Массообменный аппарат

 

Изобретение относится к химической промышленности и используется для проведения процессов абсорбции, ректификации, позволяет повысить эффективность процесса за счет увеличения поверхности массообмена созданием дополнительных капельных зон контакта фаз. Аппарат включает корпус. переливные устройства, контактные трубы, тарелки. Контактные трубы имеют питающие отверстия и сепарационные отверстия. Аппарат имеет фигурные втулки, снабженные в верхней части усеченными конусами , верхняя кромка которых выполнена зубчатой и каждый второй зуб отогнут наружу фигурных втулок, а верхние ряды сепарационных отверстий перекрыты цилиндрической, частью фигурных втулок, на наружной поверхности которых выполнены пояски, расположенные напротив плоскости тарелок. Аппарат имеет питающий канал и кольцевой канал. Контактные трубы снабжены завихрителями и снабжены дополнительными втулками, снабженными отогнутыми внутрь лепестками, расположенными рядами, перпендикулярными направлению спиральных каналов завихрителей. 3 з. п. ф-лы. 7 ил. $ (Л

C0lO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5D 4 В 01 D 3 26, 3 32

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АBTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3885011/31-26 (22) 17.04.85 (46) 30.01.87. Бюл. № 4 (71) Горьковский политехнический институт им. А. А. Жданова (72) Л. А. Бахтин, Л. Я. Живайкин, С. В. шестков, И. Г. Бляхер, М. С. Гофман и Н. А. Ветлугина (53) 66.015.23.05 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 578077, кл. В 01 D 3/26, 1977. (54) МАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ (57) Изобретение относится к химической промышленности и используется для проведения процессов абсорбции, ректификации, позволяет повысить эффективность процесса за счет увеличения поверхности массообмена созданием дополнительных капельных зон контакта фаз. Аппарат включает корпус, ÄÄSUÄÄ 1286228 1 переливные устройства, контактные трубы, тарелки. Контактные трубы имеют питающие отверстия и сепарационные отверстия.

Аппарат имеет фигурные втулки, снабженные в верхней части усеченными конусами, верхняя кромка которых выполнена зубчатой и каждый второй зуб отогнут наружу фигурных втулок, а верхние ряды сепарационных отверстий перекрыты цилиндрической частью фигурных втулок, на наружной поверхности которых выполнены пояски, расположенные напротив плоскости тарелок, Аппарат имеет питаю ций канал и кольцевой канал. Контактные трубы снабжены завихрител ям и и снабжены дополнительными втулками, снабженными отогнутыми внутрь лепестками, расположенными рядами, перпендикулярными направлению спиральных каналов завихрителей. 3 з. п. ф-лы. 7 ил.

1286228

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано для проведения процессов абсорбции, ректификации и др.

Цель изобретения — повышение эффективности процесса за счет увеличения поверхности массообмена созданием дополнительных капельных зон контакта фаз.

На фиг. 1 представлен предлагаемый аппарат, продольный разрез; на фиг. 2— контактные элементы, продольный разрез; на фиг. 3 — узел 1 на фиг. 2; на фиг. 4 и 5 — развертка дополнительной втулки с отогнутыми внутрь под углом 20 — 30 лепестками, расположенными рядами, перпендикулярными направлению винтовой линии спиральных каналов завихрителей; на фиг. 6 — узел II на фиг. 4 и 5; на фиг. 7— сечение . А — А на фи г. 4.

Аппарат включает корпус 1, переливные устройства 2 и 3, соосно расположенные трубчатые контактные элементы, выполненные в виде непрерывных каналов — контактных труб 4 (цельных труб или соединенных друг с другом отдельных патрубков), которые с зазором пропущены через соосные отверстия тарелок 5. Тарелки 5 делят аппарат на несколько контактных ступеней. В нижней части каждой ступени в контактных трубах имеются питающие отверстия 6, в верхней части — сепарационные отверстия 7. Питающие и сепарационные отверстия могут быть выполнены в, виде круглых отверстий, вертикальных или горизонтальных прорезей (окон). Между соседними ступенями внутри контактных труб установлены фигурные втулки 8, которые в верхней части снабжены сужающимися вверх усеченными конусами 9, верхняя кромка 10 которых выполнена зубчатой и каждый второй зуб 11 отогнут наружу фигурных втулок, верхние ряды сепарационных отверстий перекрыты нижней цилиндрической частью 12 фигурных втулок, на наружной поверхности которых выполнены пояски 13, расположенные напротив плоскости тарелок. При этом между фигурной втулкой 8, пояском 13 и контактной трубой 4 образуется расположенный напротив питающих отверстий кольцевой питающий канал 14 клинообразного сечения, верхняя часть которого ограничена с внутренней стороны зубчатым усеченным конусом 9, каждый второй зуб 11 которого отогнут наружу фигурных втулок. Между нижней цилиндрической частью 12 фигурной втулки 8, пояском 13, расположенным на ее наружной поверхности, и контактной трубой 4 образуется закрытый сверху и изнутри и перфорированный снаружи кольцевой канал 15.

