Массообменный аппарат

 

1. МАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ, содержащий корпус,разделенный по высоте на секции поризонтсшьными перегородками с переливньпии трубками, выполненными с отверстиями в нижних частях, и размещенными на каждой перегородке соосно трубкам контактными элементами в виде патрубков с эавихрителями , с укрепленными на патрубках сепарационными элементами, о тличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса массообмена за счет увеличения скорости газового потока и улучшения сепарации фаз, сепарационные элементы выполнены в виде усеченной сверху и снизу сферы с отверстиями внизу и прикреплены нижними торцамк к верхним кромкам патрубков, выступающих - внутрь усеченной сферы с образоваО нием гидрозатворных карманов.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

3(59 В 01 D .3/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPGH(NVIV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (21) 3493102/23-26 (22) 27.09.82 (46) 23.11.84. Бюл. Р 43 (72) В.Г.Правдин, И.A.Âoëêoâ, Н.Н.Курникова и Ь.Д.Панаев (53) 66.015.23 (088.8) (56) 1.Авторское свидетельство СССР

В 210085, кл. В 01 D 3/26, 1966.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 230077, кл. В 01 D 3/26, 1967.

3. Авторское свидетельство СССР

9 207209, кл. В 01 D 3/26, 1966..

4. Авторское свидетельство СССР

9 449988000099,, кклл. В 01 D 3/26, 1971, 5. Авторское свидетельство СССР

Р 790403, кл. В 01 D 11/04, 1974.

6. Авторское свидетельство СССР

М 604563, кл. В 01 D 3/26, 1976.

„.SUÄÄ 1 49 А (54)(57) 1. МАССООБМЕННЫй АППАРАТ, содержащий корпус, разделенный по высоте на секции горизонтальными перегородками с переливными трубками, выполненными с отверстиями в нижних частях, и размещенными на каждой перегородке соосно трубкам контактными элементами в виде .патрубков с завихрителями, с укрепленными на патрубках сепарационными элементами, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью интенсификации процесса массообмена эа счет увеличения скорости газового потока и улучшения сепарации фаз, сепарационные элементы выполнены в виде усеченной сверху и снизу сферы с отверстиями внизу и Е прикреплены нижними торцами к верхним кромкам патрубков, выступающих внутрь усеченной сферы с обраэовад нием гидроэатворных карманов.

1124991

2. Аппарат по п. 1, о.т л ич а ю шийся тем, что, с целью расширения пределов йагрузки по жид кой фазе, нижние концы переливных

Изобретение относится к конструкциям масообменных аппаратов и может быть использовано в процессах массо обмена для систем гаэ — жидкость.

Известно прямоточное контактное устройство для взаимодействия пара (газа) с жидкостью, состоящее иэ горизонтальной тарелки с паровыми патрубками и контактных трубок, установленных с зазором над паровыми .патрубками. Над контактными трубками установлены друг над другом усеченные конусы, внутри которых помещена винтовая лопасть (завихритель) $1) .

Недостатком этого устройства является то, что зазор между паровыми патрубками и контактными трубками лимитирует нагрузки по жидкой фазе.

A при значительных скоростях газа наблюдается большой унос жидкости, т.е. недостаточная сепарация фаз из-за пересечения газовых и жидкост» ных потоков

Известен масаообменный аппарат с внешними переточными трубами, состоящий из отдельных царг. Каждая царга снабжена двумя трубными плитами, через которые проходят трубчатые контактные элементы. Они расположены соосно с определенным осевым зазором по всей высоте аппарата. Каждый контактный элемент . содержит эавихритель и распылитель жидкости. Распылители для жидкости установлены перед завихрителями, а концы трубчатых соосных контактных элементов соединены между собой посредством коаксиально расположенного с ними сепарационного патрубка )2j .

Недостатками этого аппарата являются высокое гидравлическое сопротивление (во внешних переточных трубах) и ограниченная диаметром переточных труб скорость подачи жидкости. В случае подачи жидкости со скоростью больше номинальной через определенное время произойдет захлебывание аппарата.

Известен массообменный аппарат, состоящий из корпуса, контактных трубчатых элементов, снабженных винтовыми насадками. Внутри нижнего конца каждого из контактных элементрубок расположены под завихрителями и снабжены запорными клапанами, прикрепленными к поплавкам. тов соосно помещен гидрозатворный стакан с расположенной в центре него ,переточной трубкой, на которой укреплена насадка. Аппарат разделен

5 горизонтальными перегородками на .секции f3) .

