Тепломассообменный аппарат Советский патент 1993 года по МПК B01D47/02 

ходу газа уменьшают скорость циркуляции жидкости, что также ухудшает масообмен- ный процесс и приводит к зарастанию днища.

Целью изобретения является повышение эффективности тепломассообмена при сохранении энергозатрат и повышение стабильности работы.

Поставленная цель достигается тем, что в тепломассообменном аппарате, включающем корпус со штуцерами для ввода и вывода жидкости и газа, установленные попарно и делящие аппарат на камеры верхние и нижние вертикальные перегородки, соединенные с ними наклонные перегородки с бортовинами, образующие размещенные на повышающихся по ходу газа уровнях прямоугольные каналы для прохода взаимодействующих фаз,причем верхние вертикальные перегородки выполнены с горизонтальной щелью, установленной с возможностью регулирования поперечного сечения и расположенной над основанием канала ниже уровня верхнего торца последующей по ходу газа нижней вертикальной перегородки, согласно изобретению отношение длины канала к его высоте составляет 2,3 - 2,5, а отношение его ширины к высоте 3,3 - 3,7, причем нижние вертикальные перегородки смещены относительно верхней вертикальной перегородки в сторону предыдущей камеры по ходу движения фаз на 0,3 - 0,5 высоты контактного канала для прохода взаимодействующих фаз, а верхняя кромка нижней образующей канала для прохода взаимодействующих фаз выполнена на уровне верхней кромки верхней образующей этого канала, и, кроме того, днище аппарата выполнено наклонным под углом, равным углу превышения каналов для прохода взаимодействующих фаз.

Выполнение канала в соотношении его длины к высоте 2,3 - 2,5 и его ширины к высоте 3,3 - 3,7 обеспечивает повышение эффективности тепломассообмеча при сохранении энергозатрат, т.к. создаются условия образования потока высокой степени турбулентности при минимальных энергозатратах, благодаря достижению рациональной аэродинамики движения потока. Повышению турбулетности потока способствует возникновение (образование) в нем открывных зон и завихрений. В конструкции контактного узла турбулизация потока достигается за счет образования отрывной зоны под верхней наклонной перегородкой и парных вихрей, образующихся в канале. Движение потока в областях завихрений носит резко выраженный неустановившийся

пульсирующий характер, что существенно повышает его турбулизацию.

Выполнение нижних вертикальных перегородок со смещением относительно верхней вертикальной перегородки на величину 0,3 - 0,5 высоты канала для прохода взаимодействующих фаз обеспечивает повышение стабильности работы, благодаря увеличению допустимого диапазона ко0 лебания уровня жидкости с низкой стороны из-за снижения отметки нижней кромки входного в канал отверстия, от которой зависит количество захватываемой газом жидкости и которая определяет границу

5 эффективного захвата жидкости газом в канал, равную 1 (см.таблицу 3).

Выполнение верхней кромки образующей канала для прохода взаимодействующих фаз на уровне верхней кромки верхней

0 образующей этого канала также обеспечивает повышение стабильности работы аппарата благодаря увеличению допустимого повышения верхнего уровня жидкости из-зг предотвращения перелива жидкости в ка5 нал и возможного его захлебывания.

Выполнение днища аппарата наклонным под углом, равным углу превышения каналов для прохода взаимодействующих фаз обеспечивает предотвращение оседа0 ния шлама, благодаря организации соответствующей скорости движения шлама к выходному отверстию и обеспечению равномерной циркуляции жидкости вокруг нижней вертикальной перегородки каждого

5 отсека.

На фиг.1 схематически изображен заявляемый тепломасообменный аппарат и разрез; на фиг.2 - узел I на фиг.1; на фиг.З - разрез А-А на фиг.2.

0Аппарат содержит корпус 1. штуцер выхода газа, верхнюю 3 и нижнюю 4 наклонные перегородки, верхнюю вертикальную перегородку 5, контактный канал для прохода взаимодействующих фаз 6. нижние

5 вертикальные перегородки 7. камеру очи щенного газа 8, штуцер входа газа 9, в -:од- ную камеру 10, штуцер выхода шлама 11. отверстия для прохода жидкости и шламл 12, наклонное днище 13 и штуцер ввода

0 жидкости 14, подвижную заслонку 15. щель 16 в верхней вертикальной перегородке 5. бортовины 17 канала 6. Аппарат работает следующим образом. Газ поступает через штуцер входа газа 9 корпуса 1 и проходя

5 через каналы 6 для прохода взаимодействующих фаз из камеры 10 в каждую последующую камеру 8, покидает корпус 1 череа штуцер выхода газа 2. Перед поступлением в канал для прохода взаимодействующих фаз 6 газ соприкасается с поверхностью

жидкости, заполненной до определенного уровня в корпусе 1 и перекрывающей часть входного отверстия в канал для прохода взаимодействующих фаз 6, силовой газожидкостного трения захватывает (сдирает) некоторое количество жидкости и проходя в канале для прохода взаимодействующих фаз б с высокой скоростью дробит жидкость в капли и пену, создавая условия эффективного взаимодействия контактирующих фаз. Образующиеся в канале для прохода взаимодействующих фаз 6 отрывные зоны и пар- ные вихри способствуют активной турбулизации газожидкостного потока и соответственно протеканию активного теплр- массообменного процесса. Жидкость подают через штуцер ввода жидкости 14. Перетекая из камеры в камеру 8 через отверстия 12 с одновременной циркуляцией вокруг нижних вертикальных перегородок 7, жидкость в виде шлама выводится через штуцер 11, высота которого обеспечивает необходимый уровень жидкости во входной камере 10. Жидкость подают в количестве, обеспечивающем улавливание активной составляющей газа с учетом возможных процессов испарения и конденсации.

