Контактный элемент массообменного аппарата Советский патент 1990 года по МПК B01D3/30 

Изобретение относится к конструкциям устройств для осуществления процесса массообмена и может найти применение в газовой, нефтяной и смежных отраслях промышленности.

Целью изобретения является повышение эффективности работы контактного элемента за счет интенсификации мас- сопередачи, снижения гидравлического сопротивления и расширения диапазона гидродинамически устойчивой работы,,

На фиг. 1 изображен контактный элемент массообменного аппарата, общий вид; на фиг. 2 - график зависимости гидравлического сопротивления теоретической ступени контакта от скорости газа во входном сечении диффузора.

Тарелка включает горизонтальное полотно 1, на котором расположен конусообразный диффузор 2, в котором свободно ртзмемцен клапан в виде шара

31561995 4 .

3. По выступающей ид высоту Н над и расширить диапазон гидродинамичес- полотном 1 поверхности диффузора 2 ки устойчивой работы, а также исклю- выполнены прорези 4. При первоначаль- чить заедание и перекос клапанного ном положении шарового клапана в диф- 5 элемента, что делает работу тарелки фузоре 2, т.е. при его статическом с 4 состоянии, нижняя точка А на поверхности шара расположена на одном уровне с входным сечением диффузора

10

(фиг. 1).

Конструкция работает следующим образом.

При подаче газа через входное сечение диффузора 2 шар 3 поднимается и зависает в диффузоре 2. При этом в области, расположенной ниже диаметрального сечения шара 3, вследствие более высокой скорости газа образуется область пониженного давления

стабильной и устойчивой.

Выполнение просечных элементов по выступающей поверхности диффузора с ориентацией их вовнутрь диффузора зано с тем, что при этом происходит дополнительное эжектирование жидкости через прорези с образованием большого количества вихрей, что создает наиболее благоприятные условия для 15 переноса массы и энергии, вследствие чего повышается эффективность массо- обмена.

Общая высота диффузора Н выбирается из расчета на максимальную рабочую

по сравнению с давлением над шаром 2U высоту поднятия шара в диффузоре hmax 3, благодаря чему шар 3 удерживается и колебаний шара вследствие флуктуа- в диффузоре 2, а не выбрасывается из него. Равновесие шара 3 в диффузоре 2 наступает тогда, когда силы динамического воздействия потока таза на 25 шар 3 уравновесятся его массой„ Экспериментальные исследования предлации скорости газового потока. Подъем шара в диффузоре происходит при условии, когда скорость- газа в кольцевом канале между стенкой диффузора и поверхностью шара СО к будет больше скорости газа во входном сечении диффугаемого устройства проводят на хо- |лодном стенде на системе вода - воз- дух.30

Общая высота диффузора определена из уравнения

зора Q0 . При равенстве этих скоростей движение шара вверх прекращается. Таким образом, максимальная высота поднятия шара в диффузоре определяется из равенства

и расширить диапазон гидродинамичес- ки устойчивой работы, а также исклю- чить заедание и перекос клапанного элемента, что делает работу тарелки с 4

стабильной и устойчивой.

Выполнение просечных элементов по выступающей поверхности диффузора с ориентацией их вовнутрь диффузора зано с тем, что при этом происходит дополнительное эжектирование жидкости через прорези с образованием большого количества вихрей, что создает наиболее благоприятные условия для 5 переноса массы и энергии, вследствие чего повышается эффективность массо- обмена.

