Ротационный массообменный аппарат

 

1. РОТАЦИОННЫЙ МАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ, содержащий корпус с валом внутри него, питатель жидкости, установленный по центру аппарата, контактную ступень, состоящую из неподвюкной прикрепленной к корпусу и подвижной установленной на вапу тарелок с кониектрическн расположешшксв на нгас в чередующейся {юследоватепьвостн попыми цилиндрами, отличающийся тем, что, с цепью интенсификации процеоса массообмена за счет увеличения плотности орошения и тонкости распыла, умень шения размеров аппарата, цилиндры, прикрепленные к подвижной тарелке, выполнены из капиллярно-пористого материала, а цилиндры, прикрепленные к неподвижной тарелке, выполнены непроницаемыми, при 8ТОМ расстояние между каждой последующей парой подвижных и неподвижных цилиндров уменьшается. 2.Аппарат по п. 1, отличающий с я тем, что пористость цилиндров уменьщается от центра к периферии. 3.Аппарат поп. l,oтличaющ и и с я тем, что питатель жидкости выполнен в виде пористого вращающегося распылителя. сл о сд 4

СОЮЗ СО8ЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

yeso В 01 2 3/30 г

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21 ) 3479439/23-26 (22 ) 1 0.08.82 (46 ) 30.1 1 .83. Бюп. No 44 (72) Ф.А.Мусташкин, И.В.Шарнин, А.А. Колесник, P. X.М убаракшин, О.В.Маминов и Н.А. Николаев (71) Казанский ордена Трудового Красного Знамени химико-технологический институт нм. С.М.Кирова (53) 66.015.23.05 (088.8) (56) 1. Авторское свидетепьство СССР

No 806051, кп. В 01 )) 3/30, 1981.

2. Авторское свидетецьство СССР

N 296958, кп. В 01 2 3/30, 1969.

3. Авторское свидетепьство СССР по заявке % 2953492/23-26, кп. В 01 9 3/30, 1980.

4. Рамм В.П. Абсорбция газов. М., Химия", 1976, с. 546. (54)(57) 1. POTAUMOHHbIA МАССООБМЕННЫИ АППАРАТ, содержащий корпус с вапом внутри него, пнтатепь жидкости, установпенный по центру аппарата, кон„,QQ„„1057054 А тактную ступень, состоящую из непоцвижной прикреппенной к корпусу и поцвижной установпенной на вану тарепок с концентрически распопоженными на них в черецующейся поспецоватепьности попыми ципинцрами, о т п и ч а ю шийся тем, что, с цепью интенсификации процесса массообмена за счет увепичения ппотности орошения и тонкости распыпа, умень» щения размеров аппарата, ципинцры, прикрепленные к подвижной тарепке, выпопнены из капиппярно-пористого матернапа, а ципиндры, прикрепленные к непоцвижной тарепке, выпопнены непроницаемыми, при этом расстояние между каждой поспедующей парой подвижных и неподвижных Я ципннцров уменьшается.

2. Аппарат по п. 1, о т и и ч а юшийся тем, что пористость ципинцров уменьшается от центра к периферии.

3. Аппарат по и. 1, о т п и ч а ю— шийся тем, что питатепь жидкости выпопнен в виде пористого вращающегося аа: распыпитепя. CO ливается жидкость, увеличивается и рабочий объем, заключенный между кажцой последующей парой колец, в то же время расход жидкости по сечению аппарата остается постоянным.

Известен ротационный массообменный аппарат, контактные ступени которого установлены горизонтально и выполнены из капиллярно-пористого материала 3 .

Недостаток известного устройствамалая движущая сила процесса, за счет чего снижается распрецелительная способность аппарата.

Известен также .ротационный массообменный аппарат, содержащий корпус с валом внутри него, питатель жидКости, контактную ступень, состоящую иэ неподвижной и подвижной тарелок с прикреппенными к ним в чередующейся послецовательности цилинцрами 14 $

4ф

Нецостатками известного аппарата являются невысокая эффективность каждой ступени s отцельности, сложность конструкции, нерациональное использование рабочего пространства аппарата.