Превышение ступеней каналов равно по величине сопротивлению предыдущего канала ДРк, деленному на удельный вес жидкости РЖ- Этим обеспечивается необходимый уровень жидкости во входном отверстии последующего канала.

Смещение нижних вертикальных перегородок 7 относительно верхних вертикальных перегородок 5 в сторону предыдущей по ходу движения газа камеры 8 допускает колебания уровня жидкости без нарушения режима работы, а верхняя кромка нижней наклонной перегородки 4, выполненная на уровне верхней кромки верхней наклонной перегородки 3, предотвращает переливание жидкой фазы в канал для прохода взаимодействующих фаз 6 при колебаниях верхнего уровня жидкости.

Благодаря наклонному днищу высота слоя жидкости от канала для прохода взаимодействующих фаз 6 до днища 13 одинакова, что определяет постоянную скорость циркуляции жидкости вокруг нижних вертикальных перегородок 7, которая обеспечивает приток свежей жидкой фазы для контакта с газом и предотвращение оседания шлама на днище 13. Этим обеспечивается стабильный процесс масообмена и эксплуатации аппарата.

В таблице 1 представлены результаты замеров зависимости коэффициента местного сопротивления канала для прохода

взаимодействующих фаз Ј и эффективности массообмена ц от соотношения длины этого канала к его высоте т- , а в таблице 2 - от

соотношения ширины этого канала к его высоте т-. В табл.3 представлено влияние величины смещения Z нижней вертикальной перегородки 7 относительно верхней вертикальной перегородки 5 и изменения уровня жидкости К на количество захватываемой газом жидкости m уд. (удельное количество) Из табл.1 видно, что в пределах соотношения l/h от 2/3 до 2,5 изменения. Ј незначительно и по абсолютной величине минимально. Из таблицы 2 видно, что в пределах соотношения b/h 3,3 - 3,7 значение Ј изменяется незначительно и также минимально по абсолютной величине.

Выполнение канала для прохода взаимодействующих фаз с геометрическими параметрами указанных соотношений позволит снизить его сопротивление и соответственно уменьшить энергозатраты на

проведение тепломассообменного процесса.

Изтабл.З видно, что при смещении нижней вертикальной перегородки относительно верхней вертикальной перегородки на

величину, равную 0,3 - 0,5 высоты канала для прохода взаимодействующих фаз, диапазон колебания уровня жидкости, при котором достигается эффективный тепломассообмен, т.е. захват газом удельного количества жидкости, превышающего единицу, увеличивается.

Изобретение обладает по сравнению с прототипом следующими преимуществами:

- повышение эффективности массооб- мена без увеличения энергозатрат;

- стабильность режима работы;

- упрощение эксплуатации.

Применение аппарата в качестве абсорбционной ступени сернокислого производства при непосредственном контакте олеума с газами ЗОз обеспечивает экономический эффект в размере 45 тыс. руб/год за счет увеличения производства серной кислоты и снижении капитальных и эксплуатационных затрат.

Формула изобретения 1. Тепломасообменный аппарат, содержащий корпус, частично заполненный жидкостью, со штуцерами для ввода и вывода

жидкости и газа и днищем, разделенный на камеры установленными попарно верхними

и нижними вертикальными перегородками и соединенными с ними наклонными перегородками, имеющими бортовины и размещенными с образованием на повышающихся по ходу газа уровнях прямоугольных кон- тактных каналов, при этом верхние вертикальные перегородки выполнены с горизонтальной щелью и с возможностью регулирования ее поперечного сечения, щель расположена над основанием канала ниже уровня верхнего торца последующей по ходу газа нижней вертикальной перегородки, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности тепломассобме- на при сохранении энергозатрат и увеличения стабильности работы, отношение длины каждого контактного канала к высоте составляет 2,3 - 2,5, отношение ширины кана- ла к высоте - 3,3 - 3,7, а нижние вертикальные перегородки каждой после0

5

дующей камеры смещены относительно верхней вертикальной перегородки в сторону предыдущей по ходу газа камеры.

2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что величина смещения нижней перегородки относительно верхней составляет 0,3 - 0,5 высоты контактного канала.

3. Аппарат по п.1,отличающийся тем, что верхняя кромка нижней наклонной перегородки контактного канала выполнена на уровне верхней кромки верхней наклонной перегородки этого канала.

4. Аппарат по п.1,отличающийся тем, что, с целью предотвращения оседания шлама, днище аппарата выполнено наклонным под углом, равным углу превышения контактных каналов.

Таблица

Результаты замеров зависимости коэффициента местного сопротивления ; и эффективности массообмена tj от соотношения l/h

при л - 0113. ч - 30° : b/h-3.7.. Д Р 0.95 кПэ

Результаты замеров зависимости коэффициента местного сопротивления | и эффективности мэссообменэ rj от соотношенииЬ/h

при А -0113. «-30°: l/h -2.3 : ДР« 1.2 кПа

где л - коэффициент шероховатости ;

с -угол наклона канала. : Ь- ширина, м h - высота, м

| прив приведенный коэффициент сопротивления канала:

rj коэффициент эффективности масссбмена. %

Л Р« -гидраеличесоке сопротивление контактного канала.кПа

ТаблицаЗ

Влияние величины смещения нижней вертикальной перегородки относительно верхней вертикальной перегородки Z на количество захватываемой газом жидкости ( удельное количество гпуд) при снижении ее уровня относительно к высоте входного в канал отверстия.

Таблица2

0/ярыЈ#ая 30#& 2 А

J

I

фиг. 2

А-А