Тепломассообменный аппарат Советский патент 1979 года по МПК B01D3/32 

Изобретение относится к области тепломассообменных аппаратов: дли проведения процессов, реализуемых в гетерогенных системах газ-жидкость, газ-жидкость-жидкость, газсуспензия, применяемых в нефтехимической, химической, микр(обиологической и т.п. технологиях. Известен теплсмассообменный аппарат для проведения процессов в гетерогенных зистемах типа газжидкость, выполненный в виде верт 1кальной полой колонны с размешенным внизу гавораспределителями - барботерами .11 . В таком аппарате наблюдается сме шение газовых пузьфей к оси колонны что ведет к появлению разности плот ностей газоюодкостной смеси по диаметру IrttiapaTa. Это вызывает интенсивную осевую циркуляцию жидкой сре по высоте колонны, что снижает эффективность аппарата и ухудшает селективность процесса. Известен тепломассообменный аппарат- переменного по высоте сечения, содерхаший цилиндрическнй корпус, верхянто и нижнюю крышки, газораспределительное устройство (барбо .теры), аггуиеры для ввода в аппара |и вывода из нэго фаз, а также усеченные в вершинах полые конусные вставки одинакового размера, расположенные навстречу друг другу усеченными вершинами, причем каждая нечетная вставка при отсчете от днища аппарата вплотную соединена с четной,образуя . переменное по высоте внутреннее сечение аппарата типа конфузор-диффуэор 2. . в этом аппарате конусные вставки одного размера, установленные в аппарате усеченной вершиной вверх, способствуют концентрированию газовой фазы по оси колонны, что при высоких нагрузках по газу ведет к час-тичнсму его проскоку и соответственно к снижению эффективности аппарата. Кроме того, в аппарате переменного сечения , заключенный между внутренней поверхностью колонны и наружными поверхностями полых конусных вставок, составляющий до одной трети объема пустотелой колонны, исклюООЪС ,Г1 чен из реакционного объема. Цепь изобретения - интенсификация процесса путем снижения проскока газа по центральной части аппарата и более |полного использования его реакционного 1Юбъема. Указанная цель достигается тем, что конусные вставки расположены относительно корпуса и друг друга на расстоянии и каждая нижележатая конусная вставка пары имеет плетаадь усеченной вершины больше вьюележашей вставки. Целесообразно, чтобы плсяяадь усеченной вершины выиележашей конусной вставки составляла 1-20% плсацади усеченной вершины нижележашей конусной вставки, а площадь основания вы шележащей конусной вставки 40-70% соответствующей плоиали нижележащей вставки. Предлагают в аппарате установить перпендикулярно на внутренней повер ности нижелккашей конусной вставки и внешней поверхности вышележащей вставки пластины. Это позволяет равномерно распределить газовую Фаз по всей окружности осйований вставо и избежать проскока газа. Достигаемое в аппарате периодическое концентрирование газовых пу зырей то в центральной части сечения аппарата, то у его стенок дает возможность избавиться от проскока газа, создать по высоте аппара™ та каскад ячеек (зон) идеального смешения и в то же время убрать осевую циркуляцию жидкости, приблизив аппарат к аппарату идеаль ного вытеснения, обеспечить высокие коэффициенты тепломассообмена. того, ликвида1хия стыковкико .нусньк вставок увеличивает реакцион объем аппарата и размещение в нем теплообменных Элег ентов, На фиг. 1 изображен аппарат, про дольный разрез; на фиг. 2 узел 1 на фиг. 1; на фиг. 3 - узел Ц на фиг. 1. Аппарат содержит цилиндрический корпус 1, верхнюю и нижнюю крышки 2, 3, газораспределительное устрой ство (барботер) 4, штуцеры 5, ме таллические стержни (трубы 6, на оторых жестко закреплены усеченными вершинами навстречу друг другу полые конусныевставки 7. Металлические стержни (трубы) могут быть жестко закреплены на пластинах 8, зажатых между фланцами 9 аппарата и его крышками 2, 3. Для лучшего распределения газа в тре 5увмой зоне сечения аппарата на вн/утренней поверхности вышераспололгенНой большой конусной вставки одной пары и внешней поверхности ни жерасположениой конусной вставки сэдной пары могут быть установлены пластины - ребра Ю, Аппарат работает следующим образом, Газ вводят в аппарат через гаэораспреяели-гельнпе устройство 4 Sit распределяясь в жидкости в виде луэырей, подннмается к полой усеченной конусной вставке, установленной вершиной вверх или вниз. Рассмотрим, например, случай, когда конусная нечетная, считая от дниша аппарата, вставка расположена усеченной вершиной вверх. Так как площедь кольцевого зазора у каждой нечетной (для рассматриваемого случая) конусной вставки значительно меньше площади их усеченных вершин, то основная масса пузырей захсдит под конусную вставку. Внутренней поверхностыо этой вставки пузыри отклоняются к оси аппарата и после их i выхода через усеченную вершину нечетной вставки оказываются сконцентрированными в центральной части сенения аппарата. Такое распределение газовых пузырей по сечению аппарата сохраняется до следугацей (четной) вставки, перевернутой усеченной вершиной вниз и имеющей площадь прохода в усеченной вершине 1-20% площади к усеченной вершцне; вышележащей конусной вставки. Это приводит к тому,что большинство пузырей обтекая внешнюю поверхность четной конусной вставки проходит через кольцевой зазор и за этой вставкой оказывается сконцентрированной уже у стенок аппарата. В дальнейшем следующей (нечетной) вставкой пузыри вновь концентрируются в центральной части сечения аппарата, а после четной вновь отклоняются к его с.тенке. В результате за счет искуственно созданной разности плотностей газожидкостной системы, по диаметру аппарата в зонах (ячейках) между соседними вставками возникает интенсивная циркуляция жидкости. Бели в нечетных, считая от дниша аппарата, зонах восходящий поток жидкости имеет место в центральной части сечения аппарата, а нисходящий у стенок, то в четных зонах наблюдается противоположная за- . крхггка жидкости .Это приводит к ликвидации проскока жидкости из выше-. стоящей зоны в нижестоящую и способствует отклонению газовых пузырей в нужном направлении. Таким образсм, чередуясь из зоны в зону, происходит постоянная переориентация газового потока по диаметру колонны и искусственно создается разность плотностей газожидкостной смеси по сечению аппарата. Это приводит к каскаду интенсивно турбулизованных циркуляционных тороидов, каждый из который по отношению к соседним имеет противоположную закрутку, В случае установки пластин-ребер на внутренней поверхноси больших конусных вставок и внешней поверхности меньших вставок происходит лучшее распределение газа