Контактный тепломассообменный аппарат Советский патент 1991 года по МПК B01D53/18 

Изобретение относится к тепломас- сообменным аппаратам, в частности к контактным аппаратам с активной насадкой, используемым в абсорбционной технике, теплоэнергетике, химической и нефтехимической и других отраслях, а также может быть применено для очистки отходящих газов.

Цель изобретения - расширение диапазона применения и повышение эффективности процесса за счет увеличения ступеней очистки.

На фиг. 1 изображен аппарат, вертикальный разрез; на фиг. 2 - разрез , А-А на фиго 1 .

Контактный тепломассообменкый аппарат содержит корпус 1 с газоподводящим устройством 2, патрубок 3 отвода газов. В верхней части корпуса размещены форсунки 4 периодического действия. Активная насадка 5 выполнена в виде трубного пучка, концы каждого горизонтального ряда подсоединены к коллекторам 6. Объем активной насадки заполнен шарами 7. В средней части корпуса размещена зона пенного слоя 8, в которой расположена труба 9 подвода жидкости. Пенный слой 8 образуется на дополнительном ряде горизонтальных труб 10, который разграничивает водяное пространство 11 от пенного 8. Трубы 10 по воде-подключены к коллектору 12, который соединен с коллектором 6

05

со со

СЛ

4

СО

верхнего трубного ряда активной насадки 5. В водяное пространство 11 подводится газоподводящее устройство 2. Уловленные из потока твердые частицы скапливаются в шламовой части 13 водяного пространства и периодически удаляются разгрузочным устройством 14. Для подвода и отвода нагреваемой воды из теплообменной поверхности служат соответственно патрубки 15 и 16.

Контактный тепломассообменный аппарат работает следующим образом..

Парогазовый поток поступает через газоподводящее устройство-2 в водяное пространство 11. Газоподводящее устройство 2 представляет собой прямоугольный газоход с размещенными на выходе направляющими пластинами для выравнивания потока газа. При этом происходит нагревание и испарение воды, предварительная абсорбция и очистка газов от твердых частиц, а также охлаждение и увлажнение парогазового потока. Твердые частицы шлама, образованные в результате химической реакции абсорбции газообразных составляющих жидкостью, а также пылевые частицы, содержащиеся в газовом потоке, опускаются в шламовую часть 13 водяного пространства 11 и периодически открытием разгрузочного устройства 14 шламаэ удаляются из аппарата. Разгрузочное устройство 14 шлама представляет собой заслонку с прокладкой, которая плотно закрывает нижнюю часть аппарата.

Проходя через щели, образованные дополнительным рядом горизонтальных труб 10, частично очищенный парога-. зовый поток охлаждается и образует пенный слой 8 над теплообменной верхностью труб 10, Фильтрация газа через высокотурбулизированный пенный слой 8 сопровождается абсорбцией газообразных составляющих. Орошающая вода восполняется через трубу 9. Скорость парогазового потока в щелях труб 10 составляет 6-7 м/с. Это обусловлено как теплообменом (чем больше скорость, тем лучше), так и беспрепятственным стеканием воды и конденсата в водяное пространство 11 (чем больше скорость, тем больше опасность нарушения циркуляции воды).

Скорость парогазового потока в свобоном сечении должна одновременно обеспечить как развитый пенный режим, та

0

5

0

5

и витание шаров, поэтому находится в пределах 1,6-2,2 м/с. Расстояние между трубами дополнительного ряда горизонтальных труб 10 должно определяться описанными условиями работы аппарата и составляет 0,3-0,5 от наружного диаметра труб.

При расстоянии между трубами 1 больше 0,5 от наружного диаметра труб dH(,5dH) вместо пенного режима в аппарате будет режим смоченной решетки или барботажный режим, в которых резко падает степень улавливания) .

При расстоянии между трубами ,3dn шары лежат на поверхности нижнего ряда труб активной насадки и не перемещаются в межтрубном пространстве активной насадки, тем са- мым нарушается режим псевдоожижения и снижается коэффициент тепломассообмена.

