Массообменный аппарат
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК (39) (!!) 4 (51) В 01 D 3/30
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3621815/23-26 (22) 07.07.83 (46) 15.04.85. Бюл. - 14 (72} А.С.Лозовой, 3.М.Зянгареев, Г.Н.Майорова и С.В.Трифонов (71). Казанский ордена Трудового Красного- Знамени химико †технологическ институт им. С.M.ÊèpîBà (53) 66.015. 23(088. 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР
Ф 441737, кл. В 01 D 3/30,,1971. (54) (57) 1, МАССООБМЕННЫИ АППАРАТ, содержащий корпус с размещенными внутри конусными сборками ротора и статора, на наружных и внутренних поверхностях которых укреплены вертикальные цилиндрические перфорированные перегородки, желоба прямоугольного сечения, укрепленные на конусе-статоре, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью интенсификации массообмена за счет инициирования упругих колебаний газожидкостного потока, увеличения предельных нагрузок по жидкости и пару и расширения диапазона устойчивых режимов работы, перфорация на вертикальных цилиндрических перегородках выполнена в виде зигзагообразных . щелей.
2. Аппарат по п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения надежности и удббства сборки, он снабжен дистанционными цилиндрами, выполненными с отбортовками и.укрепленными на конусах-.статорах.
1149989
Изобретение относится к классу тепломассообменных аппаратов для взаимбдействия между жидкостью и паром (газом) в поле центробежных сил при ведении процессов абсорбции, 5 ректификации и реакций в системе жидкость-гаэ и может найти применение в химической, нефтеперерабатывающей, пищевой, фармацевтической промышленности для разделения термо- 10 нонестойких и разлагающихся со взрывом веществ методами ректификации и для поглощения (абсорбции) выбросов вредных газов в атмосферу, для проведения быстропротекающих реакций 15 и особо четкого разделения веществ с близкими температурами кипения.
Известен массообменный роторный аппарат для контактирования между газом (паром) и жидкостью, содержа- 20 щий корпус с размещенными в нем конусными сборками ротора и статора, . состоящими из коаксиальных колец, и дистанционные кольца, коаксиальные кольца выполнены перфорированными 25 и укреплены на наружных и внутренних поверхностях конусов ротора и статора. Кроме того, дистанционные кольца конусов-статоров выполнены в виде корзин (1) . 30
Однако известный аппарат недостаточно эффективен. В аппарате при работе в пределах режимах по газу и жидкости создаются гидравлические затворы в полости между наружной поверхностью конуса-ротора и внутренней поверхностью конуса-статора, а точнее, между коаксиальными перфорированными цилиндрами из-эа неравномерности расходов по радиусу аппа- щ рата. Во время вращения ротора в газожидкостной среде, движущейся в ка-, налах, образованных коаксиальными цилиндрами ротора и статора возникают упругие колебания. 45
Они возникают в среде, благадаря чередующемуся совмещению центров отверстий статора и ротора по радиусу аппарата.
Вероятность полного перекрытия отверстий незначительна, так как соосность их в рабочем положении ма— лодостижима, а частичное перекрытие не обеспечивает эффекта упругих колебаний, интенсифицирующих процесс 55 массообмена.
В известном аппарате конусы статора укреплены внутри корпуса при помощи дистанционных корзин. Крепление это, как показал опыт эксплуатации аппарата в ЦО "Лнгарскнефтеоргсинтеэ не обеспечивает надежной герметизации статоров и крепления прокладки между корпусом и корзиной.
Цель изобретения — интенсификация массообмена эа счет инициирования упругих колебаний гаэожидкостного потока, увеличения предельных нагрузок по жидкости и пару и расширения диапазона устойчивых режимов работы.
Поставленная. цель достигается тем, что в массообменном роторном аппарате, содержащим корпус с размещенными внутри конусными сборками ротора и статора на наружных и внутренних поверхностях которых укреплены вертикальные перфорированные цилиндрические перегородки, желоба прямоугольного сечения, укрепленные на конусестаторе, перфорация на вертикальных цилиндрических перегородках выполне— на в виде зигзагообразных щелей °
Целесообразно аппарат снабжать дистанционными цилиндрами, выполненными с отбортовками, укрепленными на конусах статора.
На чертеже изображен аппарат, продольный разрез
Аппарат содержит корпус 1, отбортованные цилиндры 2, укрепленные на строго опрделенном расстоянии
/ друг от друга конусов-статоров 3.
Снизу цилиндр 2 приварен посредством точечной сварки к верхней части внутренней поверхности конуса-статора 3, чтобы исключались перетоки жидкости по внутренней стенке корпуса 1, минуя расположенные последовательно секции контактного устройства. Внутри аппарата в подшипниковых опорах укреплен вал (не показан), на котором при помощи шпоночного соединения укреплена втулка 4, которой крепится конус-ротор 5, На внутренних и наружных поверхностях конус-ротора 5 укреплены посредством точечной сварки коаксиальные цилиндры 6 с зигзагообразными прорезями.
