Контактное устройство для тепломассообменных аппаратов Советский патент 1991 года по МПК B01D3/30 

Изобретение относится к конструкциям контактных устройств для процессов тепломассообмена в системах газ (пар) - жидкость и может найти применение в пищевой, фармацевтической, химической и других отраслях промышленности в колонных препаратах для осуществления процессов дистилляции, ректификации, абсорбции и промывки веществ.

Цель изобретения-увеличение КПД путем увеличения поверхности контакта фаз и исключения самоопорожнения аппарата при остановках.

На фиг. 1 показано контактное устройство, общий вид; на фиг. 2 - то же, вид слева; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 1.

Контактное устройство состоит из цилиндрического корпуса 1 с фланцами 2 для подсоединения выше- и нижерасполагающихся устройств тепломассообменного аппарата, тарелки 3 в виде диска, имеющей у периферии отверстие для прохода, патрубка перелива 4, канала перелива 5, паропровода 6, подающего пар выше наибольшего возможного уровня жидкости 7 на наружный распределительный коллектор пара 8 с паровыпускными соплами 9. Коллектор пара 8 имеет съемную, для ремонта и чистки, наружную стенку 10, в которой имеются запорные органы 11 для регулирования открытия и закрытия паровыпускных сопел 9. Над

О СЛ О

00

к

соплами 9 соосно с корпусом 1 закреплено смесительное кольцо (диск) 12, в котором удален сектор в 90° для прохода шнека 13. Такой же сектор удален в периферийном распределительном коллекторе 8 пара. Под шнеком 13 расположен канал перелива 5, у которого переливной патрубок 4 снабжен сливным устройством 14 для опорожнения тарелки 3. Сливной патрубок 15 канала перелива 5 располагается у внутреннего диаметра шнека 13, срез патрубка 5 параллелен тарелке 3 и находится на одном уровне с нижней кромкой 16 шнека 13.

Контактное устройство тепломассооб- менного аппарата работает следующим образом.

Паровая (газовая) фаза поступает снизу через центральное круглое отверстие тарелки 3 в паропровод 6, проходит в наружный коллектор пара 8, и вырываясь из него через тангенциально направленные паровыпускные сопла 9, инжектирует жидкость и образует на тарелке 3 вращающийся в горизонтальной плоскости двухфазный поток, отдавая ему свою тепловую и кинетичё- скую энергию. При этом наиболее интенсивное перемешивание и контакт фаз происходит в зоне, подобной смесителю ин- жекционных аппаратов, которая образуется под кольцом смесительного диска 12. Жидкая фаза, испытывая на себе действие пара с нижерасположенной тарелки, т.е. с предшествующей ступени испарения, кипит во вращающемся потоке и отбрасывается навстречу патрубку перелира 4 и паровым соплам 9. Между патрубком перелива 4, центраяьным вертикальным участком паропровода 6, тарелкой 3 и нижней кромкой 16 шнека имеется проем, через который жидкость продолжает вращение и вступает в повторный контакт с паровой фазой, обеспечивая его многократность.

При накоплении жидкости на тарелке 3 за счет частичной конденсации пара, выходящего из сопел 9, слива с вышерасположенной тарелки по каналу перелива 5 или добавления разделяемой жидкости непосредственно на тарелку 3, уровень жидкости 7 поднимается выше переливного патрубка

4и сливается через него по каналу перелива

5на нижерасположенную тарелку. При необходимости опорожнить тарелку 3 от жидкости или сбрасывать илистые накопления открывают сливное устройство 14, которым снабжен переливной патрубок 4.

Переток жидкости по каналу перелива 5 с тарелки на тарелку 3 в предлагаемом устройстве может происходить или вниз или вверх, что зависит от величины разности давлений в автономных паровых зонах выше и ниже тарелки 3, которая может регулироваться запорными органами 11 сопел 9.

Если эта разность меньше давления, создаваемого столбом жидкости между уровнем на нижней тарелке и срезом переливного патрубка 4, то устройство работает при движении жидкости сверху вниз, навстречу движению пара. При этом жидкость, подняв свой уровень 7 выше перелив0 ного патрубка 4, сливаясь в него, идет по каналу перелива 5 от периферии тарелки 3 контактного устройства к центру нижерспо- ложенной тарелки и, отдавая вращению жидкости на ней свою потенциальную энер5 гию, направляется под острым углом навстречу струям газа (пара), выходящим из сопел 9, создавая на тарелке однонаправ- ленно-перекрестное движение обоих фаз под кольцом смесительного диска 12, увели0 чивая длительность и поверхность их контакта.

Если разность давлений между автономными зонами выше и ниже тарелки 3 такова, что уровень жидкости в канале пере5 лива 5 поднимается выше среза переливного патрубка 4, то устройство станет работать при движении жидкости снизу вверх, попутно движению пара, и при этом, через патрубок 15 у центра тарелки 3 и канал перелива

0 5, жидкость подается к периферии вышерасположенной тарелки 3 через переливной патрубок 4, осуществляя ее питание вместо дефлегматора.

