Тепломассообменный аппарат

 

ТЕПЛОМАССООБМЕННЫП АППАРАТ, содержащий корпус с патрубками для подвода газа и жидкости, выполненный с торцовой профилированной стенкой, снабженной размещенным в центре выхлопным патрубком, направляющий элемент и закручиватели, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности тепломассообмена за счет обеспечения перемешивания фаз и сепарации при контакте газа с вязкой жидкостью, нижняя торцовая стенка аппарата выполнена с входными отверстиями для жидкости, а выхлопной патрубок - со сливными прорезями.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (g у) ($1)$ В 01 11 3/30

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И (ПНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ=

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (54)(57) ТЕПЛОМАССООБМЕНННЙ АППАРАТ, 0 (21) 3434711/26 (22) 06. 05. 82 (46) 30.06.92. Бюл. Р 24 (71) Специальное конструкторское . бюро "Энергохиммаш" (72) М.А.Гольдштик, Ю,М.Петин, А.Р.Дорохов, Б,И,10дкин,, Н.П.Смирнов, А,Я.Азбель, К.Н.Олейникова и Л.В.Ломенкова (53) 66,015,23 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ь" 882050, кл. В 01 D 3/30, 1980, Изобретение относится к вихревым газожидкостным аппаратам и может быть использовано для проведения процессов в системах газ - вязкая жидкость в химической, фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности.

Известен тепломассообменный аппарат для системы газ - жидкость, включающий корпус с патрубками для подвода и отвода газа жидкости с торцовыми профилированными стенками, направляющий элемент и закручиватели .для закрутки газа, Через отверстия в направляющем элементе жидкость по касательной подается в рабочую (барботажную) зону аппарата, в которую одновременно по щелям (закручивателям) направляется газ под давлением. В результате происходит дробление жидкости и за счет энергии газового потока

2 содержащий корпус с патрубками для подвода газа и жидкости, выполненный с торцовой профилированной стенкой, снабженной размещенным в центре выхлопным `атрубком, направляющий элемент и закручиватели, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повы" шения эффективности тепломассообмена за счет обеспечения перемешивания фаз и сепарации при контакте газа с вяз" кой жидкостью, нижняя торцовая стенка аппарата выполнена с входными отверстиями для жидкости, а выхлопной патрубок - со сливными прорезями.

I образуется тонкое вращающееся газожидкостное кольцо, в котором происходит взаимодействие газа и жидкости, Мелкодисперсная газожидкостная смесь движется вверх по спирали к сливным отверстиям, находящимся в рабочей зоне в верхней профилированной стенке, а газ удаляется через выхлопной патрубок.

Недостатком данного аппарата является то, что он работает эффективно только при контактировании газа с маловязкой жидкостью. При контакте газа с вязкой жидкостью в тонком вращающемся кольце происходит недостаточное перемешивание фаз, поэтому снижается эффективность тепломассообменных процессов..

Высокая вязкость жидкости способствует образованию тонких стойких пленок жидкости вокруг пузырьков газа.

0- Д рубок 4 снабжен кольцевым карманом

14 с патрубком 15 для слива жидкости иэ аппарата. Кольцевой карман 14 снабжен рециркуляционной трубкой

16 для отвода газа из кармана в

Зону разряжения.

Аппарат. работает следующим об" разом.

Газ подается через патрубок 2 в кольцевое пространство 11. Выходя из кольцевого пространства 11 газовый поток с равномерной скоростью через тангенциальные щели 10 на" правляющего элемента 9 поступает в рабочую зону аппарата, Встречая на своем пути жидкость, залитую в аппарат, газовый поток закручивает ее„ разбиваясь на множество отдельных пузырей, Жидкость подается снизу через патрубок 8 и равномерно поступает в рабочую зону через входные отверстия 6, выполненные в нижней торцовой стенке 5, Благодаря такой подаче жидкость равномерно про" ниэывает снизу всю толщину вращающегося слоя, а вращательное движение газового потока обеспечивает подвод газа по периметру, Таким образом, образуется перекрестный ток, эа счет которого формируется сильно турбулизованный гаэожидкостный пенный слой в виде быстродвижущихся пленок и струй жидкости, тесно перемешанных с пузырями газа, и обеспечивается большая удельная поверхность контакта фаз. Газожидкостная смесь. центробежными силами отбрасывается от центра к периферии, При этом по оси аппарата в виде воронки образу" ется зона разряжения. После контактирования газа с жидкостЬю газожидкостная смесь, вращаясь, двинется вверх по профилированной стенке к выхлопному патрубку, затем относительно тонким слоем поднимается по внутренней поверхности до сливных прорезей 12;

Минимальное расстояние до прорезей в патрубке зависит от вязкости и расхода жидкости и диаметра патрубка и определяется по формуле

6>)Оа

0 " "- " Ф . 1-з, 1г вязкость жидкОсти, расход жидкости; радиус. патрубка: т Vcp, 105811

Образуется мелкопузырьковая структура слоя, т,е. жидкость насыщается мельчайшими газовыми пузырЬками, удаление которых может быт.ь осуществлено в ре" зультате использования более эффективных методов разделения фаз после их взаимодействия или применения отстойников, имеющих достаточно большой объем. t0

Целью изобретения является повышение эффективности тепломассообмена за счет обеспечения перемешивания фаз и с"..п-арации при контакте газа с