На внутренней поверхности конусастатора 3 укреплены переточные желоба 7 прямоугольного сечения. Для размещения прокладки 8 меж,ту двумя соседними секциями роторного аппарата служит отбортовка, в которук укладывается прокладочный материал (ac1 149clH Массообменный роторный аппарат предназначен для ведения процессов ректификации, абсорбции и реакций в поле центробежных сил и служит для замены массообменных насадочных и тарельчатых колонн статического действия с целью получения веществ бестовый шнур или фторпластовый уп- повышенной чистоты и очистки вредных лотнительный материал). веществ. Аппарат работает следующим обра- Интенсификация процесса взаимодействия между жидкостью и паром (гаЖидкость поступает на верхний 5 зом), достигается за счет эффективноконус-статора 3 и стекает в полость го диспергирования фаз в объеме между первым от центра коаксиальным рабочего пространства аппарата увеВ цилиндром и втулкой 4 ротора. Здесь личения длины пути фазовых потоков под действием центробежной силы она при многократной рециркуляции жидкосразгоняется и устремляется в виде 1О ти на каждом элементе контактного капель и брызг к коаксиальному ци- устройства и внутри объема секции линдру статора, по которому под дей- за счет использования желоба 7 noçâîствием сил тяжести снова стекает - лит увеличить фактор съема с единина конус †рот. Здесь снова разгоня- цы объема аппарата íà 20Х по сравнеется и устремляется к следующему 15 нию .с известным, цилиндру конуса-статора и так до Повышение надежности в случае крайнего к корпусу аппарата коакси- изменения плотности орошения аппараального цилиндра. Затем от корпуса та обеспечивается использованием пеаппарата жидкость дв1гкется к цент- реточного желоба кот рь" которыи при увелиру секции, последовательно проходя 20 чении расхода по аппарат парату разгружает одну за другой полости, образованные проходные сечения за счет перетока цилиндрическими коаксиальными пере- жидкости с вышележащей на нижележагородками. В этих полостях жидкость щую секцию. подтормаживается и захватывается Повышение надежности предлагаемовращающимися цилиндрическими перего- 2 го аппарата, а именно его массообродками ротора и отбрасывается к пери- менных характеристик, т. е. эффективферии, таким образом, что в по- ности, достигнуто еще и за счет релость секции ниже конуса-ротора меж- циркуляции. ду каждой парой перегородок стато- Кратность рециркуляции — парам и — параметр, ра и ротора осуществляется интенсив- 30 который определяет отношение количеная рециркуляция. В лабиринтных ка- ства жидкости, покинувшей объем секналах в моменты перекрытия зигзаго- ции массообменного апп ого аппарата, к калиобразных прорезей роторов и статоров честву, которое удерживается в этом возникают упругие колебания, воздей- объеме в единицу времени. Чем выше ствующие на газожидкостной поток. З1 кратность рециркуляции жидкости, Эти колебания резко интенсифицируют тем больше длина пути жидкости на процесс массопередачи. элементах секции. Это равносильно Гаэ движется снизу вверх по аппа- уменьшению высоты аппарата. Данный рату, последовательно проходя сек- параметр имеет решающ решающее значение цию за секцией. Жидкость движется 4О для роторных аппаратов, имеющих ограсверху вниз по аппарату, т.е. по вы- ничение при развитии звитии высоты, исходя соте аппарата осуществляется протии- иэ прочности вала. воток. Желоб 7 служит для разгрузки Поэтому в предлагаемом апп аемом аппарате проходных сечений и многократного коаксиальные кольца с прорезям прорезями, циркулирования избытка жидкости внут-g5 укрепленные на наружной поверхности ри объема секции, т.е. для более конусов-роторов, и кольца на внутренглубокого исчерпывания легколетуче- ней поверхности конуса-ротора в р б-ротора в ра оro компонента при ректификации или, чем положении образуют рециркуля.более глубокого поглощения газа при ционное устройство. При работе аппа.абсорбции. рата гаэожидкостный поток многократно повторяет путь внутри объема секции. Это обеспечивает надежную рециркуляцию. Для того, чтобы увеличить эффективность массопередачи на взаимодействующие в центробежном поле газ (пар) и жидкость накладываются упругие колебания,.которые создают коак1 149989 сиальные цилиндры, выполненные с зигзагообразными прорезями. Они и обеспечивают надежное инициирование упругих колебаний газожидкостных потоков в момент совпадения профилей отверстий на вращающихся и неподвижных коаксиальных цилиндрах и за счет этого увеличивают скорость массообменных процессов на 10 — 18% при одновременном увеличении степе10 ни турбулиэации жидкости и газа, что приводит к резквму увеличению межфазной поверхности контакта (между жидкостью и паром). Надежность работы предлагаемого аппарата по сравнению с известным, .