Массообменный аппарат

 

МАССООВМЕННЫЙ АППАРАТ ДЛЯ взаимодействия газа (пара) с жидкостью , содержащий корпус с патрубками для ввода и вывода фаз и расположенные в нем объемные распылители , установленные с возможностью вращения, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса за счет равномерного распределения факела из монодисперсных капель с непрерывно обновляющейся поверхностью и увеличения относительной скорости движения в результате соударения вращающихся газожидкостных потоков, распылители выполнены из капиллярно-пористого материала и установлены с возможностью вращения соседних распылителей в противоположных направлениях .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(50 В 01 D 3 30

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

4Р

©Ъ

Cb

Cb

Ю

CA (21 ) 3459791/23-26 (.22) 28.06.82 (46) 15 ° 01.84. Бюл. 9 2 (72) Ф.A. Мусташкин, В.Н. Сосков, Б.М. Азизов, Й.В. Шарнин, Г.Г. Богданов, К.Т. Ломакин, A ° À. Колесник, В.Ф. Колесов, О.В. Маминов и Н.А. Николаев (71) Казанский ордена Трудового

Красного Знамени химико-технологический институт им. С.М. Кирова (53) 66.015.23.05(088.8) (56) 1. Рамм В.М. Абсорбция газов, М., "Химия", 1976, с.. 532 °

2. Там же, с. 541.

3. Авторское свидетельство СССР

9 441736, кл. В 01 D 3/30, 1970.

„„SU„„,1 066625 A (54)(57) МАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ для взаимодействия газа (пара) с жидкостью, содержащий корпус с патрубками для ввода и вывода фаэ и расположенные в нем объемные распылители, установленные с воэможностью вращения, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса за счет равномерного распределения факела из монодисперсных капель с непрерывно обновляющейся поверхностью и увеличения относительной скорости движения в результате соударения вращающихся газожидкостных потоков, распылители выполнены иэ капиллярно-пористого материала и установлены с воэможностью вращения соседних распылителей в противоположных направле1066б25

Изобретение отйосится к устройствам общего назначения для осуществления массообменных процессов в системах газ (пар) — жидкость, н частности предназначено для массообменных аппаратов при проведении процес- 5 сов абсорбции газов, мокрой пылегаэоочистки, и может найти применение для проведения процессов охлаждения и увлажнения газов, в качестве теплообменников смешения. 10

Известен массообменный аппарат для нзаимодействия газа (пара) с жидкостью, представляющий собой полый распыливающий абсорбер, содержащий корпус с патрубками для подвода и отвода жидкости и газа, в котором расположены диспергирующие устрой-; стна для распыливания жидкости (абсорбента), выполненные в виде форсунок, причем форсунки могут быть расположены н одном или нескольких сечениях аппарата (1 3.

Недостатком известного аппарата является ненысокая эффективность работы, обусловленная перемешиванием газа, плохим и неравномерным заполнением объема аппарата факелом распыливаемой жидкости. Кроме того, используемые форсунки ненадежны в работе, факел распыла их неоднородный. Этим аппаратам присущи большие З0 энергозатраты на распыление жидкости, большой расход жидкости для увеличения колиЧества капель и, соответственно, поверхности контакта фаз малоэффективное улавливание частиц 35 пыли размером меньше 5 мкм (в случае аппарата для мокрой пыле- газоочистки), повышенная металлоемкость конструкции.

Известен также аппарат для взаи- 40 модействия газа (пара ) с жидкостью,, представляющий собой полый центробежный абсорбер с многодисковым центробежным разбрызгивателем, содержащий корпус с патрубками для подвода и отвода газа и жидкости, в котором располагаются диспергирующие устройства, состоящие из ряда расположенных друг под другом вращающихся дисков, окруженных по периметру отражательными кольцами (2) .

Известный аппарат характеризуется недостаточно высокой эффективностью работы, обусловленной плохим и неранномерным заполнением

55 объема аппарата факелом распыливаемой жидкости, который при этом получается крайне неоднородным, состоящим из брызг и струй, причем капли жидкости быстро насыщаются,(почти до 60 равновесного состояния ) газом. Для увеличения количества капель и, соответственно, поверхности контакта фаэ в аппарате приходится значительно увеличить расход жидкости (абсорбента ). Скорость капель жидкости н- ""=оне ее взаимодействия .с газом мала.

Известен массообменный аппарат, содержащий корпус с патрубками для подвода и отвода жидкости и газа и расположенные в нем объемные распылители, установленные с возможностью вращения (3 3.

Этот аппарат также характеризуется недостаточно нысокой эффективностью работы.

Диспергирование жидкости н противопоставленном аппарате осуществляется полыми вращающимися перфорированными цилиндрами, снабженными отражательными перегородками. Струи жидкости, вытекающие из отверстий в цилиндрах, попадают на отражательные перегородки, вращающиеся вместе с цилиндрами, и растекаются по ним, образуя жидкие пленки, дробящиеся в дальнейшем на капли. При этом образуется объемный факел распыла, характеризующийся неравномерным распределением плотности орошения ho поперечному сечению аппарата, так как центры дробления жидкости находятся на отоажательных пластинках, расположенных на опоеделенном расстоянии двчг от друга, причем зта неоавномевность будет увеличиваться с увеличением диаметра аппарата.

