Массообменный аппарат

 

1. МАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ, включающий корпус, разделенный по высоте контактными прямоточными тарелками с соплами, с установленными на них контактными элементами, каждый из которых образован двумя плоскопараллельными пластинами, примыкающими к тарелке, и перевернутым плоскоовальным желобом с отогнутыми внутрь торцовыми кромками, установленным над тарелкой с зазором и образующим с плоскопараллельными пластинами . два плоских канала, расположенных над соплами, отличающийся тем, что, с целью, интенсификации массообмена , контактные элементыснабжены дополнительными перегородками, установленными между плоскопараллельными пластинами и желобами, при этом в плоскопараллельных пластинах и перегородках вьтолнены поперечные окна с наклонными лепестками, прикрепленными к нижним краям окон. 2.Аппарат по п.1, о т л и ч а ющ и и с я veM, что окна в дополнительных перегородках расположены по высоте в чередующейся последовательности по отношению к окнам в плоскопараллельных пластинах. 3.Аппарат по п.1, отличающийся тем, что плоскопараллельные пластины, дополнительные перегородки и лепестки выполнены перфорированными . 4.Аппарат по п.1, о т л а ющ и и с я тем, что плоскопарал-г лельные пластины установлены на раскчд стоянии от плоскости тарелок. 5.Аппарат по п.1, о т л и ч а ю щ и и с я тем,что контактные элементы снабжены металлическими сетками , установленными наклонно в каналах над соплами.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4(5l) В 01 D 3/26

ОПИСАНИЕ И3ОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ .», ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР по делАм изОБретений и Отнрытий ми, установленными наклонно в кана- лах над соплами. (21) 3599055/23-26 (22) 31.05.83 (46) 28.02.85. Бюл. У 8 (72) А.Н.Филимонов, A.. Ô.Ìàõîòêèí, Б.M.Açèçoâ, P.Õ.Çàìàëèåâà и Л.Н.Филимонова (71) Казанский ордена Трудового

Красного Знамени химико-технологический институт им.С.M.Kèðoâà (53) 66.061.5(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 541480, кл. В 01 D 11/04, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

М- 552984, кл. В 01 D 3/30, 1976.

3. Ченегин И.В. Разработка и иссле дование контактных прямоточных устройств с соударением потоков. Автореф. канд. дис. КХТИ, Казань, 1975, с.9-1.1. (54) (57) 1. МАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ, включающий корпус, разделенный по высоте контактными прямоточными тарелками с соплами, с установленными на них контактными элементами, каждый из которых образован двумя плоскопараллельными пластинами, примыкающими к тарелке, и перевернутым плоскоовальным желобом с отогнутыми внутрь торцовыми кромками, установленным над тарелкой.с зазором и образующим с плоскопараллельными пластинами

„„Я0„„1142133 А два плоских канала, расположенных над соплами, отличающийся тем, что, с целью интенсификации массообмена, контактные элементы снабжены дополнительными перегородками, установленными между плоскопараллельными пластинами и желобами, при этом в плоскопараллельных пластинах и перегородках выполнены поперечные окна с наклонными лепестками, прикрепленными к нижним краям окон.

2. Аппарат по п.1., о т л и ч а мшийся ем, что окна в дополнительнык перегородках расположены по высоте в чередующейся последовательности по отношению к окнам в > плоскопараллельных пластинах.

3. Аппарат по п.1, о т л и ч а ю- Ц Я шийся тем, что плоскопараллель- ( ные пластины, дополнительные перегородки и лепестки выполнены перфорированными. Isaac

4. Аппарат по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что плоскопарал-. лельные пластины установлены на расстоянии от плоскости тарелок. фщф

5. Аппарат по п.1, о т л и ч а ю1 шийся тем,что контактные элемен- @. ты снабжены металлическими сетка- М

11 2133

Изобретение относится к конструкциям массообменных аппаратов и может быть использовано при проведении массообменных„ химических и биологи— ческих процессов, очистки микротуманов, аэрозолей, улавливания вредных веществ из промышленных газовых выбросов в системах газ (пар) жидкость.

Известен тепломассообменный аппарат, включающий корпус с размещенными no его высоте контактными тарелками в виде полотна с отверстиями и расположенными в них кольцевыми клапанами, снабженными переливными трубками, трубки выполнены з соединенных между собой втулок, снабженных глухими перегородками 1 ).

Недостатком данного изобретения является низкая эффективность процесса масообмена. Это обусловлено тем, что взаимодействие фаз осуществ-. ляется лишь в зоне, где один поток пронизывает другой, остальной же объем аппарата для процесса массообмена не используется.

