Массообменный аппарат Советский патент 1990 года по МПК B01D3/28 

Изобретение относится к конструкциям тепло- и массообменных аппаратов для противоточного взаимодействия газа (пара) с жидкостью и может быть использовано в химической, нефтехимической, пищевой и других отраслях промышленности для процессов абсорбции, ректификации, контактного теплообмена, а также химических реакций.

Цель изобретения - увеличение производительности аппарата по газовой фазе и повышение эффективности массообмена за счет равномерного распределения жидкой фазы в его рабочем объеме.

На фиг. 1 схематично показан массо- обменный аппарат и характер взаимодействия газа с жидкостью при низких (левая половина) и высоких (правая половина) скоростях газа (сплошная стрелка обозна- газ, а пунктирная - жидкость).

вертикальный разрез; на фиг. 2-4 - аппарат с контактными элементами соответственно цилиндрической формы, в форме прямоугольных призм и прямоугольных желобов (пунктирными линиями обозначены контактные элементы нижерасположенного слоя), поперечный разрез; на фиг. 5 - полая трубка с контактными элементами, продольный разрез; на фиг. 6-8 - контактный элемент соответственно в форме прямоугольной призмы, цилиндрической формы и прямоугольного желоба; на фиг. 9 - гофрированные перегородки с трапецеидальным контуром.

Аппарат состоит из корпуса 1 со штуцерами ввода и вывода реагентов (не показаны), равномерно размещенных по сечению аппарата полых трубок 2 с закрепленными на них полыми контактами элеменсл

СП

Јъ

со ю

тами 3 различной формы и зонтообразными козырьками 4, кольцевых карманов 5 и вертикальных гофрированных перегородок 6. Для контактных элементов цилиндрической и прямоугольной формы над каждым элементом слоя устанавливаются по две взаимно перпендикулярных гофрированных перегородки с трапецеидальным контуром При этом меньшие основания трапеций располагаются над верхней кромкой контактных элементов В случае контактных элементов в виде прямоугольных корытцев конструкция прощается, так как над каждым контактным элементом слоя достаточно установить по одной гофрированной перего родке прямоугольного контура В стенках контактных элементов 3, кольцевых карманов 5 (у их дна) и полых трубок (выше и ниже места пережатия) выполнены сквозные отверстия 7

Зонтообразные козырьки препятствуют байпасному проскоку стекающей сверху в контактный элемент жидкости на нижераспо- поженный контактный элемент без предварительного взаимодействия с газом

Вертикальные гофрированные перегородки улучшают условия сепарации капель (так как на гофрированных поверхностях происходит концентрирование во впадинах гофр осевших на них мелких капель жидкости в укрупненные струйки и организованный отвод их по впадинам гофр на расположенные под ними контактные элементы) и создают дополнительную пленоч- н ю зон контакта

Цилиндрическая форма контактных элементов обеспечивает равномерное в разные стороны разбрызгивание жидкости в поперечном сечении колонны.

Контактные элементы в форме прямоугольных призм обеспечивают ориентированный на контактные элементы нижерасположенного слоя слив жидкости с каждой грани элемента, что улучшает распределение жидкости между контактными элементами

Корытообразная форма контактных элементов обеспечивает наряду с хорошим перераспределением жидкости между контактными элементами дополнительную поперечную тчрбулизацию газожидкостного потока за счет срыва чередующихся вихрей слева и справа за каждым контактным элементом При цилиндрической и прямоугольной форме этого не происходит, так как в этом за контактными элементами образуются одиночные тороидальные вихри.

Аппарат работает следующим образом

Жидкость, подаваемая из распределителя (не показан), накапливается в контактных элементах 3 и в виде струек равномерно в разные стороны вытекает из отверстий 7 в их стенке Газ поднимается снизу зигзагообразно, диспергирует вытекающие из контактных элементов струйки жидкости на капли с образованием развитой поверх0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ности контакта и отводится сверху. При невысоких скоростях газа (фиг. 1, левая половина) капли диспергированной на контактном элементе жидкости под действием силы тяжести оседают в нижерасположенные контактные элементы 3 и кольцевые карманы 5, и, таким образом, от элемента к элементу жидкость противотоком газу стекает вниз аппарата.