Указанные нецостатки обусловлены слабо развитой поверхностью контакта фаэ: пленочный режим течения жидкости на подвижных кольцах, узкий полицисперсный факел распыла жидкости с кромок подвижных колец, не заполняющий всего рабочего пространства межцу кольцами, уменьшение плотности орошения между каждой послецующей парой колец.

Бель изобретения - интенсификация процесса массообмена за счет увеличения плотности орошения и тонкости распыла, уменьшения размеров аппарата.

Указанная цель достигается тем, что в ротационном массообменном аппарате, соцержашем корпус с валом внутри него, питатель жидкости, установленный по центру аппарата, контактную ступень, состоящую нз неподвижной, прикрепленной к корпусу и подвижной установленной на валу тарелок с концентрически расположенными на них в черецующейся послецовательности полыми цилинцрами, . цилиицры, прикрепленные к поцвижной тарелке, выполнены из капиллярно-пористого материала, а цилинцры, прикрепленные к непоцвижной тарелке, выполнены непроницаемыми, при этом расстояние межцу каждой последующей парой подвижных и непоцвижных цилинцров уменьшается.

При этом пористость кольцевых перегородок уменьшается от центра к периферии.

1 1057084 2

Изобретение относится к устройствам общего назначения цля осуществления процессов массообмена в системе газжицкость, в частности цля провецения абсорбционных процессов, и может найти применение цля провецения процессов охлаждения и увлажнения газов в качест ве теплообменников смешения.

Известен ротационный массообменный аппарат с пленочным режимом взаиьюцей- ® ствия газа (пара) и жидкости 1 .

Нецостатками таких аппаратов являются невысокая эффективность каждой сту ! пени в отцельности, сложность конструкции и большие размеры аппцрата. Указан- 15 ные недостатки обусловлены тем, что поверхность контакта между газом и жицкостью ограничивается пленкой жицкости, ° образуемой на поверхности подвижных и неподвижных элементов: аппарата, а такжер узким полицисперсным факелом распыливаемой жидкости, образуемым при истечении ее поц действием центробежный сил с кромок вращающихся элементов. Созцание более развитой поверхности контакта фаэ 25 эа счет цополнительных ступеней, а также эа счет различных рассекателей и лопастей влечет за собой усложнение конструкции и увеличение размеров аппарата.

Известен также вертикальный ротацион-зо ный аппарат, который включает установленные одна нац другой контактные ступени, каждая иэ которых снабжена вращающимися контактным и разбрызгивающими устройствами.

Раэбрыэгивающее устройство, закрепленное при помощи втулок и спиц на валу,. включает конуо-питатель и концентричес« кие пэрфорированИые кольца, расположенные на поверхности контактных лопастей 4, и образующие осевой многопопастной вентилятор 2 $

Недостатками известного аппарата яв ляются сравнительно невысокая эффективность каждой ступени, сложность конструкции и нерациональное использование всего рабочего пространства аппарата.

Указанные недостатки обусловлены тем, что истечение жидкости из отверстий и с кромок перфорированных колец характеризуется капельно-струйным режи50 мом, т.е. образуемый факел распыла является неравномерным и полицисперсным; что отрицательно влияет не массообмен.

К тому же плотность орошения жицкостью рабочего пространства между каждой последующей парой колец уменьшается, так как на каждом послецующем коnbse увеличивается площаль, с которой распы.

3 1057

Кроме того, питатель жидкости выполнен в виде пористого вращающегося распы лителя.

На фиг. 1 представлен аппарат в противоточном варна нте движения жидкости и газа, общий вид в разрезе; на фиг. 25 то же, в варианте прямоточного движе« ния жидкости и газа.

