Аппарат для контактирования пара (газа) с жидкостью Советский патент 1982 года по МПК B01D3/26 

(5) АППАРАТ ДЛЯ КОНТАКТИРОВАНИЯ ПАРА (ГАЗА) С ЖИДКОСТЬЮ

1

Изобретение относится к химической |технологии, в частности к массообменным аппаратам для проведения тепломассообменных процессов в системе пар (газ)-жидкость.

Известен массообменный аппарат для взаимодействия пара (газа) с жидкостью, состоящей из корпуса,трубных решеток с отверстиями и тарелок, снабженных контактными элементами, выполненными в виде цилиндрическихпатрубков, проходящих сквозь тело тарелки, и переливными патрубками, между тарелками расположены трубные решетки, отверстия которых совпадают с осями контактных элементов Elj.

Однако данный аппарат характеризуется низкой эффективностью массообмена, малыми расходами жидкостной и паровой (газовой) фаз, бальшим уносом жидкости с нижележащей тарелки на вышележащую, трудностью центровки отверстий в трубной решётке с

ОСЯМИ .контактных элементов и низкой турбулйзацией жидкой и паровой (газовой) фаз.

Известен аппарат для контактирования пара (газа) с жидкостью, состоящей из корпуса, трубных решеток, де лящих аппарат на секции, переливных патрубков и контактных трубок, проходящих через трубные решетки и имеющих отверстия для ввода и вывода

to жидкости L2j.

Такой аппарат также характеризуется малыми расходами жидкой и паровой (газовой) фаз, большим уносом .жидкости с нижележащих тарелок на вы15шележащие, слабой турбулйзацией фаз и низкой эффективностью массообмена.

Целью изобретения является умень20шение гидравлическ ого сопротивления.