Общая высота диффузора Н выбирается из расчета на максимальную рабочую

высоту поднятия шара в диффузоре hmax и колебаний шара вследствие флуктуа-

ции скорости газового потока. Подъем шара в диффузоре происходит при условии, когда скорость- газа в кольцевом канале между стенкой диффузора и поверхностью шара СО к будет больше скорости газа во входном сечении диффузора Q0 . При равенстве этих скоростей движение шара вверх прекращается. Таким образом, максимальная высота поднятия шара в диффузоре определяется из равенства

Изобретение относится к конструкциям устройств для осуществления процесса массообмена и может найти применение в газовой, нефтяной и смежных отраслях промышленности. Целью изобретения является повышение эффективности работы контактного элемента за счет интенсификации массопередачи, снижения гидравлического сопротивления и расширения диапазона гидродинамически устойчивой работы. Контактный элемент массообменного аппарата состоит из конусообразного диффузора с выступающей над полотном тарелки верхней частью, по поверхности которого выполнены прорези с отогнутыми внутрь лепестками, причем в диффузоре свободно расположен клапан шарообразной формы. Общая высота диффузора определяется из уравнения H = CTG Α/2 (√(D_O/2)² + (D/2)² - D_O/2) + H_в, где H - высота диффузора

H_в - высота выступающей части

D - диаметр шара

D_о - диаметр входного сечения диффузора

α - угол раскрытия диффузора. Доля свободного сечения прорезей составляет 30 - 40% от выступающей поверхности диффузора. Диаметр входного сечения диффузора составляет 0,75 - 0,8 диаметра шара. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

Н- ctg ((-|l)a + (-В-)а Da . ц

- ---; + Н

в )

где Н - общая высота диффузора;

Н - высота выступающей над полотном тарелки верхней части диффузора; D - диаметр шара; D0 - диаметр входного сечения

диффузора;

oi - угол раскрытия диффузора. Высота выступающей над полотном тарелки верхней части диффузора составляет 0,5-0,8 диаметра шара„ Доля свободного сечения прорезей составляет от выступающей над полотном тарелки поверхности диффузора, а их количество составляет 6-12. Диаметр входного сечения диффузора составляет 0,75-0,8 диаметра шара.

Углубление на полотне тарелки выполнено в виде конусообразного диффузора, что позволяет уменьшить величину гидравлического сопротивления

WKS к И о So )

(1)

где S - площадь кольцевого зазора на высоте hmoix

+ h ) -( S - площадь входного сечения дифsQ-fr(

фузора С учетом подстановки значений Sk и

SQ определяется hm из уравнения (1)

hmax - ct§ -VNHh +Hh 50

)

2

(2)

55

Тогда общая высота диффузора равна

и. ctg -f-ЬМ

)« + (|)2

D° I

+ Н,

(3)

Увеличение высоты выступающей над полотном тарелки верхней части диффузора Н в более 0,8 диаметра шара приводит к образованию застойных зон с нециркулируемой жидкостью, что ухудшает интенсивность массообмена.Уменьшение высоты Нв менее 0,5 диаметра шара конструктивно нецелесообразно, так как затрудняется выполнение про- резей.

Предпочтительной величиной доли свободного сечения прорезей является . При уменьшении доли свободного сечения менее 30% между прорезями образуются застойные зоны, что уменьшает интенсивность массообмена. При увеличении предлагаемого интервала уменьшается поверхность контакта фаз и, как следствие этого, уменьшается эффективность массообмена.

Количество прорезей по выступающей поверхности диффузора должно быть 6 - 12. При уменьшении количества прорезей интенсивность массообмена снижа- ется, при их увеличении не происходит эффективного диспергирования жидкости

Уменьшение диаметра входного сечения диффузора менее 0,75 диаметра шаНа фиг. 2 представлен график ДР f(C00) для контактных элементов пр лагаемой конструкции (линия 1) и п тотипа (линия 2). Проведенное сопо ставление показало большую на эффективность предлагаемого контакт ного элемента за счет снижения гидравлического сопротивления ДР, что достигается совокупностью предлагае мых конструктивных отличий и больше эффективности массопередачи Е, что достигается созданием дополнительно зоны эжекции газожидкостного потока Отношение этих характеристик &Р и дает сравнительно невысокую величин гидравлического сопротивления теоре тической ступени контакта ДР/Е, а

предложенного контактного эле по сравнению с прототипом.

