Аппарат для проведения тепломассообменных процессов Советский патент 1986 года по МПК B01D3/26 

Изобретение относится к полым скоростным прямоточным тепломассооб- MBHiaiM аппаратам для проведения процессов абсорбции, хемосорбции, ректификации, увлажнения и пылеулавливания. I Известно контактное устройство для межфазового контактирования, содержащее тарелку с паровыми патрубка ми и контактные трубки, установленные с зазором над паровыми патрубкатрубками отражатели в виде усеченных конусов с размещенной внутри них винтовой лопастью. . Известен аппарат для проведения тепломассообменных процессов в систе ме газ - жидкость в прямоточном режи ме , включающий вертикальный корпус, тарелку, в центре которой установлен контактный патрубок, конусный отража тель с лопатками, расположенньй на верхнем торце контактного патрубка. Известные аппараты имеют низкую 1эффективность тепломассообмена, бол шой брызгоунос и узкий диапазон раб чих скоростей по газу, из-за невоз.можности обеспечить хорошее разделе ние газо-жидкостного потока в сепарационной зоне. Цель изобретения - повышение .эффективности тепломассообмена. Цель достигается за счет расширения диапазона рабочих скоростей по газу и уменьшения брызгоуноса, .при этом лопатки отражателя выступают за контактньй патрубок на. расстояни 0,25-0,4 диаметра его, каждая лопатка заходит на 1/3 последующей при высоте лопаток 0,2-0,3 высоты патру ка. I. Целесообразно тарелку снабжать изогнутыми переточными трубами, верх ние концы которыхрасположены на уро уровне нижнего торца патрубка. На фиг. 1 показан аппарат для про ведения тепломассообменных процессов на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.. Аппарат включает вертикальный цилиндрический корпус 1, тарелку 2(В центре которой установлен контактный патрубок 3. Тарелка 2 снабжена изогнутыми переточными трубами 4, верхние конвд которых расположены на уровне нижнего торца патрубка 3, На верхнем торце контактного патрубка 3 расположен конусный отражатель 5 с шестью криволинейными лопатками 6 Тарелка 2 делит пространство внутри корпуса на нижнюю камеру 7 и кольце-, вую камеру 8. Нижняя камера имеет / штуцер 9 для подвода газа и штуцер 10 .для отвода яшдкости. Кольцевая камера имеет штуцер 11 для ввода свежей жидкости, штуцер 12 для отвода избытка жидкости и штуцер 13 для отвода газа. Аппарат работает следующим образом. Газ поступает через штуцер 9, расположенный в цилиндрическом корпусе 1, в нижнюю камеру 7 и проходит в контактный патрубок 3. Жидкость поступает через штуцер 11 по переточньм трубам 4, которые закреплены в тарелке 2 под нижний обрез контактного патрубка 3 и инжектируется потоком газаимеюш;его скорость в зоне контакта до 30 м/с. В контактном патрубке образуется газо-жидкостной слой, представляющий Собой подвижную газо-жндкостную эмульсин или пену. Газо-жидкостный слой поднимается вверх и с большой скоростью проходит между криволинейными лопатками 6 центробежного каплеотделителя конусного отражателя 5, закручивается и отбрасьшается к внутренней стенке корпуса. За счет центробежного эффекта закрученная жидкость сепарируется, стекает, по внутренней стенке корпуса )1 собирается в нижней части кольцевой камеры 8, откуда ее избыток сливается через штуцер 12, а остальная часть подается на орошение по переточным . трубам, а газ через штуцер 13 выходит из аппарата. Часть жидкости, попадающей в нижнюю камеру, выводится через штуцер 10. Зона межфазного контактирования в тепломассообменном аппарате представляет собой полый цилиндр, в верхней части которого расположен конусный отражатель, обеспечивакщий полное отделение жидкости от газа и ра-. боту аппарата без брызгоуноса при скоростях газа до 30 м/с, что позволяет интенсифицировать тепломассообмен, расширить диапазон рабочих скоростей и проводить процесс тепломассообмена в высокоскоростном режиме, которьй характеризуется высокой степенью трубулизации газо-жидкостного потока и мальм временем обновления поверхности ко-нтакта фаз.. Внутренняя циркуляции жидкости позволяет эксплуатировать аппарат без рециркуляционного насоса и с малым расходом свежей жидкости на подпитку, что является преимуществом при работе с а.