Массообменный аппарат Советский патент 1992 года по МПК B01D3/28 B01D5/00 

Изобретение относится к аппаратурному оформлению тепломассообменных процессов, таких как ректификация, абсорбция, конденсация пара, охлаждение парогазовых смесей, и может быть использовано в химической, нефтеперерабатывающей и родственных отраслях лромышленности.

Известен массообменный аппарат, содержащий секционированные посредство м, перегородок тарелки, каждая секция имеет свое переливное устройство, которое выполнено таким образом, что образует вторую зону контакта фаз, при этом перегородки выполнены в виде коробов из вязаной сетки.

Этот аппарат обладает достаточно высоким гидравлическим сопротивлением, как и все тарельчатые аппараты, к тому же сетки выполняют лишь функцию секционирования в барботажном слое, не принимая непосредственного участия в образовании барботажного слоя.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению является устройство для конденсации паров, содержащее многощелевой распределитель жидкости, выполненный в виде соосно расположенных патрубков с распределительными элементами, и расположенный под ним сборник жидкости.

-ч

00

ь

ho

ел

Хотя известная конструкция и обладает невысоким гидравлическим сопротивлением, ее эффективность недостаточно высока из-за недостаточной поверхности контакта фаз. Кроме того, в этом устройстве значителен вторичный унос жидкости вследствие сильного каплеобразования, возникающего приударе жидкостных пленок о стенки аппарата.

Целью изобретения является интенсификация процесса тепломассообмена за счет образования дополнительной зоны контакта фаз и улучшения условий сепарирования жидкой фазы.

На фиг.1 изображен вертикальный разрез предлагаемого аппарата, снабженного одной сеткой; на фиг.2 - поперечный разрез предлагаемого аппарата, снабженного несколькими сетками, состоящими из двух слоев.

Массообменнуй аппарат состоит из корпуса 1 с установленным по оси многощелевым распределителем жидкости 2, включающим несколько соосно расположенных патрубков 3 с распределительными элементами 4. Под распределителем жидкости 2 расположен сборник жидкости 5, имеющий, например, кольцевую форму. Внутри корпуса 1 аппарата установлена сетка 6, нижняя часть которой размещена в сборнике жидкости. Расстояние между корпусом 1 и сеткой 6 предпочтительно выполнять постоянным. При большем диаметре аппарата (фиг.2) в его корпусе целесообразно размещать несколько сеток 6, которые могут состоять из двух слоев. Образованные в этом случае сетками вертикальные секции 7 могут иметь форму цилиндров, призм или их комбинации. В каждой из секций 7 имеется свой распределитель жидкости 2. При этом оптимальным отношением расстояния между, слоями сетки к гидравлическому диаметру образованной ею секции является 0,025- 0,1. Оптимальным также является отношение расстояния от сборника жидкости до распределителя жидкости к гидравлическому диаметру аппарата или секции, равное 0,2-1,0.

Аппарат работает следующим образом.

Жидкость поступает в многощелевой распределитель жидкости 2 и, проходя через патрубки 3 и распределительные элементы 4, образует в объеме аппарата каскад пространственных плоских струй - кольцевых пленок жидкости, которые в дальнейшем контактируют с проходящей в направлении снизу вверх паровой (газовой) смесью. Пленки жидкости затем попадают на сетку 6 и, гася свою скорость, проникают сквозь нее, сетка проницаемая для струй

жидкости, в смоченном состоянии малопроницаема для газа. При этом в зоне контакта пленок жидкости с газом не образуются брызги, т.е. сетка экранирует стенки аппарата от основного потока газовой фазы, благодаря чему исключается образование вторичного уноса, Затем жидкость по зазору между сеткой 6 и стенкой корпуса 1 аппарата стекает вниз, попадает в сборник

0 жидкости 5, откуда либо перераспределяется в нижнюю часть аппарата, либо выводится из аппарата. Причем сборник жидкости может быть выполнен в виде желобчатого канала, повторяющего форму корпуса аппа5 рата по периметру (либо форму секции), или его функцию выполняет нижняя часть самой сетки (сеток). В этом случае, когда аппарат снабжен несколькими сетками, образующими вертикальные секции, пленки жидкости

0 в каждой из них контактируют с газовой (паровой) фазой. Если сетки 6 состоят из двух слоев, то жидкость после контакта с газом (паром) стекает по зазору между сетками.

5 Таким образом, размещение в корпусе аппарата одной или нескольких сеток позволяет организовать ниже зоны пленочного контакта дополнительную барботажную зону контакта за счет частичного прохода

0 газа через орошаемую сетку. Кроме этого, за счет отбора жидкости из зоны контакта через полупроницаемую сетку (сетки) исключается вторичный унос жидкости в противоположность известным конструкциям, в

5 которых вторичный унос имеет место из-за удара струй жидкости и дробления на капли о сплошную стенку. При этом предлагаемые соотношения размеров обеспечивают оптимальные условия контакта газа (пара)

0 и жидкости в аппарате. Так, отношение расстояния от сборника жидкости до распреде- лителя жидкости к гидравлическому диаметру аппарата или секции, равное 0,2-1,0, определяет количество газа, про5 ходящего через барботажную зону на вертикальном участке секции ниже зоны пленочного контакта. При величине соотношения меньше 0,2 барботажная зона настолько мала, что ее наличие никак не

0 скажется на увеличении общей эффективности аппарата, однако улучшение условий сепарирования фаз по сравнению с известными решениями имеет место. Увеличение соотношения свыше 1,0 приводит к

5 значительному байпасированию газа через сетку мимо зоны пленочного контакта и снижению эффективности контакта фаз. Диапазон отношений расстояний между слоями сетки к гидравлическому диаметру секции, как и отношений диаметра цилиндра к диаметру корпуса аппарата при отсутствии секционирования, определяет пропускную способность барботажной зоны контакта, т.е. интенсивность барботажа на сетке.