ра экономически нецелесообразно вслед-зо следовательно, и большую зффектив- ствие увеличения гидравлического со- ность противления элемента. Увеличение диа- мента VieTpa входного сечения диффузора более 0,8 диаметра шара приводит к защемлению шара внутри диффузора вследствие наличия сил трения между стенкой диффузора и поверхностью шара. Защемление шара внутри диффузора приводит к неработоспособности конструкции.

В таблице представлены значения гидравлического сопротивления ДР и эффективности массопередачи Е контактного элемента с различными конструктивными размерами при скорости газа во входном сечении диффузора 25 м/с и плотности орошения 5 м3/(м-ч).

40

Диапазон гидродинамически устойч вой работы определяется отношением максимально допустимой скорости газ к минимальной. Как показали результ ты эксперимента, максимальное значе ние скорости газа, т.е. скорости, п которой унос жидкости составляет 10 соответствует 3,0 м/с (в расчете на контактную площадь тарелки). Минима но допустимая скорость газа, т.е. с рость, при которой провал жидкости составляет 5%, соответствует 0,5 м/ Следовательно, рабочий диапазон пре ложенного контактного элемента раве 7, а рабочий диапазон контактного э мента, выбранного в качестве протот па, равен 3.

45

Из таблицы следует, что большее значение эффективности массопередачи имеют контактные элементы, у которых высота выступающей части диффузора Н& не более 0,8 диаметра шара, доля свободного сечения прорезей составляет 30-40% от выступающей над полотном тарелки площади диффузора, а их количество составляет 6-12. Меньшее значение гидравлического сопротивления имеют контактные элементы, у которых

диаметр входного сечения диффузора составляет не более 0,8 диаметра шара

Эффективность работы контактного устройства оценивают по величине гидравлического сопротивления теоретической ступени контакта -ДР/Е,включающей значение гидравлического сопротивления ДР и эффективность мас- сопередачи Е. Чем меньше величина критерия ДР/Е, тем эффективней является контактный элемент.

На фиг. 2 представлен график ДР/Е f(C00) для контактных элементов предлагаемой конструкции (линия 1) и прототипа (линия 2). Проведенное сопоставление показало большую на эффективность предлагаемого контактного элемента за счет снижения гидравлического сопротивления ДР, что достигается совокупностью предлагаемых конструктивных отличий и большей эффективности массопередачи Е, что достигается созданием дополнительной зоны эжекции газожидкостного потока. Отношение этих характеристик &Р и Е дает сравнительно невысокую величину гидравлического сопротивления теоретической ступени контакта ДР/Е, а

следовательно, и большую зффектив- ность мента

предложенного контактного эле- по сравнению с прототипом.

ательно, и большую зффектив-

следовательно, и большую зффектив- ность мента

Диапазон гидродинамически устойчи- вой работы определяется отношением максимально допустимой скорости газа к минимальной. Как показали результаты эксперимента, максимальное значение скорости газа, т.е. скорости, при которой унос жидкости составляет 10%, соответствует 3,0 м/с (в расчете на контактную площадь тарелки). Минимально допустимая скорость газа, т.е. скорость, при которой провал жидкости составляет 5%, соответствует 0,5 м/с. Следовательно, рабочий диапазон предложенного контактного элемента равен 7, а рабочий диапазон контактного элемента, выбранного в качестве прототипа, равен 3.

Также преимуществом предложенного контактного элемента является то, что в нем исключены заедание и перекос контактного элемента, что делает работу тарелки стабильной и устойчивой. Кроме того, повышена однородность слоя на полотне тарелки при минимальном значении уноса жидкости.

71561995

Формула изобретения

Н

ctg

(-5-) -..

где Н - общая высота диффузора;

оЈ - угол раскрытия диффузора;

Dfl - диаметр входного сечения диффузора;

D - диаметр шара;

Нь - высота выступающей над полотном тарелки верхней части диффузора.

от выступающей поверхности диффузора,

1,6 D 70

АР/Ј

Фиг.1