Аппарат состоит иэ корпуса 1 с тан генциальными патрубками для подвода 2

f0 и отвода 3 газа, со спивной трубой 4, полого вала 5, .на котором укреплен по ристый диспергатор 6. К коопусу прикреппены неподвижные тарелки 7 с концент-! .рически расположенными на них полыми

15 цилиндрами 8. К валу 5 прикреплена подвижная тарелка 9, на которой концентрически расположены подложки 10 на которых в свою очередь расположены цилиндры 11, выполненные из капиллярно-порис20 того материала, кажцый из которых снабжен кольцами 12. По центру аппарата на неподвижной тарелке 7 укреплен лопастной эавихритель 1 3. Аппарат с противоточным движением жидкости и газа работает следующим об« разом. л .Жидкость через полый вал 5 подается в установленный на нем питатель, выполненный в виде пористого вращающегося

30 распылителя. Под действием центробежной силы жидкость, пройдя через поры распылителя, раэбрызгивается с его поверхности, образуя при этом моноцисперсный факел распылнваемой жидкости.

Этот факел заполняет весь рабочий объем З5 первой, считая от центра, микроступени .контактирования газа с жидкостью, которая ограничивается поверхностью распылителя и внутренней поверхностью мень шего из неподвижных цилиндров 8. За счет сообщенной при выходе иэ распыль т ля кинетической энергии капли цостигают внутренней поверхности меньшего иэ непоцвижных цилиндров и в виде пленки стекают на подвижную тарелку 9. Затем под действием центробежной силы жидкость в виде пленки. растекается по внутренней поверхности подложки 10 и вращающегося цилиндра 11. Установленное на нем кольцо 12 препятствует распыли- 50 ванию жидкости с кромки вращающегося цилинара.

Прохоая через поры вращающегося цилиндра, жицкость распыляется с его наружной поверхности, образуя при этом 55 монодисперсный факел pacm»ливаемой жидкости с обновленной поверхностью жицкой фазы, причем факел заполняет

054 4 весь рабочий объем второй контактной микроступени. Необхоаимо отметить, что высота каждой подложки 10 равна зазору между подвижной тарелкой 9 и торцом внутреннего неподвижного цилиндра 8.

Это позволяет улучшить распреаеление жидкости но поверхности цилиндров 11 и в некоторой степени увеличивает время пребывания жидкости в аппарате. Долетая до неподвижного цилинара 8 капли стекают с его поверхности и поц действием це центробежной силы подаются на следую.щий вращающийся цилинцр 11 и т.д. Площадь, с которой жидкость распыляется на каждом последующем цилиндре, увеличивается. Увеличивается и окружная скорость на поверхности цилинцров, соот- . ветственно резко возрастает разность ца давлений на внешней и на внутренней поверхностях вращающихся цилинаров. В связи с этим жидкость на периферийных цилинцрах распыляется с нижней части и факел не заполняет всего рабочего про« странства. Во избежание этого пористость каждого последующего вращающегося цилиндра должна быть меньше пористости каждого предыдущего.

Мелкопористый цилинцр имеет большее гидравлическое сопротивление и поэтому пленка жидкости растекается по всей его внутренней поверхности. Кроме того, уменьшение пористости каждого поспецу ющего цилиндра вместе с увеличением окружной скорости способствует более тонкому расцылу жидкости, соответственно и более интенсивному обновлению по верхности контакта фаз, что s свою очередь значительно интенсифицирует массообмен. М ногократно проконтактировавшая жицкость вывоцится иэ аппарата через спивную трубу 4, высота которой выбира ется с условием обеспечения гицрозатвора. Гаэ через тангенциальный патрубок 2, закрутка которого направлена в сторону, противоположную вращению поцвижной тарелки, поцается в периферийную зону массосбмена и вступает в контакт с жиакостью в пространстве межцу последней парой больших по аиаметру подвижных и неподвижных цилиндроЬ. Двигаясь к центру аппарата, газ каждый раз вступает в контакт с новой порцией распыленной жицкости.