Основным недостатком данного аппарата является низкая эффективность сепарации фаз, поскольку практичес10 ки вся жидкость, которая переливается из стакана на завихритель,,подхватывается газовым потоком, контактирует с ним в завихрителе и на внутренних стенках патрубка, сформировавшись в пленку,а затем выбрасывается в сепарацнонное пространство. Однако конструкция устройства не позволяет избежать перекрестных токов, в которых капельки жидкости под действием центробежных сНп пересекают восходящие из соседних пат рубков газовые потоки. Известно, что для организации восходящего пленочного течения скорость газа должна быть не менее 7 м/сек (система вода — воздух) и несколько меньше для жидкостей, плотность которых меньше 1000 кг/м . Поэтому для эффективной работы аппарата необходим строго лимитированный и очень узкий

ЗО диапазон скоростей: при скоростях газа 7 м/сек и более уносится практически вся жидкость, так как стечь ей практически невозможно: аппарат может выполнять . функции только пря35 моточного абсорбера, при скоростях газа менее 7 м/сек возможен барботажный или пульсирующий режимы в трубках, пленка не формируется, но часть жидкости стекает на нижележа40 щи тарелку, аппарат может выполнять функции противоточного абсорбера, ректификационной колонны, десорберь, но с,низким коэффициентом массообмена.

45 - Известен массообменный аппарат, содержащий тарелки, на которых жестко закреплены контактные патрубки с отбойными устройствами в верхней части и завихрнтелями, в котором

5п узел подвода жидкости и контактные патрубки выполнены в виде ц-образной трубки, один конец которой закреплен в полотне вьпаеле65 жащей таРелки, а второй конец рас1124991 положен по центру контактного патрубка над завихрителем, заглушен сверху и снабжен боковыми отверстиями g4) .

Недостатком аппарата является узкий диапазон скоростей газовых по.токов, строгая ограниченность расхода по жидкой Фазе, лимитированная диаметрами отверстий Ц -образных трубок, а также сложность конструкции и практическая невозможность сборки, если не устанавливать каждую тарелку между фланцами. Кроме того, сепаратор-отбойник существенно повышает гидравлическое сопротивление контактно-сепарирующего узла, поскольку он перекрывает выходное отверстие патрубка в зоне максимальных расходных и центробежных скоростей газового потока.

Известен тепломассообменный ап. парат,содержащий корпус, на тарелках которого установлены контактные элементы, состоящие иэ сферической верхней части и закручивающей поток лопастной нижней части, причем дно нижней части соединено циркуляционной трубкой с верхней частью в месте ее наибольшего диаметра. Переток жидкой фазы с верхних тарелок на нижние осуществляется по трубкам, опущенным до основания нижней части через радиальные отверстия )5) .

Недостатками этого устройства являются узкий диапазон скоростей газовых потоков, ограниченность расхода по жидкой фазе, а также сложность конструкции: практическая невозможность изготовления вихревого элемента нижней части контактного устройства) "и монтажа колонны без фланцев для каждой тарелки.

Известен масообменный аппарат, содержащий корпус, разделенный по высоте на секции горизонтальными перегородками с переливными трубками, выполненными с отверстиями в нижних частях, и размещенными на каждой перегородке соосно трубкам контактными элементами в виде патрубков с завихрителями, с укрепленными на патрубках сепарационными элементами f6) . Однако в известном аппарате незначительна эффективность эа счет ухудшения условий сепарации фаэ и узкий диапазон скоростей газового потока.

Цель изобретения — интенсификация процесса массообмена за счет увеличечия скорости газового потока и улучшения сепарации фаз и расширение пределов нагрузки по жидкой фазе.

Поставленная цель достигается тем, что в аппарате, содержащем корпус, разделенный по высоте на секции горизонтальными перегородками с переливныии трубками, выполненными с отвер"тиямк в нижних частях и

В предлагаемом аппарате жидкость продолжает сепарироваться, проходя через верхний край патрубков 3 и попадая в пространство между верхним концом патрубка 3 к корпусом сепаратора 6. Капельки (струи) жндкос-,,размещенными на каждой перегородке соосно трубкам контактными элементами в виде патрубков с завихрителями с укрепленными на патрубках сепарационными элементами, последние выполнены в виде усеченной сверху и снизу сферы с отверстиями внизу и прикреплены нижними торцами к верхним кромкам патрубков, выступающих внутрь усеченной сферы с образованием гидроэатворных карманов.

Нижние концы переливных трубок расположены под эавихрителями и снабжены запорными клапанами, при15 крепленными к поплавкам.

На фиг.1 изображен аппарат, продольный разрез, на фиг.2 — переливная трубка.