При отношении диаметра цилиндра к диаметру корпуса аппарата Оц/0а выше 0,975 (или, в случае секционирования, при отношении расстояния между слоями сетки к гидравлическому диаметру секции h/Dc ниже 0,025) барботажа практически нет вследствие недостаточного сечения для прохода газа в зазоре между сеткой и стенками аппарата или, в случае секционирования, между слоями сетки.

При изменении указанных отношений (соответственно D4/Da ниже 0,9 и h/Dc выше 0,1) сокращается зона пленочного контакта и в целом падает эффективность работы аппарата.

Работа предлагаемого аппарата в качестве устройства для конденсации паров воды испытывалась на экспериментальной установке с колонной диаметром 900 мм. Скорость пара составляла во всех опытах 1,5 м/с, расход воды на орошение 30 м3/ч. Были проведены три серии опытов. Во всех сериях определялись зависимости изменения коэффициента теплопередачи от геометрических параметров аппарата.

В первой секции опытов аппарат не был секционирован, в нем использовали один распределитель жидкости, обеспечивающий четыре пленки жидкости в объеме аппарата. Отношение расстояния от сборника жидкости до распределителя жидкости к диаметру аппарата составляло 0,5. Путем изменения диаметра цилиндра из полимерной сетки, вставляемой в аппарат, изменялось отношение диаметра цилиндра к диаметру аппарата Оц/Da в диапазоне 0,88-1,0.

Во второй серии опытов аппарат также не секционировался и в кем использовался тот же распределитель жидкости. Отношение диаметра цилиндра к диаметру аппарата составляло 0,94. Отношение расстояния от сборника жидкости до распределителя жидкости к диаметру аппарата h/Da изменялось в пределах 0,1-1.2.

В третьей серии экспериментов аппарат был разделен сеткой на три секции. При этом в центре каждой секции устанавливался свой распределитель жидкости, обеспе- 5 чивающий четыре пленки в объеме секции. Отношение расстояния от сборника жидкости до распределителя жидкости в секциях к гидравлическому диаметру секции составляло 0,5. 0

Формула изобретения

1.Массообменный аппарат, включающий вертикальный корпус и многощелевой

5 распределитель жидкости, выполненный в виде соосно расположенных патрубков с распределительными элементами, и находящийся под распределителем жидкости сборник жидкости, отличающийся тем,

0 что, с целью интенсификации процесса тепломассообмена за счет образования дополнительной зоны контакта фаз и улучшения условий их сепарирования, аппарат снабжен сеткой из металлического и/или пол5 имерного материала, выполненной в виде установленного соосно с зазором к корпусу аппарата вертикального цилиндра, нижняя часть которого расположена в сборнике жидкости, при этом диаметр цилиндра со0 ставляет 0,9-0.975 диаметра корпуса аппарата.

2.Аппарат по п. 1,отличающийся тем, что он снабжен несколькими сетками из металлического и/или полимерного ма5 териала, образующими вертикальные секции в виде цилиндров и/или призм, с расположенными внутри каждой из них распределителями жидкости.

3.Аппарат по п.2, отличающийся 0 тем, что сетки состоят из двух слоев, при

этом отношение расстояния между слоями сетки к гидравлическому Диаметру секций составляет 0,025-0,1.

4.Аппарат по пп.1-3, отличающий- 5 с я тем, что отношение расстояния от сборника жидкости до распределителя жидкости к гидравлическому диаметру аппарата или секции составляет 0,2-1,0.

va -«.

Использование: для проведения тепло- массообменных процессов, например ректификации, абсорбции, конденсации пара и др., в химической, нефтеперерабатывающей и др. отраслях промышленности. Сущность изобретения: аппарат включает корпус с многощелевым распределителем жидг кости и снабжен сеткой из металлического и/или полимерного материала, выполненной в виде установленного соосно с зазором к корпусу аппарата вертикального цилиндра диаметром 0,9-0,975 диаметра корпуса аппарата. Аппарат может быть снабжен несколькими сетками, образующими вертикальные секции в виде цилиндров или призм с расположенными внутри каждой из них распределителями жидкости. Сетки могут состоять из двух слоев, при этом отношение расстояния между слоями сетки к гидравлическому диаметру секции составляет 0,025-0,1, а отношение расстояния от сборника жидкости до распределителя жидкости к гидравлическому диаметру аппарата или секции составляет 0,2-1,0. 3 з.п. ф-лы, 2 ил. о ел с