Известен также массообменньй аппарат, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, горизонтальные перегородки„ делящие корпус на,контактные камеры, контактные элементы, выполненные в вчде коаксиальных цилиндров, расположенных в контактных камерах, завихрители и переточные устройства., завихрители выполне- у ны в виде направляющих цилиндров и размещенных на внутренней их поверхности радиальных вогнутых лопаток и установлены под контактными элементами(2 ). 40

Недостатками данного аппарата яв-. ляются сложность конструктивного . оформления и высокое гидравлическое сопротивление движению фаз.

Наиболее близким к предлагаемому 45 по технической сущности и достигаемому результату является массообмепньй аппарат, включающий корпус, разделенный по высоте прямоточными тарелками с соплами, с установленны- Я> ми на них контактными элементами, образованными двумя плоскопараллельными пластинами, плотно примыкающими к горизонтальной перегородке (тарелке) и перевернутым плоскоовальным 55 желобом, имеющим отогнутые внутрь торцовые кромки, желоб установлен над горизонтальной перегородкой и опразует с нло Koff<1раллел!знымн пна(-тинами два плоских канала, расположенных над сопловыми отверстиями, с торцов каналы перекрываются отогнутыми внутрь кромками желоба, сопловые отверстия ограничены с одной стороны плоскопараллельными плас тинами, а с другой — вертикальнымн перегородками(3 .

Недостатком известного контактного устройства является низкая интенсивность процесса массообмена.

Указанные недостатки обусловлены тем, что в известном контактном устройстве процесс массообмена интенсивно протекает в начальном участке плоских каналов и в зоне соударения потоков. На участке же плоских каналов, следующих за входным (начальным участком) вплоть до зоны соударения потоков„ иптенсивность процесса гадает, ибо процесс взаимодействия фаз протекает здесь в основном на поверхности газ — жидкостная пленка, поднимающаяся по поверхности плоскопараллельных пластин и перевернутому плоскоовальному желобу.

Малая межфазная поверхность пленки и ее быстрая насыщаемость снижают эффективность работы контактного устройства.

Цель изобретения — интенсификация процесса массообмена.

Поставленная цель достигается тем, что B массообменном аппарате, включающем корпус, разделенный по высоте контактными прямоточными тарелками с соплами, с установленными на них контактными элементами, каждый из которых образован двумя плоскопараллельными пластинами, примыкающими к тарелке, и перевернутым плоскоовальным желобом с отогнутыми внутрь торцовыми кромками, установ-. ленным над тарелкой с зазором и образующим с плоскопараллельными пластинами два плоских канала, расположенных над соплами, контактные элементы снабжены дополнительными перегородками, установленными между плоскопараллельными пластинами и желобами, при этом в плоскопараллельных пластинах и перегородках выполнены поперечные окна с наклонными лепестками, прикрепленными к нижним краям окон, .Окна в дополнительных перегород— ках.и в плоскопараллельных пласти1 1 42

3 нах расположены по высоте в чередующейся последовательности.

Плоскопараллельные пластины, дополнительные перегородки и лепестки . выполнены перфорированными. 5

Кроме того, плоскопараллельные пластины установлены на расстоянии от плоскости к тарелки.

Контактные элементы снабжены металлическими сетками, установленными 10 наклонно в каналах над соплами.

Выполнение плоскопараллельных пластин с поперечными окнами и снабжение последних лепестками, прикрепленными к нижним краям окон и уста- t5 новленных наклонно, позволяет разорвать сформировавшуюся пленку жидкос-.. ти, движущуюся вверх по поверхности плоскопараллельных пластин, и направить ее по лепестку через окно по ка-20 налу, образованному двумя плоско— параллельными пластинами, снова на тарелку. Таким образом, создаются замкнутые циркуляционные циклы для жид-. кости на элементе. Установка допол. — 25 нительных перегородок с поперечными окнами, снабженными лепестками, позволяет создать циркуляционные циклы для жидкости между этими дополнительными перегородками и переверну- З0 тыми плоскоовальными желобами. Установление металлических меток в каналах, выполнение плоскопараллельных пластин, дополнительных перегородок и лепестков перфорированными или чешуйчатыми способствует обновлению поверхности массообмена и, следовательно, интенсифицирует процесс.