Распределение жидкостного факела по нысоте аппарата также будет неравномерным, поскольку давление жидкости в отверстиях распылителя при данном способе ее подачи в распылитель уменьшается по высоте распылителя, что приводит к уменьшению количества жидкости, вытекающей из верхних отверстий. Необходимо также учесть стекание.пленки жидкости по отражательньв перегородкам под действием силы тяжести, что приводит к неравномерному распределению пленки жидкости по высоте отражательных перегородок и усиливает неравномерность распределения плотности орошения по высоте аппарата. Механизм процесса распылинания вращающейся кромкой при малых скоростях вращения аналогичен каплеобразованию наклонной плоскостью в поле сил тяжести.По этому механизму однородные капли могут быть получены лишь при весьма малых расходах жидкости. При реальных расходах, имеющих место при работе аппарата, неизбежно образование капель-спутников, размеры которых значительно отклоняются от размеров основных капель.

Таким образом, при работе аппарата образуется полидисперсный факел распыливания жидкости, характеризуемый неравномерной плотностью распределения жидкости по высоте аппарата и цо его поперечному сечению, при этом часть жидкости н аппа1066625 рате находится не в виде капель, а в виде струй, вытекающих из отверстий и переходящих в пленки жидкости, движущейся по отражательным перегородкам.

Сформированная таким образом 5 жидкая фаза попадает в закрученный поток газа и увлекается им вверх.

При такой схеме взаимодействия капли быстро разгоняются до скорости газа и их относительная скорость 10 резко уменьшается. Кроме того, при однонаправленном движении фаэ наблюдается резкое уменьшение движущейся силы массопередачи и увеличение гидравлических потерь. 15

Целью изобретения является интенсификация процесса за счет равномерного распределения факела из монодисперсных капель с непрерывно обновляющейся поверхностью и увеличения относительной скорости движения в ререэультате соударения вращающихся газожидкостных потоков.

Указанная цель достигается тем, что в массообменном аппарате для взаимодействия газа (пара ) с жидкостью, содержащим корпус с патрубками для ввода и вывода фаз и расположенные в нем объемные распылители, установленные с возможностью вращения, последние выполнены из капил- 30 лярно-пористого материала и установлены с возможностью вращения соседних распылителей в противоположных направлениях.

Это позволяет значительно интен- 35 сифицировать процесс массообмена эа счет высокой и равномерно распределенной по объему аппарата плотности орошения и непрерывного обновления поверхности контакта фаз, достигае- 4О мого при соударении, дроблении, коалесценции капель вращающихся навстречу друг другу газожидкостных потоков.

На фиг. 1 изображен аппарат с ниж-45 ним расположением диспергирующих устройств, общий вид; на фиг. 2 разрез А-А на фиг.1 (направление вращения диспергирующих устройств показано стрелками ); на фиг. 3 аппарат с верхним расположением диспергирующих устройств, общий вид.

Аппарат (фиг. 1 и 2) содержит корпус 1 с патрубками 2-4 для тангенциального, осевого подвода и отвода газа, патрубок 5 для слива жидкости, полый вал 6, служащий для подвода жидкости и приведения во вращение диспергаторов. Внутри аппарата на полых валах 6 закреплены капиллярно-пористые диспергирующие элементы 60

7, выполненные. в виде полых тел вращения, снабженные перегородками 8 с отверстиями для прохода жидкости.

По периметру аппарата расположена периферийная зона массообмена а, в 65 центральной части аппарата — центральная зона массообмена 6, между смежными (соседними ) диспергирующими элементами расположены зоны обновления поверхнссти контакта

Фаз s (зоны соударения ).

Аппарат с верхним расположением диспергирующих устройств (фиг. 3) содержит корпус 1 с патрубками 2, 3, 4 для тангенциального, осевого подвода и отвода газа, патрубок 5 для слива жидкости. На верхней крышке аппарата неподвижно закреплены втулки 9, нижние торцы которых соединяются с неподвижными крышками 10. Через втулки 9 проходят валы 11, нижние торцы которых соединены с нижними крышками 12, на которых закреплены капиллярно-пористые диспергирующие элементы 13, выполненные в виде полых тел вращения, снабженные перегородками 14 с отверстиями для прохода жидкости.

Через верхнюю крышку аппарата и неподвижные крышки 10 к диспергирующим элементам 13 подведены трубки 15, служащие для подачи жидкости во внутренние полости диспергирующих элементов. Вращение диспергирующих элементов 13 осуществляется через валы

11 и производится для смежных иэ них в противоположные направления.

Неподвижная крышка 10 и верхний торец диспергирующего элемента 13 образуют между собой щель шириной .0,33 мм. Наличие такой щели позволяет аппарату работать с жидкостями, содержащими механические примеси.

Аппарат (фиг. 1 и 2} работает следующим образом.