Поставленная цель достигается тем, что аппарат для контактирования пара (газа) С жидкостью, состоящий из корпуса, трубных решеток, делящих аппарат на секции, переливных natpy6KOB и контактных трубок, проходящих через трубные решетки, снабжен установленными в контактных труб ках втулками с плавно сужающимися по ходу парового (газового) потока скругленными наружными боковыми стен ками, расположенными на расстоянии от стенок контактных трубок против отверстий для вывода жидкости, и установленными во втулках винтовыми ло пастями,- нижние части которых перекрывают отверстия для вывода жидкости и которые выполнены с выступами расположенными по вертикальной оси -на их поверхности. Целесообразно, отношение радиуса скругления боковых стенок втулки к диаметру самого узкого сечения выбрать ,2, а выступы выполнить в форме плоского клина, направленного тупым концом по ходу парового (газового) потока. Наличие втулок в контактных трубках дает возможность увеличить расхо по жидкой и паровой (газовой) фазе за счет значительных сил инжекции, возникающих при выходе парового (газового) потока из них. В этом случае расход жидкий фазы определяется не только разностью давления, создаваемого столбом жидкости в перетоке, и гидравлического сопротивления секций, но и силами ин жекции. Б силу высоких значений сил инжек ции исключается возможность прорыва пара (газа) через отверстия для ввода жидкости, что обуславливает большие расходы паровой (газовой) фазы. Кольцевой зазор во втулках позволя ет жидкости сформироваться в виде кольцевой пленки и обеспечивает ввод жидкости в Контактные трубки по ходу движения паро(газо)-жидкостного потока, что устраняет явление разбрызгивания жидкости в местах ее ввода и значительно снижает-унос жидкости п ровым (газовым) потоком. Наличие вин,товых лопастей обуслав ливает закрученное движение паро(га зо)-жидкостного потока с высокой ин тансичностью тypбyлeнтнocти что по.вышает интенсивность массообмена, а также позволяет снизить унос за счет .центробежных сил, возникающих при этом, которые отбрасывают жидкость, находящуюся в газовом потоке на поверхности контактных трубок. Наличие выступов плахообтекаемой формы, размещенных по оси винтовых лопастей, позволяет удалять жидкость, попавшую на поверхность лопастей из парового (газового) потока и движущуюся в виде жидкостного жгута по оси за счет срыва ее паровым (газовым) потоком при обтекании.выступов и отбрасывания к поверхности контактных трубок, что уменьшает унос жидкости. Наличие отверстий с вогнутыми кромками для вывода жидкости из контактных трубок обуславливает безотры вочное течение жидкости по отверстиям и полное удаление жидкостной пленки через .них, что также существенно снижает унос. На фиг. 1 изображен аппарат для контактирования пара (газа) с жидкостью, общий вид; на фиг. 2 - контактная трубка аппарата; на фиг. 3 и Ц выступ плохообтекаемой формы. Аппарат состоит из корпуса 1 в нижней части которого расположен штуцер 2 для ввода пара (газа), в верхней части аппарата имеется штуцер. 3, предназначенный для вывода пара (газа),и на боковой поверхности корпуса 1 в верхней части имеется штуцер k для ввода жидкости,а в нижней части штуцер 5 для .вывода жидкости. В корпусе 1 размещены трубные решетки 6, делящие аппарат на секции, в которых укреплены контактные трубки 7 снабженные отверстиями 8 для ввода жидкости и отверстиями 9 с вогнутыми кромками со стороны течения жидкостной пленки для вывода жидкости. . В контактных трубках 7 расположены втулки 10, имеющие открытый кольцевой зазор 11 против отверстий 8 для ввода жидкости. Во втулках 10 вставлены не касаясь стенок контактных трубок 7 винтовые лопасти )2. Нижние части винтовых лопастей 12 перекрывают отверстия 9 для вьтода жидкости и по оси их расположены выступы и 13 плохообтекаемой формы. Для поступления жидкости с одной секции на другую в трубных решетках 6 размещены переливные патрубки 14. Винтовые лопасти 12 представляют собой двухзаходные ленточные спирали с шагом 50 мм, длина которых отно сится к длине контактных трубок 7 как 1/1: 1/500. Диаметр винтовых лоп стей 12 относится к диаметру контактИых -рубок 7 как 1:1,2. Диаметр втулок 10 находится в соотношении к диаметру контактных элементов 7, как 7/8:7/10.. Величина кольцевого зазора 11 равна 1-5 мм. Диаметр отверстия для ввода жидкости равен 0,5-8,0 мм. Длина втулки 10 относится к длине контактной трубки 7, как 1/5 : : 1/1000. Отверстия для вывода жидкос ти 9с вогнутыми кромками расположены на поверхности контактных трубок в шахматном порядке.,Расстояние в - свету между соседними отверстиями 0,1-10,0 мм. Плохообтекаемые выступы 13 имеют форму треугольного клина, отношение высоты которого к его длине составляет 1/1 : 1/10,0. Аппарат работает следующим образо Жидкость вводится через штуцер k на трубную решетку 6 верхней секции, затем проходит через отверстия 8 в кольцевой зазор 11 на штуцер 2, поступает в контактные трубки 7, где проходит через винтовые лопасти 12 втулки 10, приобретая при этом большую скорость и вращательное движение За счет этого на выходе пара (газа) из втулок 10 около кольцевого зазора 11 возникают силы инжекции, которые совместного столбом жидкости в переливных патрубках 1t затягивают жид кость в- контактные трубки 7 и не даю паровому (газовому) потоку прорывать ся через отверстия 8. Под действием быстродвижущегося закрученного потока пара (газа), а также вследствие кольцевых зазоров 11, жидкость распределяется по стенкам контактных трубок 7 тонким слоем и увлекается паром (газом) вверх При этом происходит интенсивная турбулизация жидкостной пленки и пара (газа),а также интенсивный тепломассообмен между ними. Дойдя до отверстий 9 жидкость текущая по стенкам контактных трубок 7, выдавливается через отверстия 9 на трубные решетки 6. Жидкость, находящаяся в газовом потоке, вследствие отрыва и уноса капель с поверхности жидкостной пленки попадает на винтовые лопасти 12 и при помощи центробежных сил отбрасывается на стенки .