Насадочное устройство для массообменных аппаратов Советский патент 1982 года по МПК B01D53/20 B01D3/26 

() НАСАДОЧНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ МАССООБМЕННЫХ

1

Изобретение относится к конструкциям для взаимодействия газа (пара) и жидкости и может быть использовано для проведения процессов тепломассообмена, в пищевой, фармацевтической и химической промышленностях .

Известны устройства для взаимодействия газожидкостных потоков, состоящие из цилиндрического корпуса и насадки, работающей в режиме эмульгирования.

Однако они не позволяют создавать устойчивого режима эмульгирования, вследствие необходимости строгого соотношения скоростей движения потоков, что в условиях промышленных аппаратов не всегда удается обеспечить. Отклонения от режимов приводит к выбросу жидкой фазы или срыву эмульгирования.

Известна насадочная колонна, включающая в себя цилиндрический корпус, внутри которого размещается насадка, выполненная из колец Рашига АППАРАТОВ

и распределительные устройства для жидкой фазы U1.

Конструкция имеет ряд недостатков. Колонна работает в чисто пленочном режиме, что снижает интенсивность взаимодействия фаз. Не исполь зуется режим эмульгирования. В местах сопряжения корпуса устройства с насадкой возникает байпас по жидкой фазе. Не обеспечивается равномерное распределение жидкой фазы по площади всей насадки. Все это уменьшает интенсивность проведения процессов тепломассообмена .

Цель изобретения - создание по высоте зон устойчивого эмульгирования и равномерное распределение фаз по сечению аппарата.

Цель достигается тем, что в корпусе, внутри которого размещена насадка и распределительное устройство, насадка выполнена в виде трех периодически чередующихся слоев, при этом свободное сечение среднего слоя 390 .насадки в 2-10 раз больше свободного сечения верхнего слоя насадки и свободное сечение нижнего слоя в 2-8 раз меньше свободного сечения верхнего слоя насадки, а распределительное устройство установлено в нижнем слое насадки. Распределительное устройство для жидкости выполнено в виде вертикального цилиндра, заглушенного с ниж-О него торца и снабженного горизонталь ными радиальными патрубками с перфорациями и направляющими вертикальн ми пластинами. Кроме того, в верхнем слое насадки на ее периферии устанавливают плоские горизонтальные кольца, исклю чающие байпас в месте сопряжения кор пуса колонны и насадки. На фиг. 1 изображена предлагаемая конструкция насадки5 на фиг. 2 - сечение по А-А фиг. 1. Насадочное устройство состоит из цилиндрического вертикального корпуса 1, внутри которого размещена насадка, выполненная, например в виде колец Рашига, состоящая из 3-х слоев: верхнего слоя насадки 2, среднего 3, нижнего k. Свободное сечение верхнто слоя выполнено меньше, чем среднего слоя, а нижнего меньше 2-х предыдущих за счет различия геометрических размеров тел на садки . В нижнем слое насадки k имеется распределительное устройство для жидкой фазы, выполненное в виде вертикального цилиндра 5, снабженного горизонтальными радиальными пат рубками 6 с перфорациями и направляющими вертикальными пластинами 7. Порядок чередования слоев насадки в нижней части устройства аналогичен вышеописанному. Насадка может быть выполнена не только из колец Рашига но и различной спирали, дубовой клеп ки и т.д. Работает предлагаемая конструкция следующим образом. Жидкая фаза подается в колонну сверху и стекает через верхний слой насадки 2 в виде пленки. Взаимодействие жидкости и пара происходит в пленочном режиме. Достигнув среднего слоя насадки 3 жидкость прова ливается через него на нижний слой 4, так как в слое 3 свободное сечени насадки выбрано из условия свободно перемещения жидкости в вертикальном 2 горизонтальном направлениях.Ьез задержки. Свободное сечение нижнего слоя насадки 4 обеспечивает такие скорости парового потока, при которых жидкость не способна стекать через низкий слой насадки , Здесь, за счет увеличения плотностей орошения и скорости газа, возникает режим эмульгирования. Этот режим наиболее эффективен, так как, наблюдается наиболее интенсивное взаимодействие фаз, максимальные время и поверхность их контакта. Эмульгированный слой жидкости заполняет, в зависимости от соотношения потоков,-определенный объем среднего слоя насадки 3 и стекает в вертикальный цилиндр 5 распределительного устройства. В последнем возникает столб жидкости, который обеспечивает перетекание жидкой фазы по патрубкам 6 и орошения верхнего среза верхнего слоя насадки 2. Движение жидкости и пара в нижележащей насадке повторяется. Процесс массообмена между паром и жидкостью протекает везде, где есть их контакт, Наиболее интенсивная зона массообмена лежит над нижним слоем насадки 4 в области, где возникает режим .эмульгирования. Поскольку область эмульгирования занимает только средний слой 3 и нижнюю часть верхнего слоя 2, а не всю насадку как в аналогах, то допускает некоторое колебание скорости парового потока. Если по каким-то причинам в производственных условиях будут допущены увеличения скорости пара, то область эмульгирования увеличится, но режима захлебывания не наступит, так как верхний слой насадки 2 выполняет функцию сепаратора, а перетекание жидкости через нижний слой насадки осуществляется через распределительное устройство. Снабжение цилиндра 5 вертикальными направляющими пластинами обеспечивает вертикальную установку цилиндра, что необходимо для равномерного распределения: жидкости по горизонтальному сечению устройства. I Установленные в верхнем слое насадки 2 горизонтальные пластины 8 исключают байпас по жидкой фазе. Как показывают эксперименты, для обеспечения вышеописанного порядка движения жидкости и пара необходимо, чтобы свободное сечение среднего слоя 59 насадки было в 2-10 раз больше свобо ного слоя верхнего слоя насадки, а свободное сечение нижнего слоя насадки в 2-8.раз меньше свободного сечения верхнего слоя насадки, Таким образом, предлагаемая конструкция насадочного устройства для массообменных аппаратов позволяет созд вать устойчивый и эффективный режим эмульгирования .Устройство обеспечивае равномерное распределение жидкой фаз по площади всей насадки,За счет исполь зования плоских горизонтальных колец исключен байпас по жидкой фазе в месте сопряжения корпуса колонны и н садки. Эффект от внедрения данной конструкции может быть получен за счет сокращения-потерь перерабатываемых материалов, уменьшения металлоемкост аппарата и упрощения эксплуатации ус тройства. Формула изобретения 1, Насадочное устройство для массообменных аппаратов, состоящее из вертикального корпуса, внутри кото2рого размещена насадка, преимущественно кольца Рашига, и распределитель- нов устройство для жидкости, отличающееся тем, что, с целью создания по высоте аппарата зон устойчивого эмульгирования и равномерного распределения фаз по сечению аппарата, насадка выполнена в виде трех периодически чередующихся слоев, при этом свободное сечение среднего слоя насадки в 2-10 раз больше сво- . бодного сечения верхнего слоя насадки, свободное сечение нижнего слоя насадки в 2-8 раз меньше свободного сечения верхнего слоя насадки, а распределительное устройство установлено в нижнем слое насадки, 2. Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, распределительное устройство для жидкости выполнено в виде вертикального цилиндра, заглушенного с нижнего торца и снабженного горизонтальными радиальными патрубками с перфорациями и направляющими вертикальными пластинами. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1, Кафаров В.В, Основы массопередачи, 1972, с. 3 (прототип).