тарелку 8 и вместе с газом, прошедшим через щель 16, поступает к контактным элементам 9,где вновь контактирует с жидкостью, которая по каналам 33 поступает в горловину 13 в виде струй, направленных по касательной к поверхности трубы, генерируя на ее поверхности закрученное течение пленки жидкости. При больших нагрузках по жидкости наряду с постоянным орошением по каналам 33 каналы 29 обеспечивают пульсирующую подачу орошения в горловину 13.

Пульсации орошения создаются следующим образом.

Пусть вначале на тарелке имеется уровень жидкости, достигающий кромок 31 конфузора 11. Жидкость по каналу 29 не проходит. По мере поступления жидкости с верхней тарелки уровень ее поднимается вначале до верхней кромки прилива 28, а затем до верхней кромки канала 29. Весь канал 29 заполняется жидкостью.Благодаря разрежению, имеющемуся в горловине 13 контактного элемента 9, возникаклцему за счет высокой скорости газа в ней, сюда начинает подсасываться жидкость с тарелки. Вступает в работу сифон, образованный изогнутым кольцевым каналом 29. В короткий промежуток времени жидкость кольцевой струей впрыскивается в горловину 13 и поступает на трубу 2. . За счет зтого уровень жидкости на тарелке снова падает до уровня кромки 31. Поскольку с верхней тарелки продолжает поступать жидкость, ее уровень вновь поднимается. Описан- ньм цикл повторяется.

Пульсирующая подача жидкости обеспечивает более качественное орошение, при котором сухих участков j теплообменной поверхности не остается. Пульсирующая подача орошения дополнительно турбулизирует стекающую пленку, нарушает пристенную ламинарную структуру жидкости, усиливает волнообразование, чем способствует повышению эффективности тепломассообмена.

В горловине 13 скорость газа достигает 20-40 м/с. Благодаря этому пленка жидкости, стекающая по трубе 2, сильно турбулизируется. Скбрость течения пленки увеличивается, а толщина пленки уменьшается. Ламинарный подслой разрушается, чем достигается высокая интенсивность теплоотдачи со стороны пленки и теплообмена в целом. В горловине 13 часть жидкости диспергируется газом на мелкие частицы, контактирует с газом в элементах 9 ив пространстве между тарелками. Благодаря тому, что смоченный периметр контактных элементов 9 велик, а скорость газа относительно труб значительна., про-

исходит интенсивный тепломассообмен. В межтарельчатом пространстве поверхность контакта фаз образована .петящи- ми каплями жидкости разной дисперсности и поверхностью труб 2. С верхней тарелки жидкость и газ поступа- , ют на нижележащую тарелку. Каждая тарелка 8 обеспечивает таким образом равномерное перераспределение контактирующих газа и жидкости по

сечению аппарата. На нижележащих тарелках в межтарельчатом простр-анстве процесс повторяется.

По патрубку 24 жидкость выводится из аппарата. Газ, проходя через кольцевую щель 17, равномерно распределяется по периметру камеры 7, где осп вобождается от частиц жидкости, и по патрубку 22 вьшодится из аппарата. Повьшение эффективности тепломассообмена в предлагаемом решении достигается за счет того, что при указанном размещении труб в горловинах контактных элементбв скорость спут- ного газового потока, воэдействующего на стекающую пленку жидкости, соответствует скорости в горловине контактных элементов и составляет. 20-40 м/с, т.е. имеет место сильное взаимодействие фаз. На участке

между тарелками скорость газа

5-8 м/с,как и в известном устройстве. Газовый поток, воздействуя на пленку жидкости, турбулизирует ее, разрушает пристенн 51й ламинарный слой.

Для его восстановления необходим достаточный по высоте участок, но такого участка нет, так как по высоте аппарата установлены тарелки. В результате сильного воздействия га-

зового потока на стекающую пленку в контактном элементе скорость ее стекания возрастает, толщина уменьшается. Часть жидкости с поверхности пленки в виде брызг уносится в межтарельчатое пространство аппарата. Описанные явления способствуют возникновению развитой поверхности контакта фаз, интенсивному тепло- и массообмену.

Благодаря тому, что высокие скорости газа воздействуют на пленку жидкости лишь в контактных элементах, сопротивление.аппарата не вьпие, чем у известного.

Формула изобретения

Тепломассообменный аппарат, включающий корпус, внутри которого размещен трубчатый теплообменник, снабженный тарелками с контактными элементами в форме труб Вентури, распределительные камеры ввода и вывода жидкости и газа, контактные эле-- менты установлены соосно с теплооб- менными трубами, а диффузоры выполне

ны за одно целое с основанием тарелки, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности тепломассообмена путем турбули- зации стекающей пленки жидкости спут- ным газовым потоком и пульсирующей подачей ж щкости, конфузоры установлены в углублениях основания, выполненных в виде приливов, выступающих над тарелкой, внутренняя конусообразная поверхность которых.составляет с поверхностью конфузоров кольцевые каналы, вход которых образован отогнутыми к тарелке верхними кром- ками конфузора и телом прилива, а выход размещен в горловине контактного элемента.

21

25 / Теплоноситель

Жидкость

«

23

26 Теплоноситель

23

12

.2