При высоких скоростях газа (фиг. 1, правая половина) часть диспергированной на контактном элементе жидкости (сначала в виде мелких, а затем и более крупных капель) увлекается потоком газа и при изменении направления движения двухфазного потока при обтекании вышерасполож гнных контактных элементов отделяе1ся от газа, оседает на вертикальные гофрированные перегородки 6, откуда, стекая в виде сформировавшихся во впадинах гофр струек жидкости, возвращается на контактный элемент Эта часть жидкости образует поток, циркулирующий на контактном элементе. Такой макрогидродинамической эффект, возникающий при высоких скоростях газа на каждом контактном элементе, увеличивает время пребывания жидкости в зоне контакта и частоту обновления ее поверхности.

Вследствие увеличения расхода (обусловленного дополнительным циркулирующим потоком) и перепада давления газа уровень жидкости в контактных элементах 3 повышается и избыток ее через отверстия в полых трубках, расположенных под козырьками, перетекает по защищенным от динамического напора газа, внутренним полостям трубок 2 на нижерасположенные контактные элементы. Вытекая из отверстий в полых трубках, расположенных выше зонтообразных козырьков, этот поток отклоняется козырьками в сторону сливных отверстий 7 в стенках контактных элементов, что предупреждает байпасный проскок стекающей жидкости на нижерасположенный контактный элемент без предварительного взаимодействия с газом

Установлено, что предлагаемый аппарат может работать при более высокой (до 7,5 м/с) рабочей скорости газа, рассчитанной на полное сечение колонны

Предлагаемый аппарат целесообразно использовать в процессах, протекающих при атмосферном давлении или под вакуумом, например для газоочистки или вакуумной ректификации

Формула изобретения

1 Массообменный аппарат, содержащий корпус со штуцерами ввода и вывода реагентов, вертикальные полые трубки, разделенные пережатиями по высоте на несообщающиеся участки, вертикальные перегородки, отличающийся тем, что, с целью увеличения производительности аппарата по газовой фазе и повышения эффективности мас- сообмена за счет равномерного распределения жидкой фазы в. рабочем объеме, полые трубки снабжены установленными в шахматном порядке контактными элемента- ми в виде тел с открытым верхом и обтекаемым дном, верхние кромки которых расположены на уровне пережатия, при этом в днищах контактных элементов и в полых трубках выше и ниже уровня пережатия выполнены сквозные отверстия, а каждый контактный элемент снабжен закрепленными на трубах зонтообразными козырьками, расположенными над отверстиями

2 Аппарат по п 1, отличающийся тем, что контактный элемент имеет форму полого цилиндра

3Аппарат по п 1, отличающийся тем, что контактный элемент имеет форму полой прямоугольной призмы

4Аппарат по п 1, отличающийся тем, что контактный элемент имеет форму прямоугольного желоба

5Аппарат по пп 1-4, отличающийся тем, что вертикальные перегородки выполнены с горизонтальным рифлением и установлены над каждым контактным элемен том

6Аппарат по пп 1 -5, отличающийся тем что боковые стенки корпуса снабжены коль цевыми карманами, установленными в шахматном порядке

Изобретение относится к конструкциям тепло- и массообменных аппаратов для противоточного взаимодействия газа (пара) с жидкостью, может быть использовано в химической, нефтехимической, пищевой и других отраслях промышленности для процессов абсорбции, ректификации, контактного теплообмена, а также химических реакций и позволяет увеличить производительность аппарата по газовой фазе и повысить эффективность массообмена за счет равномерного распределения жидкой фазы в рабочем объеме. Массообменный аппарат содержит корпус, вертикальные полые трубки, пережатые по высоте контактные элементы в виде тел с открытым верхом и обтекаемым дном, верхние кромки которых расположены на уровне пережатия, при этом в днищах контактных элементов и в полых трубках выше и ниже уровня пережатия выполнены сквозные отверстия, а каждый контактный элемент снабжен закрепленными на трубках зонтообразными козырьками. Контактные элементы могут иметь форму полого цилиндра, полой прямоугольной призмы и прямоугольного желоба, а вертикальные перегородки выполнены с горизонтальным рифлением и установлены над каждым контактным элементом. 5 з.п. ф-лы, 9 ил.

Яиг.1

Фиг. 2

Фиг.Б

Фиг. 7

Щиг.&

фиг.9