Массообменное устройство для контактирования газа (пара) и жидкости

 

СООЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1

„„Я0„.131 (51)4 В 01 Р 3/30 и

1) i

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3807026/23-26 (22) 28.08.84 (46) 30.05.87. Вюл. 9 20 (72) Н.И.Савельев и К.И.Тимин (53) 66.015.23.05(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 284965, кл. В 01 D 3/24, 1970.

Авторское свидетельство СССР

Ф 471103> кл. В 01 D 3/22) 1972. (54) ИАССООБМЕННОЕ УСТРОЙСТВО ЛЯ

КОНТАКТИРОВАНИЯ ГАЗА (ПАРА) И ЖИДКОСТИ (57) Устройство относится к оборудованию химических производств и позволяет обеспечить надежную работу и эффективный массообмен в широком диапазоне изменения нагрузок по газу (пару) при регенерации отработанных кислот от производств нитросоединений. Контактное устройство содержит завихритель из радиально расположенных лопаток, периферийный кольцевой сборник жидкости, переливной канал с гидрозатвором. Лопатки завихрителя выполнены с утолщенной нижней кромкой и снабжены поперечными направляющими ребрами с верхней стороны. Утолщение нижней кромки выполнено с увеличивающейся по радиусу завихрителя шириной. Поперечные направляющие ребра выполнены с уменьшающейся от нижней к верхней кромке лопатки высотой и наклонены к центру завихрителя под углом 10 — 50 . 2 ил.

1313474

25 рителя .

Изобретение относится к оборудованию химических производств и предназначено для аппаратов регенерации .отработанных кислот, работающих при больших нагрузках по жидкости и переменном расходе газа, для проведения массообменных процессов между газом (паром) и жидкостью при больших удельных нагрузках по жидкости и переменном расходе газа (пара), напри- 10 мер отпарки, десорбции, может быть использовано также в ректификационных или абсорбционных колоннах, газожидкостных реакторах.

Целью изобретения является обеспечение надежной работы и эффективного массообмена в широком диапазоне изменения нагрузок по пару (газу) при регенерации отработанных кислот от производств нитросоединений.. 20

На фиг. 1 схематически показано массообменное устройство, вертикальный разрез, на фиг. 2 — лопатки завихрителя в аксонометрии °

B вертикальном цилиндрическом корпусе 1 установлен периферийный кольцевой сборник 2 жидкости. На ,верхней части сборника 2 закреплен многолопаточный завихритель 3 с карманом гидрозатвора 4 в центре. К 30 нижней части сборника 2 подсоединен переливной канал 5, свободный .конец которого размещен в кармане гидрозатвора нижележащего контактного устройства. Лопатки 6 завихрителя 3 выполнены с утолщенной нижней кромкой

7 и снабжены поперечными направляющими ребрами 8. Контактное устройство работает следующим образом. 40

Поток газа (пара) проходит снизу вверх через завихритель 3 и начинает двигаться по винтовым линиям, т.е. приобретает поступательно-вращательное вихревое движение. Жидкость с вы- 45 шележащей ступени по переливным каналам 5 поступает в карман гидрозатвора 4, а затем на завихритель 3. Поток пара интенсивно .взаимодействует с жидкостью и вызывает ее перемеще- 50 ние от центра к периферии до кольцевого сборника 2 жидкости. Оттуда жидкость по переливным каналам 5 стекает на нижележащую ступень °

Надежная работа и эффективный массообмен в широком диапазоне изменения нагрузок обеспечиваются конструктивными особенностями лопаток завих2