контактных трубок 7- Другая часть жидкости, идущая по центру винтовых лопастей 12, при помощи выступов плохообтекаемой формй 13 отбрасывается на боковые кромки винтовых лопастей 72 и оттуда под действием центробежных сил поступает также на стенки контактных трубок 7, а затем через отверстия 9 на трубные решетки 6 и. по переливным патрубкам И стекает вниз к следующим отверстиям 8 и так далее, вступая в контакт с паром (газом) столько раз, сколько требуется по ходу процесса. Технико-экономические преимущества устройства состоят в следующем: наличие втулок в контактных трубках позволяет увеличить расходы по жидкой и паровой (газовой) фазам. Расход по жидкости увеличивается вследствие того, что паровой (газовый) поток на выходе из втулок имеет значительно большую скорость, чем в контактных трубках и поэтому около отверстий для ввода жидкости вознякают силы инжекции (разряжения), вследствие чего жидкость поступает в контактные трубки не тодько за счет разности давления, создаваемого столбом жидкости в переливных патрубках, и гидравлического сопротивления, но и за счет сил инжекции. . Увеличение расхода по паровой (газовой).фазе также связано с силами инжекции, так как с ростом скорости пара (газа) происходит увеличение сопротивления контактных трубок. Однако давление на жидкость в отверстиях для ввода жидкости, вызванное этим сопротивлением, компенсируется силами инжекции (разряжением), которое и не позволяет пару (газу) прорываться через отверстия для ввода жидкости. Увеличение расходов, по жидкой и газовой фазам позволяет увеличить производите.льность аппарата, уменьшить зго диаметр и металлоемкость, размеры производственных площадей. Улучшить обслуживание, монтаж и перевозку аппарата. Наличие отверстий с вогнутыми кромками для вывода жидкости из контактных трубок обуславливает безотрывное течение жидкости по отверстиям и позволяет силам поверхностного натяже-. ния полностью удалять жидкостную пленку через них, а вследствие этого существенно уменьшить унос с ни7жележащих ступеней аппарата на вышележащие. Кроме того, снижению уноса в аппа рате способствует кольцевой зазор втулок, а также применение винтовых лопастей с расположеннйми по и5с оси выступами плохообтекаемой формы. КольцёвсЗй зазор позволяет жидкости сфор} ироваться в виде кольцевой пленки и обеспечивает ввод жидкости в контактные трубки по ходу движения паро(газо)жидкостного потока, что устраняет явление разбрызгивания жидкости в месте ее ввода и, следовательно, снижает унос жидкости паро(газо)-жидкостным потоком Наличие.винтовых лопастей создает закрученное движение паро(газо)жидкостного потока, вследствие чего возникают центробежные силы, сбрасывающие жидкость, находящуюся в паровом (газовом) потоке на поверхность контактных трубок, унос при этом снижается. Наличие выступов плохообтекаемой формы позволяет сбрасывать жидкость с поверхности винтовых лопастей, которая попала туда из парового (газового) потока на контактные трубки, что также уменьшает унос. Применение винтовых лопастей, кро ме того, позволяет увеличить турбуляцию жидкостной пленки и пара (газа а вследствие этого повысить эффективность аппарата, что ведет к умен шению числа ступеней контакта фаз, улучшению чистоты и качества продукции. уменьшению высоты аппарата и ег металлоемкости. 46 Формула изобретения 1. Аппарат для контактирования пара (газа) с жидкостью, состоящий из корпуса, трубных решеток, делящих аппарат на секции, переливных патрубков и контактных трубок, проходящих через трубные решетки и имеющих отверстия для ввода и вывода жидкocти отличающийся тем, что,с целью уменьшения гидравлического сопротивления, он снабжен установленными в контактных трубках втулками с плавно сужающимися по ходу парового (газового) потока скругленными наружными боковыми стенками, расположенными На расстоянии от стенок контактных трубок против отверстий для вывода жидкости, и установленными во втулках винтовыми лопастями, нижние части которых перекрывают отверстия для вывода жидкости и которые выполнены с выступами, расположенными по вертикальной оси на их поверхности. 2.Аппарат по п. 1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что отношение радиуса скругления боковых стенок втулки к диаметру самого узкого сечения R/D равно 0,2. 3.Аппарат по п. 1, о -т л и ч а ющ и и с я тем, что выступы выполнены в форме плоского клина, направленного тупым концом по ходу парового (газового) потока. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе Т. Авторское свидетельство СССР № 71822 , кл. В 01 D 53/18, . Авторское свидетельство СССР № 65116, кл. В 01 D l/k2, Э.

-Ч