Как отмечалось выше, верхняя кромка 10 фигурных втулок 8 выполнена зубчатой и, в одном случае, каждый второй зуб 11 отогнут наружу фигурных втулок, в другом случае, зубья расположены в плоскости усеченных конусов, при этом зубья могут быть треугольными (фиг. 2), прямоугольными (фиг. 3) и другой формы.

Контактные трубы 4 снабжены завихрителями 6, расположенными вблизи нижней границы сепарационных отверстий. Ниже завихрителей внутрь контактных труб установлены дополнительные втулки. 17, снабженные отогнутыми внутрь лепестками 18, расположенными рядами 19, перпендикулярными направлению винтовой линии спиральных каналов завихрителей. Кромки 20 лепестков 18 выполнены гладкими (фиг. 4, 5) или зубчатыми (фиг. 6) .

Массообменный аппарат работает следующим образом.

Газ (пар) из нижней части корпуса 1 поступает в контактные трубы 4. После завихрителя 16 газовый поток закручивается и проходит с большой скоростью через фигурную втулку 8. В верхней части фигурных втулок 8, имеющих форму сужающихся вверх зубчатого усеченного конуса 9, скорость газа непрерывно возрастает, что создает за счет инжекционного эффекта разрежение в кольцевом питающем канале 14.

Жидкость под действием давления гидростатического столба и инжекционного разрежения с полотна тарелки 5 через питающие отверстия 6 поступает в кольцевой питающий канал 14 (фиг. 3) и увлекается газом (паром) вверх.

Зубчатое (с отгибом наружу каждого второго зуба 11), исполнение верхних кромок 10 конусов 9 фигурных втулок 8 приводит к тому, что часть жидкости через прорези вытекает из питающего кольцевого канала 14 внутрь фигурных втулок, распыливается газом (паром) на мелкие капли, которые транспортируются вверх. С другой стороны, определенная часть быстродвижущегося закрученного турбулентного потока газа через верхнюю часть этих же прорезей проникает в кольцевой питающий канал 14, что также приводит к образованию большого количества капель жидкости, к усилению турбулизации фаз (фиг. 3). В результате совместного протекания процессов проникновения через прорези конусов фигурных втулок 8 жидкости из питающих каналов 14 внутрь фигурных втулок, а газа — в обратном направлении, взаимодействия фаз над зубчатой кромкой 10 конусов 9 фигурных втулок 8 образуется кольцевой факел — дополнительная капельная зона контакта фаз, который по мере движения вверх прижимается центробежными силами к внутренней поверхности контактной трубы 4 или дополнительной втулки 17 (фиг. 3), образуя пленочную зону контакта фаз.

1286228

Образующаяся пленка жидкости транспортируется газом (паром) вверх, двигаясь по винтовой траектории по внутренней поверхности контактных труб 4 и дополнительных втулок 17. При своем движении пленка набегает на лепестки 18, срывается с их поверхности, разрушается, распыливается быстродвижущимся закрученным газовым (паровым) потоком с образованием дополнительных капельных зон контакта фаз у каждого лепестка 18 (фиг. 7) . Под действием центробежных сил капли постепенно прижимаются к внутренней поверхности дополнительной втулки 17 с образованием жидкой пленки, набегающей на следующий, расположенный по винтовой траектории, лепесток 18, и все процессы повторяются.

Поскольку лепестки 18 расположены равномерно по всей поверхности дополнительной втулки 17, высота которой составляет преобладающую часть высоты контактного элемента, процессы разрушенИя жидкой пленки, ее распыла с образованием дополнительных капельных зон контакта фаз, интенсивного обновления поверхности контакта фаз, усиления турбулизации газа и жидкости протекают на преобладающей части поверхности (высоты) контактного элемента, т. е. лепестки 18 дополнительных втулок 17 и зубья верхней части конусов 9 фигурных втулок (особенно если каждый второй зуб 11 отогнут наружу) являются одновременно генераторами мелких капель жидкости, создающими дополнительные капельные зоны контакта фаз, устройствами для усиления турбулизации газа и жидкости, для интенсивного обновления поверхности контакта фаз, разрушением (распылом) пленки Жидкости на преобладающей части поверхности (высоты) контактнorо элемента.