На фиг. 1 изображен предлагаемый аппарат, продольный разрез; на фиг;2 — 40 контактный элемент,плоскопараллельные пластины выполнены с поперечными окнами и снабжены лепестками, прикрепленными к нижним краям окон и установленными наклонно; на фиг.3 -45 то же, (между плоскопараллельными пластинами и перевернутыми плоско-. овальными желобами установлены дополнительные перегородки с поперечными окнами, снабженными лепестками, 50 окна расположены в чередующейся последовательности по отношению к окнам на плоскопараллельных пластинах), на фиг.4 — элемент перегородки с перфорацией (форма перфораций55 может быть округлой, овальной, квадратной, прямоугольной, трапециодальной, ромбической, секторной, сегмент133 ной и т.д.);::а фиг.5 — элемент перегородки с поперечными окнами, снабженными лепестками; на фиг.6 — вариант исполнения, когда лепесток выполнен перфорированным; на фиг.7 элемент перегородки, когда перфорации выполнены чешуйчатыми; на фиг.8 — разрез А-А на фиг.7; на фиг.9 — гидродинамическая картина в контактном элементе; на фиг. tO— узел T на фиг.1; на фиг.11 — контактный элемент с сетками, установленными наклонно.

Иассообменный аппара-, состоит из корпуса 1, с установленными коаксиально ему с зазором, образующим кольцевую щель 2, обечайками 3, с перфорациями 4, выполненными в верхней части. Аппарат секционирован по высоте прямоточными тарелками 5 с установленными на них контактными элементами 6. Над контактными элементами в каждой секции установлены:

1 завихритель 7, сепаратор 8, выполненный в виде набора радиальных криволинейных пластин с устаногленным по,оси конусом 9, расширитель, являющийся по назначению инерционным сепаратором 10. Входящая внутрь расширителя обечачка имеет сплошную стенку и примыкает к сепаратору.

Штуцеры 11 и 12 предназначены для входа и выхода газа 13 и 14 соответственно для жидкости. Контактный элемент 6 образован перевернутым плоскоовальным желобом 15, имеющим отогнутые внутрь торцовые кромки 6.

Внутри элемента установлены плоскопараллельные пластины 17. Последние могут быть выполнены в виде П-образной одной пластины с окном 18 в ее верхней части. Плоскопараллельные пластины 17 и желоб 15 установлены на тарелке 5 с зазором 19 и 20 соответственно. Пластины 17 выполнены с поперечными окнами 21 и снабжены лепестками 22, прикрепленньп|и к нижним краям окон. В каналах 23, образованных пластинами 17 и желобами 15, могут устанавливаться дополнительные перегородки 24 с поперечными окнами 2 1, снабженными лепестками 22 и образующие каналы 25. Окна 21 пластин 17 и перегородок 24 расположены в чередующейся последовательности. В каналах 23 может быть установлен накпонно металлическая сетка 26. Торцовые стороны кон 1142133 тактного элемента прикрыты стенками

27. Контактный элемент устанавливается над соплами 28 на тарелках 5 и крепится к последним с помощью пятачков 29 (например, контактной 5 сваркой, болтовым соединением и т.д.)

Величина зазора 30 между тарелками 5 и обечайками 3 регулируется перемещением тарелки 5 по штанге 31.Герметичность узла достигается посредством уплотнительного элемента 32 и фланцевого соединения 33.

Аппарат работает следующим образом.

Газ подают через штуцер 11 в нижнюю часть аппарата, откуда зн через сопла 28 поступает в контактный элемент 6, йнжектируя поступающую на тарелку жидкость. Основная часть

4 газожидкостного потока (эмульсии) по каналам 23 движется вверх, достигнув верхней (овальной) части желоба, потоки в элементе направляются навстречу друг другу и соударяются,.

В результате резкого аэродинамического торможения происходит интенсивное взаимодействие потоков, взаимопроникновение, дробление и коалесценция капель. При этом частицы газожидкостного потока в момент 30 удара приобретают знакопеременное ускорение, многократно переходя из . одной структурной единицы объема потока в другую. Часть жидкости в виде пленки поднимается по поверхности пластин 17 и желоба 15, контактируя с газом через поверхность пленки.

Достигнув верхней кромки лепестков

22, жидкость срывается с них, .дробится .на капли с образованием дополни- 40 тельной поверхности массообмена и уносится с газожидкостным потоком жидкости в виде пленки, огибает лепесток и через окно 21 в виде пленки опускается по обратной стороне плас- 45 тин 17 на тарелку, откуда снова инжектируется газовым потоком далее весь процесс повторяется. В случае установки в контактном зле ;те дополнительных перегородок 24процесс 50 протекает аналогично вышеописанному, с той лишь разницей, что нисходящее движение пленки здесь происходит и в канале 25.

Металлическая сетка (размер 55 ячеек 5х5, 7х7 с толщиной проволоки 0,5-1 мм), установленная в каналах 23, способствует дроблению и коалесценции капель эмульсии, т.е. дополнительной интенсификации процесса масообмена.

Выйдя из контактного элемента газожидкостной поток в виде мелкодисперсной насыщенной эмульсии по- ступает в завихритель 7, закручивается, и обтекая корпус 9, поступает в сепаратор 8. При движении в криволинейных радиальных каналах сепаратора за счет действия центробежных сил из газожидкостного потока отде.ляется жидкость и собирается в нижней части кожуха сепаратора 10, откуда по штуцеру жидкость поступает на нижеследующую ступень.