Парогазовый поток, воздействуя на шары 7 (диаметром 20-40 мм), находящиеся в межтрубном пространстве активной насадки 5, создает псевдо- ожиженный слой. Пары и трубки насадки сверху периодически (по мере необходимости удаления отложений) омываются орошающей жидкостью, поступающей в аппарат через форсунки 4. С целью удержания псевдоожи&енного Слоя шаров 7 в пределах насадки нижний ряд трубок выполняется так, что 5 расстояние между соседними трубками меньше, чем диаметр шаров. Псевдо- ожиденный слой шаров создает дополнительную поверхность контакта фаз в аппарате и, ударясь о трубки насадки, разрушает пленку конденсата на последних, удаляет с труб образовавшиеся отложения. Конденсат паров парогазового потока с абсорбированными компонентами газов и уловленными твердыми частицами потока поступают в пенный слой 8, а затем в водяное пространство 11. i

В аппарате реализован перекрестно смешанный режим движения воды через насадку 5 и трубы 10 и газов. Для этого вода в насадку поступает через патрубок 15 и отводится из нее через патрубок 16. Этим обеспечивают благоприятные условия для конденсации паровой компоненты и абсорбции газообразных составляющих из парогазового потока на трубках активной насадки 5, Скорость парогазового потока по вы0

0

45

50

5

соте контактного тепломассообменного аппарата меняется вследствие изменения его сечения. Наибольшая скорость в нижней части аппарата, а наимень- . шая в верхней. Благодаря этому удается удерживать псевдоожиженный слой шаров 7 в пределах в верхней части активной насадки 5. Для ограждения и ограничения слоя шаров 7 в нижней части насадки 5 трубки нижнего горизонтального ряда труб активной насадки 5 выполняются так, чтобы расстояние S между ними было равно 0,9 от диаметра шаров d.

При S 0,9diu шары 7 разрушают пенный слой и забивают щели труб 10.

При S с 0,9dу необоснованно завышаются аэродинамические сопротивления аппарата, что вызывает увеличение энергозатрат на перемещение газового потока.

Размещение трубок других рядов активной насадки 5 определяется теплотехническими, аэродинамическими и конструктивными расчетами аппаратов. Соотношение расстояния S между трубами в этих рядах и диаметра шаров d

составляет -г 1,2. Шары должны

dU) свободно перемещаться в межтрубном

пространстве активной насадки, поэтому, если -г4 1,2, при точности изгоdlu

товления трубного пучка в соответствии с ГОСТом шары будут забивать горизонтальные ряды труб. Кроме того, увеличиваются также аэродинамические сопротивления аппарата.

Таким образом, в предлагаемом аппарате организуются предварительная абсорбция, очистка, охлаждение и увлажнение газов, при их прохождении через водяное и пенное пространство, а более глубокая очистка, охлаждение и осушка газов протекают в активной насадке и,циркулирующие в межтрубном

пространстве шары сбивают твердые отложения с поверхности нагрева, тем самым улучшая теплопередачу через поверхности нагрева, кроме того, увеличивается поверхность контакта теплоносителей.

Формула изобретения

Контактный тепломассообменный аппарат, включающий корпус с патрубками ввода и вывода фаз, распылитель жидкости, активную насадку в виде

горизонтального трубного пучка с охлаждающей средой, газоподводнщее устройство, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона применения и повышения эффективности процесса за счет увеличения ступеней очистки, корпус выполнен в виде усеченной пирамиды с расширением по ходу газа и снабжен размещенным в нижней части его водяным сборником, в котором установлено газо- подводящее устройство, а аппарат снабжен шаровой насадкой, размещенной между трубами активной насадки, причем расстояние между трубами в

нижнем горизонтальном ряду составляет 0,9 от диаметра шара, а соотношение расстояния между трубами в остальных рядах и диаметра шаров больше или равно 1,2, дополнительным

рядом горизонтальных труб, размещенным над водяным сборником, при этом по охлаждающей среде вход дополнительного ряда соединен с выходом основного ряда активной насадки, вы-.

ход соелинен с трубопроводом горячего водоснабжения, а расстояние между трубами дополнительного ряда труб составляет 0,3-0,5 от наружного диаметра труб, пенной камерой, размещенной над дополнительным рядом труб, в , дополнительным патрубком ввода жид- „- кости, установленным в пенной камере.

Изобретение относится к тепло- массообменным аппаратам, в частности к контактным аппаратам с активной насадкой, используемым в абсорбционной технике, теплоэнергетике, химической, нефтехимической и других отраслях, а также может быть применено для очистки отходящих газов и позволяет расширить область применения и повысить эффективность процесса. Контактный тепломассообменный аппарат содержит корпус с патрубками подвода и отвода газов, тепломассоб- менную насадку, выполненную в виде горизонтального трубного пучка, в межтрубном пространстве которого циркулируют шары, дополнительный горизонтальный ряд труб, на поверхности которого образовывается пенный слой, разделяющий его от водяного сборника, расположенного в нижней части корпуса. Вход дополнительного ряда горизонтальных труб соединен с выходом основного ряда активной насадки, а выход соединен с трубопроводом горячего водоснабжения, а расстояние между трубами дополнительного ряда составляет 0,3-0,5 от наружного диаметра труб. 2 ил. (Л

риг. 2