Аппарат состоит из корпуса 1 с установленными по высоте тарелками 1, в которых расположены контактные патрубки 3 с завихрителями 4 и переливными трубками 5. На контактных патрубках 3 установлены полусферические сепараторы 6 с отверстиями 7 таким образом, что верхняя часть патрубков является каплеотбойником, а диаметр верхнего торца полусферы равен или больше наружного диаметра патрубка 3. На нижних концах переливных трубок имеются радиальные сливные отверстия 8, Чтобы расширить пределы нагрузки по жидкой фазе, в переливных трубках смонтированы клапаны 9, прикрепленные тросиками (стержнями) 10 к поплавкам 11. Нижние отверстия переливных трубок служат седлом 12 клапана.

Аппарат работает следующим об40 разом, Газ и жидкость поступают на тарелку 2 противотоком. Гаэ — снизу, жидкость — сверху. При выходе из радиальных сливных отверстий 8 переливных трубок 5 часть жидкости увлекается газом. Газо-жидкостная смесь поступает в завихритель 4, контактирует в зоне закручивания н в сформировавшейся выше пленке. Сепарация начинается на выходе иэ эавихрктеля так как жидкость отбрасывается на стенки патрубка центробежными силами. Но те же. силы на выходе кэ цилиндрических патрубков без сепаратора перебрасывают капельки жидкости от одного к другому. Эти, капельки подхватывает газовый поток и сепарация оказывается неэффективной.

1124991 ти центробежными силами отбрасываются на стенки сепаратора. Вращательное движение быстро затухает, поскольку нет воздействия газового потока, который выходит из патрубка 3, практически:не соприкасаясь с верхним торцом полусферы. Жидкость опускается вниз и стекает из отверстий 7 на тарелку, не пересекаясь с газовыми струями. Вверх по сфере жидкости не дают подняться полусферическая конструкция сепаратора 6, сила тяжести и отсутствие воздей.ствия восходящего газового потока. Жидкость скапливается в гидрозатворном кармане, ебраэуемом,верх- 15 ним концом патрубка и полусферическим сепаратором. Поэтому газовый поток влияния на стекающую жидкость не оказывает, не препятствует сливу из отверстий и не проскакивает в Щ них вместе с жидкой фазой, так как стекающие с внутренних стенок сепаратора струи обладают достаточной кинетической ., энергией, пропорциональной массе, плотности.и скорости стекания жидкости, Энергия жид.кости несравнимо больше энергии сопротивления выхода газа из патрубка, создающего наружные вихри. Поэтому на поведение жидкостного потока незначительные завихрения влияния не оказывают. К тому же вихри быстро гасятся на стенках сепаратора.

Поэтому выравнивание продольных концентраций практически исключено.

Предлагаемая конструкция аппарата позволяет существенно интенсифицировать массообмен также за счет увеличения скорости газового потока.

Это увеличение возможно из-за низкого гидравлического сопротивления элемента, равного сумме сопротивлений завихрителя и патрубка. Полусферический сепаратор на газовый поток влияния не оказывает, На тарелке скапливается определен-45 ный слой жидкости, высота которого регламентируетс . количеством и диаметром отверстий в переливных трубках. При нагрузках ниже оптимальных на тарелке вообще может не быть уровня и это не отражается на эффективности массообмена. При нагрузках выше оптимальных не справляются радиальные отверстия 8. Тогда срабатывает поплавок и клапаны. Поплавок всплывет и клапан открывает отверстие на конце переливной .трубки, Тросики 10 могут быть разной длины.

Это создает условия для неодновременного срабатывания клапанов и постепенного перехода от минимальных нагрузок к максимальным или наобо- . рот.

Интенсификация массообмена за счет увеличения скорости газового потока, снижения гидравлического сопротивления, улучшения сепарации фаз и расширения пределов нагрузки по жидкой фазе в итоге приводит к тому, что предлагаемый аппарат оказывается экономически выгоднее известных подобных устройств. Монтаж колонны не представляет труда. 3авихрители навинчиваются на сливные трубки, в которые вставляют клапаны с тросиками и поплавками. Затем собранная тарелка опускается в цангу на опоры таким образом, что трубки с завихрителями входят в патрубки на нижележащей тарелке. При шахматном расположении патрубков эта операция не вызывает затруднений.

Доля свободного сечения в устройстве может достигать 40%. В сепарационном пространстве скорость газа будет на уровне 3-4 м/сек.

Таким образом,.применение предлагаемого массообменного аппарата приводит к снижению металлоемкости колоннОго оборудования. Аппарат позволяет работать в довольно широком диапазоне скоростей газовых потоков (7-30 м/сек), при которых достигается наиболее эффективный,.массообмен но не в ущерб гидравлическому сопротивлению) и практически неограниченных (в разумных пределах) диапазонах по расходу жидкой Фазы.

ВНИИПИ За саз 8326/5

Тираж 681 Подписное

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