При малых нагрузках по газу (скорость в зазорах 2 — 15 м/с при плотности газа около 1 кг/м ) реализуется пленочный режим работы. Жидкость затекает в зазоры между лопатками и образует на их поверхности пленку, которая обтекается потоком газа.Наличие утолщения на нижней кромке лопаток при этом препятствует провалу жидкости, так как в наиболее узком сечении cKopQcTb газа превышает критическую величину 4,4 м/с. Если при этом расход жидкости небольшой и толщина пленки мала, то поперечные ребра тормозят движение от центра к периферии, что способствует интенсификации массопереноса из-эа увеличения толщины пленки жидкости и более полного смачивания жидкостью лопаток. В случае большого расхода жидкости пленка затопляет поперечные ребра и в пленке возникает циркуляционное течение. На поверхности пленки жидкость увлекается газовым потоком вверх, а у поверхности лопатки она под действием силы тяжести стекает вниз. Поскольку ребра имеют наклон, стекающая жидкость перемещается по радиусу к периферийной части, т.е. наклоненные к центру завихрителя поперечные направляющие ребра, находящиеся в затопленном состоянии, ускоряют транспортировку жидкости и тем самым увеличивают пропускную способность контактного устройства по.жидкости.

При больших нагрузках по газу (скорость в зазорах более 15 м/с) реализуется капельный режим работы с полным вытеснением жидкости иэ межлопаточного пространства. В этом случае жидкость диспергируется на капли, которые. увлекаются вихревым потоком во вращательное движение и под действием центробежных сил перемещаются к периферии. Высокая эффективность массообмена обеспечивается в этом режиме большой удельной поверхностью тонкодиспергированной жидкости и высокой скоростью обтекания капель потоком газа.

Увеличение по радиусу завихрителя ширины утолщения нижней кромки лопаток обеспечивает примерное постоянство по радиусу завихрителя отношения скоростей газа на выходе и входе завихрителя. Благодаря этому уменьшается изменение гидродинамических условий по радиусу, исключаются не3 13134 желательные локальные явления провала жидкости или ее вытеснения из межлопаточного зазора. Увеличение степени перекрытия зазора между лопатками утолщением нижней кромки вызы5 вает, с одной стороны, расширение диапазона устойчивой работы в область низких нагрузок газа, так как критическая скорость может быть обеспечена при меньших расходах газа, и, с 10 другой стороны, рост гидравлического сопротивления. При степени перекрытия менее 40%. пленочный режим становится малоустойчивым. Если эта величина превышает 80%, то предельно 15 допустимое гидравлическое сопротивление (около 1,0 кПа) достигается при скорости газа в верхних зазорах завихрителя около 15-20 м/с вместо

30 м/с для завихрителя без утолщен- 20 ных лопаток.

Уменьшение высоты поперечных направляющих ребер от нижней к верхней кромке лопатки снижает их влияние на работу контактного устройства в 25 капельном режиме. Такие ребра почти полностью находятся в аэродинамической тени утолщения нижней кромки и не приводят к росту гидравлического сопротивления из-за трения и дополни- 30 тельной турбулизации. Если наклон ребер менее 1С, то они препятствуют

74 движению пленки жидкости от центра к периферии. При наклоне более 50 pesко уменьшается их влияние на транспорт жидкости. И в том, и в другом случае происходит уменьшение диапазона нагрузок по жидкости в пленочном режиме. формула изобретения

Иассообменное устройство для контактирования газа (пара) и жидкости, содержащее завихритель из радиально расположенных лопаток, периферийный кольцевой сборник жидкости, переливной канал с гидрозатвором, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью обеспечения надежной работы и эффективного массообмена в широком диапазоне изменения нагрузок по газу (пару) при регенерации отработанных кислот от производств нитросоединений, лопатки завихрителя выполнены с утолщенной нижней кромкой и снабжены поперечными направляющими ребрами с верхней стороны, при этом утолщение выполнено с увеличивающейся по радиусу завихрителя шириной, а поперечные ребра выполнены с уменьшающейся от нижней к верхней кромкам высотой и установлены с уклоном к о центру эавихрителя под углом 10-50

1313474

Составитель С. Баранова

Техред М.Ходанич

Редактор И. Рыбченко

Корректор С.Черни

Заказ 2155!6 Тираж 657

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4