Основную часть газа (пара ) подают в аппарат через патрубок 2 тангенциального подвода газа, где, закручиваясь о стенки двигателя по спирали от периферии аппарата к его центру, остальная часть газа (napa ) подается в аппарат через патрубок 3 осевого ввода в центральную зону массообмена о . .Жидкость подают во внутреннюю полости диспергирующих элементов 7 через вращающие их полые валы 6, причем вращение смежных диспергирующих элементов 7 осуществляется в противоположных направлениях. Под действием напора жидкости, разделительных перегородок 8 и центробежной силы жидкость равномерно распределяется по стен. 1М внутренней полости диспергирующих элементов 7.

Проходя через капилляры и поры жидкость, под действием центробежной силы распыливается со всей поверхности диспергирующих элементов 7, образуя тонкий монодисперсный распыл, обеспечивая высокоразвитую поверхность контакта фаэ и высокую плотность орошения по всему диаметру аппарата. Газ (пар ), двигаясь от

1066625

10 внутренней стенки аппарата к его центру, взаимодействует с жидкостью в периферийной зоне массообмена в результате чего капли жидкости бы".тро насыщаются почти до равновесного состояния. Часть жидкости,рас- 5 пыливаемой в центральную часть аппарата, взаимодействует в центральной зоне массообмена а с газом (паром ), подающимся из патрубка 3, где тоже быстро насыщается. Отражатель 16 препятствует "проскоку" газа, подаваемого из патрубка 3 в отводящий патрубок 4. Гаэ, поступающий из патрубка 3, ударяется об отражатель 16 и отбрасывается к стенкам аппарата.

Поскольку смежные диснергирующие элементы 7 возвращаются в противоположных направлениях, капли жидкости двигаются навстречу друг другу с большой скоростью и соударяются между собой в зонах соударения (обновления ) поверхности контакта фаз s . В результате чего поверхность капель жидкости, которая уже к моменту соударения успела насытиться газом, непрерывно обновляется эа счет коалесценции, соударения и дробления капель на более мелкие. Соударению подвергаются не менее 30% всей распыливаемой жидкости. Капли жидкости, долетающие до стенки аппарата и ударяясь об нее, образуют пленку жидкости, стекающую вниз. Часть жидкости, после удара ее о стенку аппарата,.отражается от нее, образуя вторичные мелкие капли с обновленной поверхностью. 35

Пленка жидкости на стенке и отраженные от нее капли также принимают участие в процессе масссообмена, повышая эффективность работы аппарата.

Проконтактировавший газ (пар ) ce- 40 парируется от жидкости за.счет свое го вращательного движения и выходит ,из аппарата по патрубку 4. Стенки аппарата, выполненные в верхней части в виде обратного конуса. Уменьшают45 скорость газа на выходе из аппарата, и. следовательно. Улучшают сепарацию газа от жидкости. Жидкость выводится иэ аппарата по патрубку 5.

Аппарат с верхним расположением диспергйрующих устройств (фиг. 3) работает аналогично. Приведение в аппарате четного количества диспергирующих элементов, выполненных из капиллярно-пористого материала в форме тела вращения и вращающихся в противоположных направлениях, позволяет значительно интенсифицировать процесс массообмена эа счет непрерывного обновления поверхности контакта фаэ, достигаемого при соударении вращающихся навстречу друг другу газожидкостных потоков. Кроме того, при указанном способе взаимодействия потоков обеспечивается высокое и равномерное распределение плотности орошения по диаметру аппарата. За счет перекрестного движения газа и жидкости, высокой и равномерной плотности орошения по диаметру аппарата обеспечивается более высокая скорость по газовой фазе.

Установка в предлагаемом аппарате тангенциального и осевого патрубков для подвода газов позволяет эффективно проводить процесс массообмена во всем объеме аппарата (в цент-. ральной и периферийной зонах массообмена). Изменяя скорость вращения диспергирующих устройств, можно изменять размер и скорость распыливаемых капель (так как диаметр капель при распыливании центробежными распылителями, определяется, в основном, окружной скоростью вращения диспергирующего элемента)и, тем самым,, управлять режимом работы аппарата (менять площадь поверхности массообмена, производить избирательную очистку газов ).

Применение предлагаемого массообменного аппарата для абсорбции газов позволит за счет соударения вращающихся навстречу друг другу факелов распыливаемой жидкости, получаемых при вращении в противоположные стороны капиллярно-пористых смежных диспергирующих устройств, и достигаемого при этом непрерывного обновления поверхности контакта фаз в большей части объема аппарата получить в одноступенчатом аппарате до нескольких теоретических ступеней контакта фаз. Кроме того, для проведения процесса мокрой пыле- газоочистки аппарат позволит (за счет высокоэффективного мелкодисперсного распыливания жидкости, высокой и равномерной плотности орошения во всем объеме аппарата непрерывного обновления поверхности капель ) высокоэффективно улавливать мелкодисперсные частицы пыли (диаметром менее 5 мкм) °

1066625 ,1 -А

Ф

ВНИИПИ Заказ 11085/8 Тираж 687 Подписное

В

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул..Проектная, 4