В этих условиях протекает интенсивный массообмен как в пленочной, так и в дополнительных капельных зонах контакта фаз.

Поверхность контакта фаз дополнительных капельных зон, интенсивность турбулизации газа и жидкости и обновления поверхности контакта фаз возрастают при зубчатом исполнении кромок 20 лепестков 18.

С целью еще большего усиления турбулизачии газа и жидкой пленки, еще большей интенсивности обновления поверхности контакта фаз ряды 19 лепестков дополнительных втулок 17 выполнены перпендикулярно направлению винтовой линии спиральных каналов завихрителей 16. При таком расположении рядов вся поверхность пленки полностью обновляется через каждые два ряда лепестков. При отклонении размещения (расположения) рядов лепестков дополнительных втулок относительно направления винтовой линии спиральных каналов завихрителей от прямого угла в большую

35 или меньшую сторону частота процессов полного обновления поверхности пленки уменьшаетсяя.

На выходе дополнительной втулки 17 жидкость, транспортируемая вверх в виде пленки и в виде капель, попадает в каналы завихрителя 16, где жидкая и газовая фаза закручиваются. Под действием центробежных сил капли отбрасываются на внутреннюю поверхность сепарационной части труб, через сепарационные отверстия 7 жидкость удаляется в межтрубное пространство, сливается обратно на тарелку 5, перемешиваясь с питающей жидкостью.

Часть этой смеси вновь поступает на орошение данного контактного элемента, а другая часть через переливные устройства

2 и зазоры 3 направляются на нижележащую тарелку. Газ (пар), освобожденный от жидкой фазы, уходит по контактной трубе вверх на вышележащую ступень.

Как было показано выше, после выхода из каналов завихрителя жидкая и газовая фазы закручиваются, капли жидкости под действием центробежных сил отбрасываются на внутреннюю поверхность сепарационной части труб. При этом образуются две сепарационные зоны. В первой зоне сепарации, расположенной ниже фигурной втулки 8, удаление жидкости из контактной трубы происходит под действием центробежных сил (как и в прототипе).

Та часть жидкости, которая не отсепарировалась в нижней зоне (центробежная зона сепарации), инерционными силами увлекается в кольцевой канал 15, давление в нем повышается и эта жидкость выдавливается из кольцевого канала 15 через верхние ряды сепарационных отверстий, перекрытых нижней цилиндрической частью 12 фигурных втулок.

Формула изобретения

1. Массообменный аппарат, включающий корпус, переливные устройства, тарелки с соосно расположенными трубчатыми контактными элементами, выполненными в виде непрерывных каналов, с питающими и сепарационными отверстиями, завихрителями со спиральными каналами и фигурными втулками, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса за счет увеличения поверхности масообмена созданием дополнительных капельных зон контакта фаз, фигурные втулки в верхней части снабжены сужающимйся вверх усеченными конусами, верхняя кромка которых выполнена зубчатой и каждый второй зуб отогнут наружу фигурных втулок, верхние ряды сепарационных отверстий перекрыты нижней цилиндрической частью фигурных втулок, наружная поверхность которых снабжена поясками, расположенными напротив плоскости тарелок, а трубчатые контактные

1286228

1б элементы снабжены установленными ниже завихрителей дополнительными втулками с отогнутыми внутрь лепестками, расположенными рядами, перпендикулярными направлению спиральных каналов завихрителей.

2. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что зубья верхней кромки фигурных втулок расположены в плоскости усеченных конусов.

3. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что дополнительные втулки выполнены заодно с трубчатыми контактными элементамии.

4. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что кромки лепестков дополнительных втулок снабжены зубьями треугольной формы.

1286228

Фиг, 3

Напрабление нгпо8ой линии иРальных каналод за Юихрипгелей

1286228

Напрабление оинтооой линии спиральных каналоо з а Юихрителей

Фиг. 5

Фиг. 6

А — А

Напра3ление суммарной скороспги газа и жидкой пленки

17 олниогельнал ка пельная зона

20 зона

Фиг. 7

Составитель 3. Александрова

Редактор В. Ковтун Техред И. Верес Корректор E. Рошко

Заказ 7630/6 Тираж 656 Подписное

ВНИИ

НИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

П роизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4