BRsK0k жидкостью, 15

Эта цел; достигается тем, что нижняя торцовая стенка аппарата выполнена с входными Отверстиями для жидкости. а выхлопной патрубок " со слив,!й. Си прорезями. 20

Такая «онструкция аппарата дает возможность увеличить рабочую зону аппарата,, осуществить равномерный а подвод жидкости снизу по всей зоне, за счет:iего интенсифицируются про" цеесы перемешивания и тепломассообмена, и создать на внутренней поверхности выхлопного патрубка относительно тонки1 газожидкостный слой, облегчающий .отвод газовых пузырей, 30 тек как под действием центробежных сил жидкость прижимается к стенке, а газовые пузыри как более легкие всплывают из пленки и удаляются, На фиг.1 изображен тепломассооб" меиный аппарат, продольный разрез1 на фиг,2 - разре" А-А на фиг,l, Аппарат состоит иэ корпуса 1 с патрубком 2 для подачи газа, Верх" ияя профилированная стенка 3 сиабже- 4О на расположенный в центре выхлопным патрубком 4, который плавно соединен с ней, нижняя плоская стенка 5 выполнена с отверстиями 6 для равно" мерной подачи жидкости в рабочую зону аппарата, K нижней стенке 5 прикреплен поддон 7 с патрубком 8 для подвода жидкости в аппарат, Внутри корпуса I установлен направляющий элемент 9 с тангенциаль" $0 ными щелями 10, Между корпусом l u направляющим элементом 9 образуется кольцевое пространство 11.

В выхлопном патрубке по ходу движения газа по всему периметру имеют" ся продольные прорези 12, предназначенные для слива жидкости, а над ниии в па ppG«e 4 установлен каплеотбойник 13, Снаружи выхлопной патРасположение сливных прорезей в выхлопном патрубке, который плавно соединен с верхней профилированной стенкой, позволяет создать на внутренней поверхности выхлопного патрубка относительно тонкий слой жид50

5 105811

r - расстояние от оси до поверх- ности пленки;

Чц - скорость;

d - диаметр пузырька.

В

После контакта. газ начинает отделяться на воронкообразной поверх" ности газожидкостного слоя, а окончательное разделение фаэ происходит в выхлопном патрубке, где газовые пузырьки под действием архимедовой силы отделяется из тонкой пленки. жидкость, отделившись от газовых пузырей, сливается в:-..ольцевой карман

14 и затем Отводится через патрубок 15

15, а газ проходит через каплеотбойник 13, где отделяются частицы жид" кости, и выводится из аппарата.

Газ, попавший с жидкостью через прорези в кольцевой карман !4, отво- 20 дится через рециркуляционную трубку

16, конец которой введен в зону разряжения аппарата, Предлагаемый аппарат имеет преимущества по сравнению с прототипом, так 25 как в нем имеются условия для высокоэффективной работы при контакте газа и вязкой жидкости.

В данном аппарате формирование газожидкостного слоя протекает в 0 большем объеме при двойном перекрестном токе, так как жидкость подается снизу через входные отверстия и нижней торцовой стенке и равномерно поступает во весь вращающийся динамичес- 35 кий слой, а газ диспергирует через слой от периферии к центру, За счет этого интенсифицируется процесс перемешивания фаз, получаются. более развитая поверхность кон- 40 такта фаэ и быстрое ее обновление, что особенно важно в системах газвязкая жидкость. Поэтому процессы тепломассообмена протекают эффективно, 45

0 6 кости, где эффективно происходит сепарация газовых пузырей, Причем важно, чтобы высота до прорезей была такова, чтобы произошла полная дегазация газовых пузырей, Предложенное соотношение позволяет определить минимальное расстояние до сливных прорезей в выхлопном патрубке °

Как показали расчеты и подтверждено опытами, для маловязкой жидкости как вода высота в 1-2 мм до прорезей достаточна для полной дегаэации, для машинного масла - 200 мм, а для / смеси химических веществ с вязкостью

500 10 6мз/с - 400 мм. При примене" нии данного аппарата отпадает необходимость ставить дополнительно отстойники, что требуется в аппаратах других конструкций. Предлагаемый ап" парат удобен в эксплуатации, компактен и имеет хорошие тепломассообменwe характеристики.

Проведенные эксперименты в СКБ

"Энергохиммаш" и на КН110 "Карболит" показали высокую эффективность аппарата при проведении процессов между газом и вязкой жидкостью. Опытный образец аппарата был использован как химический реактор для проведения одного из процессов окислительной поликонденсации — 2,6 ксиленола при получении полифениленоксида, а именно абсорбции кислорода из газовой смеси. видная вязкая Фаза состояла из смеси химических веществ.

Проведенные исследования показали, что аппарат может успешно применяться для процессов между газом и вязкой жидкостью. В нем эффективно протекает процесс тепломассообмена и, что особенно важно, происходит хорошее разделение фаз после их взаимодействия, Предложенный аппарат может быть использован на линии получения полифениленоксида. При этом он заменит громоздкий реактор и отстойник, а главное даст возможность обеспечить непрерывность работы всей технологи" ческой линии с механизацией и автоматизацией процесса.

1058110 редактор О,Филиппова Техред с

Корректор M. Максимишинец

Заказ 2814 Т.ираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по иэобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Чроиэводственно-иэдательский комбинат Патент", r.Óæãîðîä, ул. Гагарина,101