грессивными и корродирующими жидкостями. Такая конструкция аппарата позволяет использовать его при работе с загрязнёнными газами и Ш1дкостями из которых возможно выпадение осадка. Проведенные исследования по гидродинамике и массообмену показали, что высокая эффективность массообмена достигается при условии получения в контактном патрубке высокотурбулизированного газо-жидкостного сло при скоростях газа свыше 15 м/с. Работа аппарата в таком режиме возможна лишь при наличии конусного отражателя (центробежного каплеотделителя) с определенными соотношениями его параметров - 6 криволинейных лопаток, закрепленных на верхнем торце контактного патрубка и выступающих за него на расстояние равное 0,25-0, диаметра контактного патрубка, причем каждая из лопаток заходит на 1/3 последукщей при высоте лопаток равной 902-903 высоты патрубка. Исследования бьши проведены на ап парате с диаметром корпуса мм, диаметром контактного патрубка d 250 мм, высотой контактного патруб ка Н 1000 мм, высотой лопаток h 100, 200, 300, 400 мм и расстоянием, на которое выступают лопатки от диаметра контактного патрубка t 50.73; 100, 150 мм. При выходе за пределы указанных соотношений изменяется плотность оро |шения в контактном патрубке, которая .является функцией геометрических характеристик аппарата, что приводит к изменению .структуры газо-жидкостнр го слоя, и, вследствии этого, ухудшению эффективности массообмена. При уменьшении высоты криволинейных лопаток уменьшается сечение для прохода газожидкостного потока, увеличи вается давление внутри контактного патрубка (Р ), которое препятствует . вытеканию жидкости из переточных труб, вследствии чего зменьшается ко личество жидкости .(L) в контактном патрубке, структура газо-жидкостно. изменяется от пенной к ка- пельной и коэффициент массопередачи (Ку) уменьшаются (табл. 1). В таблице 1 показано, что критическое значение отношения высот лопаток k высоте контактного патрубка h/H равно 0,2, так как при данной величине происходит резкое падение плотности орошения и коэффициента массопередачи. Верхний предел этого соотношения I(h/H) равный 0,3 определяется величиной относительного уноса зшдкости (в процентах от количества жидкости, проходящей через контактньй патрубок) , который свьште 10% считается недопустимым, так как уменьшает эффективность массообмена (табл. 1). Проведенные исследования по изучению влияния длины лопаток и узла закрутки на условия сепарации жидкости показали, что если лопатки заходят одна за другую на расстояние, меньше 1/3 длины лопатки, то газо-жидкостный поток недостаточно сильно закручивается, что приводит к уносу жидкости, превышающему. 10%. Величина захода лопатки на другую Унос, % 1,2- 1,2 1,3.10 1,415 Нижний предел отношения на которое выступают лопатки за патрубок к диаметру патрубка (/d), равный 0,25, объясняется тем, что при I/d ниже 0,25 сечение для прохода жидкости становится небольшим, вследствие чего давление и плотность орошения становятся критическими, структура газо-жидкостного слоя меняется и коэффициенты массопередачи становятся низкими (45000), а сопротивление сут хого аппарата возрастает до Г 200 мм воДоСТ. Работа аппарата в таких условиях является неэффективной. Верхний предел данного отношения (J/d), равный 0,4, обусловлен тем, что при выходе за него скорость газа в кольцевом сечения между диаметром корпуса и диаметром центробежного каплеотделитёля (W хз становится больше 3,0 м/ч, что приводит к уносу жидкости свыше 10% (табл. 2). Изменение перечисленньк параметов, а также формы и количества лоаток приводило к изменению структуы газо-жидкостного слоя и резкому нижению эффективности массообмена. .. - Joj J 0,2j 0,3 0,4 Р„ MM вод.ст. 18011030 .839094. Q .Таблица 1 75Давление в патрубке

1. АППАРАТ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ТЕППОМАССООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ, в системе газ — ;жйдкость в прямоточном режиме, включаннций вертикальный цилиндрический корпус, тарелку, в центре которой установлен контактнйй патрубок, конусный отражатель с лопатками, расположенный на верхнем торце контактного патрубка, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что, с целью повышения эффективности тепломассообмена за счет расширения диапазона рабочих скоростей по газу и уменьшения брызгоуноса, лопатки отражателя выступают за контактный патрубок на расстояние 0,25-0,4 диаметра его, при~этЪм' каждая лопатка заходит на 1/3 последующей при высоте лопаток 0,2-0,3 йысоты патрубка.2. Аппарат по п.1, отличающий с я тем, что тарелка снаб-- жена изогнутыми переточными трубами, верхние концы которых расположены на уровне нижнего торца патрубка.(Л00со соо со4;:^

L м/м2 ч 20 90 120 . Ку, 1/4 30000 90000 950000 Унос, % 2 10

1/d - Т 0,2 То,3 I 0,4 1 0,6 . W м/с 2,0 2,5 3,0 3,5

Унос, % 1 2 10 20

Таблица 2 125 . Плотность орошения97000 Коэффициент массопередачи 44 20 Унос жидкости из аппарата