Если отрегулировать такую разность

5 давлений, чтобы исключить движение жидкости в канале перелива 5 и обеспечить испарение жидкости при кипении на тарелке 3, превышающее конденсацию пара в ней, то поддержание уровня следует осуществ0 лять только за счет подачи разделяемой жидкости непосредственно на тарелку 3. Подачу разделяемой жидкости следует делать по шнеку 13 в зоне патрубка 15, но впереди его по направлению движения вра5 щения жидкости на тарелке. Это необходимо для исключения смешивания потока питания с потоком перелива, особенно при движении его по каналу перелива 5 снизу вверх.

0 Таким образом, конструкция устройства обеспечивает поддержание между паровой и жидкой фазой достаточного и регулируемого перепада давлений для активной турбулизации потоков, лерекрест5 ных соударений элементарных объемов пара (газа) с жидкостью и их диспергирование. Образующийся пар с унесенными капельками жидкости приобретает вращательное движение попутно с жидкостью и ударяется о нижнюю поверхность

шнека 13, который закручивает газовый (паровой) поток в обратную сторону. При этом более тяжелые по удельному весу неконденсирующиеся газы остаются у корпуса 1 под шнеком 13 в зоне патрубка перелива 4, где легко могут быть удалены при отборе проб, а диспергированные капли жидкости оседают на шнеке 13, корпусе 1 и стекают по их поверхностям вниз, способствуя попутно разрушению пузырьков пены. В это время отсепарированный таким образом газ (пар) более легкий по удельному весу, двигаясь навстречу жидкости, что также увеличивает контакт фаз, уходит в отверстие паропровода б вышележащей тарелки.

Технико-экономическим полезным преимуществом предлагаемого устройства является повышение КПД путем интенсификации гидродинамики контакта фаз, увеличения времени, поверхности и обеспе- чения многоразовости их контакта, а также обеспечения автономности условий испарения в нем от выше и ниже расположенных ступеней и исключение нерегулируемого стока жидкости. Последнее обеспечивается тем, что отверстие в тарелке 3 для пропуска пара герметично соединяется со специальным паропроводом 6, подающим пар к периферийному коллектору пара 8 по полукольцу, поднимающемуся выше воз- можного верхнего уровня жидкости 7, и опорожнение тарелки 3 возможно только при специальном открытии сливного устройства 14 переливного патрубка 4.

Преимуществом является также воз- можность использования предлагаемого устройства при таких разностях давлений на автономных ступенях испарения, при которых вышерасполагающаяся тарелка питается более легкой фракцией жидкой фазы нижерасполагающейся тарелки, обеспечивая работу тепломассообменного аппарата

из этих устройств без дефлегматора. При этом нижняя часть тепломассообменного аппарата из этих контактных устройств работает при избыточном давлении и при движении жидкости сверху вниз навстречу пару, а верхняя часть работает при нарастающем вакууме и при движении жидкости снизу вверх, попутно с паром.

Формула изобретения

1.Контактное устройство для тепломас- сообменных аппаратов, содержащее цилиндрический корпус, тарелку и завихряющие элементы, один из которых выполнен в виде шнека в форме суживающейся спирали с каналом перелива, отличающееся тем, что, с целью увеличения КПД путем увеличения поверхности контакта фаз и исключения самоопорожнения аппарата при остановках, оно снабжено наружным коллектором и тангенциально расположенными паровпускными соплами, паропроводом, запорными органами и смесительным кольцом, причем тарелка выполнена в виде диска с периферийным и центральным отверстиями, при этом канал перелива выполнен герметичным и расположен под шнеком.

2.Устройство по п. 1, отличающее- с я тем, что тарелка снабжена патрубком перелива со сливным устройством, расположенным под периферийным отверстием,

3.Устройство по пп. 1и2, отличающееся тем, что наружное ребро шнека примыкает к стенкам корпуса по всей длине витка, при этом его внутренний диаметр равен диаметру центрального отверстия тарелки, которое соединено с наружным коллектором паропроводом.

4.Устройство по пп. 1-3, о т л и ч а ю щ е- е с я тем, что, верхняя кромка шнека примыкает, а нижняя расположена с зазором относительно тарелки.

ю

п /з

8

Изобретение относится к конструкциям контактных устройств для процессов тепломассообмена в системах газ (пар) - жидкость и может найти применение в пищевой, фармацевтической, химической и других отраслях промышленности в колонных аппаратах для осуществления процессов дистилляции, ректификации, абсорбции и промывки веществ. Цель изобретения -увеличение КПД путем увеличения поверхности контакта фаз и исключения самоопорожнения аппарата при остановках. Контактное устройство снабжено наружным коллектором с тангенциально расположенными паровыпускными соплами, запорными органами и смесительным кольцом, причем тарелки выполнены в виде диска с отверстиями: периферийным, снабженным сливным устройством, и центральным, а канал перелива расположен под шнеком. Наружное ребро шнека примыкает к стенкам корпуса по всей длине витка, при этом его внутренний диаметр равен диаметру центрального отверстия тарелки, которое соединено с наружным коллектором паропроводом. Верхняя кромка шнека контактного устройства примыкает к тарелке, а нижняя расположена с ней с зазором. 3 з.п. ф-лы, 3 ил. (Л С

и

П 3К Я

Фиг. 2

8

1 Ч

Vi

П 1 Фиг.3