в котором имеется перфорация, повьипена за счет того, что вероятность совпадения зигзагообразных прорезей равна 109%. Технические преимущества предлагаемого массообменного устройства состоят в увеличении пределов устойчивой работы аппарата на 2830% по сравнению с базовьи, а эффективность его на 36-40% выше по разделяющей способности за счет того, что кратность рециркуляции жидкости в объеме секции при использовании переточных желобов возросла в 1,8- ЗО 2,5 раза, а инициируемые упругие колебания, возникающие при перекрытии зигзагообразных отверстий ротора и статора, увеличивают скорость массопереноса на 10-18%. 3s При измерении условий работы аппарата (перехода с одного режима на другой, изменении расхода газов или паров, увеличении или уменьшении плотности орошения) необходимо обес- 4g печить надежную работоспособность всех узлов. конструкции аппарата. Для повышения надежности служат как зигзагообразные прорези на коаксиальиих цилиндрах ротора и статора, ц так и переточные желобы. При увеличении плотности орошения (расхода жидкости) вся высота зигзагообразных прорезей коаксиаль— ных цилиндров ротора заполнена жидкостью, которая под действием центробежных сил интенсивно диспергируется от элемента к элементу и обрабатывается дввкущимся противотоком паром. Зигзагообразные прорези эффективно .работают, как показывают эксперименты, и при высоких и при низких нлотностях орошения, так как радиально отбрасывают струи жидкости иэ объема между двумя соседними коаксиальными цилиндрами. В предельных режимах (при захлебывании аппарата) вступают переточные желоба, которые разгружают проходные сечения аппарата и обеспечивают циркуляцию жидкости в объеме секции от последнего от центра аппарата коак- сиального цилиндра к его центральной части. Повышение надежности аппарата за счет увеличения плотностей орошения, а тем самым и диапазона устойчивых режимов работы вызвано еще и тем, что зигзагообразные прорези на коаксиальных цилиндрах ротора 5 и статора 3 в отличие от отверстий в прототипе, позволяют инициировать дополнительные упругие колебания во взаимодействующих газожидкостных потоках вследствие того, что перекрытие этими прорезями в момент вращения ротора происходит со стопроцентной гарантией, т.е. при перекрытии отверстий в момент вращения ротора вероятность совпадения центров отверстий ниже, чем вероятность перекрытия осевых зигзагообразных прорезей. Повышение надежности предлагаемого аппарата при сборке и эксплуатации обеспечивается выполнением дистанционных цилиндров, несущих на се бе конусы-статорь|, с двухсторонней отбортовкой. Эта отбортовка позволяет укрепить конусы-статоры на строго определенном расстоянии друг от друга, а в пространстве между конусомстатором и отбортованньм цилиндром разместить уплотнительиый материал. В аппарате-прототипе это исключалось, так как использовалась корзина и между стенкой аппарата и конусамистаторами невозможно было точно разместить уплотнительный материал. Иассообменный ротор4ый аппарат за счет рационального использования энергии центробежного поля и использования эффекта упругих колебаний, компоновки контактного устройства обеспечивает интенсивное диспергирование и..турбулиэацию взаимодействующих потоков жидкости и лара, позволяет вести массообменные процессы, при высоких скоростях фаэ, обеспечивая в соответствии с .этим высокие съем продукции с единицы объема an1149989 Составитель С. Баранова Техред О.Ващишина Корректор О.Билак Редактор Л.Авраменко Заказ 2010/6 Тираж 659 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ПНП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 парата. Кроме экономии металла при изготовлении и снижении капитальных затрат при строительстве промышленных установок массообменный роторный аппарат обеспечит получение продуктов высокого качества и реактивной чистоты, позволит вести процессы при минимальном гидравлическом сопротивлении и минимальных флегмовых числах при незначительной загрузке аппарата, 10 что особенно важно при переработке термонестойких мономеров и разлагающихся вещств. Эти данные позволяют рекомендовать названный аппарат для 1 применения на предприятиях химической, фармацевтической, нефтехимической, пищевой и других отраслей промышленности. . Аппарат обладает высокой разделяющей способностью при работе в ва- б кууме, под давлением и при атмосферном давлении. Производительность аппарата на 207. вьппе производительности известного аппарата. Основньм преимуществом роторного аппарата следует считать высокий фактор съема с единицы объема и минимальную рабочую высоту, позволяющую размещать установки ректифнкации в малоэтажных зданиях. Незначительный перепад давления по высоте аппарата и малое время пребывания в зоне термического воздействия пазволяют перерабатывать мономеры термонестабильных веществ, для которых аппаратура статического типа не пригодна.. Надежность крепления конусов-статоров обеспечена точным соблюдением расстояния между секциями за счет изготовления жестких отбортовок дистанционного цилиндра.
