Тепломассообменный аппарат Советский патент 1982 года по МПК B01D53/20 

Изобретение относится к конструкциям массообменных аппаратов для сис темы газ (пар - жидкость и может найти применение в химической, нефтехимической и других отраслях прокьлиленности.

Известен тепломассообменный аппарат, включающий корпус, патрубки ввода и вывода фаз, насадку, выполненную в виде блоков, имеющих вертикальные каналы, и в каждый канал насад- ки помещен пакет из сетчатых элементов tl .

При этом жидкость изменяет свое направление на горизонтальное,подхватывается восходя1дим потоком газа и дополнительно диспергируется. В зоне сетчатых элементов наблюдается как пленочное, так и струйное течение жидкости: у кромок элементов происходит диспергирование жидкости и соударение капель и струй, однако это не приводит к возникновению в объеме наСадки динамичного слоя газокидкостной смеси. Основным режимом течения хидкости остается всетаки пленочный как в каналах между сетчатыми элементами, так и в зоне расположения -.элементов.

Известен также тепломассообменный аппарат, включающий корпус, патрубки ввода и вывода фаз, опорс ную решетку, блочнуьз нгсадку, состоящую из секций, образующих вертикальные каналы C2J.

Недостатками известного устройства являются низкая эффективность

4Q процессов массообмена, недостаточно равномерное распределение жидкости по сечению каналов.и возможность проскока части газа через насадку без взаимодействия с жидкостью.

15 Указанные недостатки обусловлены тем, что вследствие выполнения каналов по высоте без резкого изменения формл и плочади поперечного сечения жидкость стекает по стенкам

20 каналов в виде пленки, межфазная поверхность слабо турбулизована и определяется практически поверхностью каналов.

Цель изобретения - интенсификация

25 процессов тепломассообмена за счет создания в каналах высокотурбулизованного гаэожидкостного слоя.

Указанная цель достигается тем, что в тепломассообменном аппарате,

30 включающем корпус, патрубки ввода и вывода фаз, опорную реиетку, блоч ную насадку, состоящую из сеьГций, образую11.их вертикальные каналы, в нижней части Keiyjuofl секции выполнено .окно с отнсяиением площади окна к площади сечения канала О,30,7. Целесообразно каждую секцию снаб жать пакетом сетчатых элементов, размещенных над окном. Сетчатые элементы выполнить в виде полос, расположенных горизонтально и размещенных по высоте одна относительно другой в шах матном порядке. Целесообразно, чтобы в пакете со седние по высоте ряды полос были по попарно развернуты друг относительно друга в горизонтальной плоскости на «О, Благодаря тому, что у основания блоков каждый канал имеет профилированное окно с отношением площади окна к площади сечения канала 0,3-0 пленка жидкости, стекающая по стенкам канала, изменяет у его основани направление движения на. горизонталь ное, подхватывается восходящим пото ком газа, диспергируется, тесно перемешивается с газом и в канале образуется высокотурбулизованная газожидкостная смесь/с развитой, по тоянно обновляющейся межфазной поверхностью,.что значительно интенсифицирует процессы тепломассообмена. При отношении пло1зади окна К пло щади сечения канала О,7 диапазон устойчивой работы аппарата в интенсивном режиме сула1вается за счет возрастания скорости газового поток при которой начинает образовываться внсокотурбулизованная газожидкос ная смесь. При отношении площади окна к площади сечения канала О,3 возрастает собственное (При отсутст вии орошения) гидравдическое сопро .тивление аппарата и понижаются допу тимые нагрузки по газу вследствие захлебывания насадки. Выбор отношения площади окна к площади сечения канала 0, 3 :5 f 0, 7 обусловлен тем, что при этих значениях слой динамической газожидкостной смеси образуется в каналах в довольно irMpoKOM диапазоне газожидкостных нагрузок. ЕСЛИ же выполнить профилирован1чо окно с ,7 то образования слоя газокидкостной смеси не наблюдается даже при скоростях газа w 3,5-4,5 м/с: жидкость в плоскости окна интенсивно дробится на капли, которые выносятся из канала восходящим потоком газа. При f 0,3 при некоторой критичес кой скоробти газа практически однов ременно с началом образования слоя газокидкостной смеси происходит захлебывание канала. В таблице представлены экспериментальные данные по работе насадки с пpoфилиpoвa lными окнами с различным отношением площади окна к площади сечения канала (сечение канала 100x100 мм, высота канала 0,5 м). Как уже отмечалось, образование динамичного слоя газожидкостной смеси значительно интенсифицирует массообмен. Помещение пакета из сетчатых элементов в каждый канал блока способствует усилению Турбулизации потоков, улучшает структуру газокидкостной смеси, увеличивает удерживающую способность насадки. Выполнение сетчатых элементов в виде полос, расположенных горизонтально и размещенных по высоте в шахматном порядке, позволяет при малом собственном гидравлическом сопротивлении пакета (-vlQO Па/м ) и простоте конструкции у.странить проскок крупных газовых агрегатов без взаимодействия с жидкостью, что особенно важно в процессах очистки промышленных газовых--выбросов. Кроме того, жидкость, находящаяся в канале, на полосах дополнительно диспергируется восходящим потоком газа, что, в свою очередь, увеличивает поверхность контакта фаз. Благодаря повороту полос сетки в пакете на 20-60 к горизонту и развороту смежных по высоте рядов (совокупности рядов ) полос друг относительно друга в горизонтальной плоскости на 90° улучшается перераспределение потоков жидкости и газа по сечению канала, так как при этом в целом по каналу устраняется какое-либо предпочтительное направление тока жидкости в радиальном направлении. На фиг.1 показан аппарат с насадкой, разрез} на фиг.2 - элемент блока насадки без пакета из сетчатых элементов; на фиг.З - то же, с пакетом из сетчатых полос {крепление полос в пакете показано условно) .. Аппарат содержит корпус.1, шту- . цер подвода 2 и отвода 3 жидкости, штуцер подвода 4 и отвода 5 газа, опорную решетку 6, блоки насадки 7 с профилированным окном 8, пакеты из сетчатых элементов 9. Аппарат работает следующим образом. Жидкость подается в верхнюю часть аппарата, газ - в нижнюю. Жидкость распределяется по сечению аппарата оросителем и попадает в каналы верхнего блока насадки. Стекая ,по стенкам каналов, у их основания жидкость благодаря наличию профилированного окна изменяет направление движения на горизонтальное, подхватывается восходящим потоком газа, диспергируется, насыщается пузырьками газа и в канале образуется высокотурбулиэованная газожидкостная смесь с развитой, постоянно обновляющейся межфазной поверхностью; часть жидкости проваливается в каналы нивсележащего блока и процесс повторяется. В аппарате предусматривается помещение в каждый канал блока пакета из сетчатых элементов, благодаря чему улучшается структура газожидкостной смеси, увеличивается удерживающая способность насадки, кроме того, жидкость, находящаяся в канал на сетчатых элементах, дополнительно диспергируется восходящим потоко газа, что, в свою, очередь, увеличивает поверхность контакта фаз и интенсифицирует массообмен.