Аппарат выполняют таким образом, что все рабочие объемы каждой микроступени контактирования, заключенные межцу вращающимся и большим непоцвижным цилиндрами, равны. Для этого каждый последующий радиус вращающегося цнлинцра больше радиуса первого в

S 1057

rae и - поряцковый номер вращающегося ципинцра например 2= 2 Р„; э =

= Л R и т.д.). Радиус первого непоцвижного ципинцра и соответственно зазор

И между первым подвижным и первым неподвижным ципиндрами выбирается исходя иэ конструктивных соображе ний.

Радиус поспедующих непоцвижных ципиндров опредепяют исходя иэ усповия равенства ппощади сечения зазоров, .обраэуеМЫХ ПОДВИЖНЫМИ И НЕПОДВИЖНЫМИ ЦИПИНЦ

paMs no формупе гл =

1 1

Это обеспечивает равномерную на кажцой контактной- микроступени скорость цвижения газа в . аппарате и равную ппотность орошения жидкостью каждой микроступени.

Необходцмо отметить, что зазор между кромками подвижных ципинцров и неподвижной тарепкой, как и зазор между кромками неподвижных цилиндров и подвижной тарепкой равен зазору между каждой парой меньших по диаметру пипиндров. Многократно проконтактировавший газ выводится иэ аппарата через тангенциапьный патрубок З, пройдя предваритепьно через попастной эавихритепь 13, который спу1 жит дпя сепарации капепь из газового потока

Аппарат цпя прямоточного движения жидкости и газа работает спедующим образом.

Газ через патрубок 2 подается в центр аппарата и движется к периферии, взаимо» действуя на кажцой контактной микроступени. с распыпяемой жидкостью, поверхность которой интенсивно обновпяется..

Процесс течения и распыпения жидкости, не отпичается от описанного в спучае работы аппарата в противоточном режиме.

С цепью пучшей сепарации капепь жицкости, поспедний от центра неподвижный

084 Ь цилиндр имеет рациус, бопьший нежепи радиус, опредепенный по формупе гр =

2 (12 (n-1)R +(A п 12, гце п - зазор

1 между первой or центра парой подвижного и неподвижного ципиндров; Р„- радиус первого от центра подвижного ципиндра.

Это позвопит уменьшить скорость газа на последней контактной микроступени.

Каппи жицкости, долетев эа счет бопьшей кинетической энергии до поспецнего непоцвижного ципиндра, стекают с него в вице ппенки и попадают в спивную трубку 4, высота которой подбирается с условием обеспечения гицроэатвора.

Преимущество предпатщемого аппарата закпючается в том, что он состоит иэ ряда вертикапьных соосных ципиндров, оцин из которых вращается, а второй неподвижен. М аксимапьная эффективность данного аппарата достигается при зазоре

l,09 мм с внутренним ципиндром циамет ром 74,4 мм и скоростью вращения

4000 об/мин и пишь при очень мапых на грузках по пару и жидкости.

Увепичение циаметра колонны с цепью повышения ее произвоцитепьности пепессобразно пишь до опрецепенного предепа, так как при сохранении постоянного зазора это означает одновременно снижение попеэного сечения копонны. При увеличении диаметра ротора с 10cM цо 1 м I при зазоре 5мм допя свобоцного сечения уменьшается с 18,4 цо 1,8%. Установка на роторе пипиндров из капилиярно-пористого материапа поэвопяет увепичить зазор между копьцами и эначитепьно увепичить расход по жидкости и газу.

Внецрение изобретения даст существенный акономический аффект путем интенсификации процесса массообмена и. уменьшения размеров предпагаемых массообменных аппаратов.

1087054

Составитепь А. Сондор

Редактор A. Мотыль Текред С.Мигунова Корректор М. Демчик

Заказ 9432/7 Тираж 688 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по депам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раупкжая наб., д, 4/5

Фипиап ППП Патент, r. Ужгород, уп. Проектная, 4