Дополнительно очищенный в инерционном сепараторе 10 газ поступает в вышележащую секцию. При выходе из завихрителя 7 в закрученном газожидкостном потоке часть жидкости под действием центробежных сил сепарируется и в виде пленки по обечайке 3 движется вверх. Достигнув перфораций 4 верхней части обе чаек 3, жидкость поступает в кольцевой канал 2 и по нему на тарелку, где снова инжектируется газовым потоком в контактном элементе.

Изменением величины зазора 30 регулируется количество рециркулируемой жидкости в секции.

Таким образом, в данной конструк— ции аппарата имеется два независимых рециркуляционных контура: один на контактном элементе, другой по секции. Наличие рециркуляционных контуров позволяет значительно снизить расход исходной жидкости в целом по аппарату, не снижая объемного соотношения потоков в контактном элементе и по секциям, что особенно важно при дефиците или высок и стоимости жидкой фазы. . Расположение окон, снабженных лепестками, на пластинах 17 и дополнительных перегородках 24 в чередующейся последовательности, при незначительном гидравлическом сопротивлении способствует многократному изменению .направления движения газожидкостного потока, что ведет к перераспределению скоростей потока, созданию дополнительных вихревых зон за лепестками. Все это способствует интенсификации процесса массообмена.

При выполнении пластин, дополнительных перегородок и лепестков перфо1142133 рированными либо чешуйчатыми дополнительная интенсификация процесса массообмена достигается за счет проник-. новения части газожидкостного потока (в основном газовой фазы) в пер- 5 форации с последующим взаимодействием и разрушением стекающей пленки жидкости.

Эффект инжекции в сочетании с эф- фектом соударения потоков, многократ-10 ной -рециркуляцией жидкости в контактном элементе и по секциям в сочетании с вышеописанными эффектами способствуют интенсификации процессов, протекающих в аппарате. 15

К достоинствам данного аппарата следует отнести и возможность поэлементного моделирования контактной зоны аппарата, что позволяет создать аппараты любых размеров, прак- 20 тически неограниченные производительности беэ нарушения гидродинамики в контактных элементах.

Движение фаз: прямоток в контактном элементе и по секции с общим 25 противотоком в аппарате. Количество секций в аппарате определяется требованиями технологии процесса.

Была изготовлена лабораторная модель аппарата диаметром 350 мм с щ одной ступенью контакта. Исследования проводились на системе газ жидкость: десорбция кислорода из воды воздухом. Проведенные исследования показали, что эффективность массообмена возросла на 46-57Х по сравнению с данными, опубликованными в периодической печати для случая Скруббера, трубы Вентури и тарельчатой колонны. Результаты 40 экспериментальных исследований свидетельствуют о преимуществе предлагаемой модели аппарата по отноше-. нию к прототипу.

В настсящее время в промышленности для очистки отходящих газов от

S0> при обработке серосодержащих мийералов (свинцовая, цинковая, медная, оловянная и др.) растворами аммиака, ксилидина, диметиланилина широко применяются насадочные колонны с насадками: кольца Рашига, Лессинга, Поля и Диксона, седлами

Макмагона. Так для очистки отходящих газов цеха обжига цинковой обманки морской водой фирмы "Электролитик

Зинк Ко" (Рисдон, Австралия) работают 4 круглых. башни с деревянной насадкой площадью 12,1 м каждая,диаметром 5 м, и высотой 5 м, достигаемая при этом эффективность более 95Х при расходе газа 8 10 м /час и расходе

4 воды 3,25 ° 10 кг/ч.

По совокупности показателей его качества, эти башни с деревянной насадкой приняты за базовый объект, 1

К достоинствам указанных колонн следует отнести простоту конструкции и низкую их стоимость на изготовление. Недостатком данных колонн является высокое гидравлическое сопротивление и низкая интенсивность процесса. Это обусловлено тем, что большая часть объема контактной зоны занята деревянными досками, брусками.

Массообмен протекает в основном на границе стекающей по насадке плен- . ке, быстрая насыщаемость последней снижает интенсивность процесса.

Применение данного устройства по сравнению с базовым объектом позво- лит организовать интенсивный гидродинамический режим в аппарате, до минимума сократить продольное перемешивание по газу и интенсифицировать процесс массообмена.

1142133

17

22

17

22

Фиг. б

A- A

Фиг.7

Фиг.в

1142133 1142133

Составитель А.Миронов

Редактор Л.Авраменко Техред C,Мигунова Корректор О.Тигор

Заказ 595/7 Тираж 659 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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