Использование предлагаемого аппарата по сравнению с известным

устррйством обеспечивает увеличение эффективности массообмена в 2-3 раза (массообмен исследовался на примере десорбции СО2 из ЕОДЫ воздухом) .

Использование пакетов из сетчатых элементов способствует снижению доли- газа, проскакивающего насадку без взаимодействия с жидкостью, что особенно важно в процессах очистки промышленных газов выбросов.

Предлагаемый аппарат может быть. применен в различных производствах «с химической технологии для процессов обмена в системе гаа (пар - жидкость в тех случаях, когда требуется высокая интенсивность процесса при умеренном гидравлическом сопротивле НИИ.

20

Отношение площади окна, к площади сечения канала f

1,0

,3 1,36

1,92

,3.

1,36 ,7 1,92 2,36 2,72

3,04 3,33 3,60 4,08

4,3 4,51

0,7

1,0 0,25 1,36

Гидравлическое

Примечания сопротивление канала, ДР, Па

30

Слоя газожидкостной смеси нет 1200

В канале образуется слой газожидкосттчой смеси

Наблюдается захлебы1800

0. вание канала

Слоя нет

5 0

10 20 25 То же

В канале образуется слой газожидкостной смеси

230

Слой есть 320 То же 330

Слой есть, унос жидкос400ти составляет 3%

То же

410

Наблюдается интенсив440

0 ный унос жидкости из канала С 10%

35

Слоя нет

0

В канале образуется 2000 слой газожидкостной смеси и одновременно наблюдается захлебывание

,8

1,36 1,92 2,36 2,72 3,04 3,33 3,60 4,08 4,30 4,51 4,71

Формула изобретения

и вывода фаз, опорную решетку, блочную насадку, состоящую из секций, образующих вертикгшьные каналы, о тл и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью-интенсификации щюцессов тепломассообмена за счет создания в каналах высокотурбулизованного газокидкостного слоя, в нижней части каждой секции выполнено окно с отношением площади окна к площади сечения канала 0,3-0,7.

Продолжение таблицы

Слоя нет То же

СЛОЯ: нет, интенсивный унос жидкости из канала (10%)

соседние по высоте ряды полос попарно развернуты друг относительно друга в горизонтальной плоскости на 90

Источники информации, принятые ,во внимание при экспертизе

J

Гал

§t

/Жидмасть

1 -8

h7

Жадмосто .1