Тепломассообменный аппарат

 

ÄÄSUÄÄ 1375301

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

А1 (59 4 В 01 П 53 18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4070629/31-26 (22) 26.05.86 (46) 23.02.88. Бюл. У 7 (71) Горьковский политехнический институт им. A.À.Æäàíîâà (72) В,М.Косырев, Л.Я.Живайкин, С.Г.Дубинкин, Л.А.Бахтин, И.Г.Бляхер и М.С.Гофман (53) 66.015.23.05(088.8) .(56) Патент Японии и 52-350026, "кл. В 01 D 53/18, опублик. 07.09.77.

Авторское свидетельство СССР

У 191472, кл. В 01 D 53/18, 1963.

Авторское свидетельство СССР

У 1166811, кл. В Oi D 53/18, 1982.

Авторское свидетельство СССР

1327938, кл. В 01 D 53/18, 1986. (54) ТЕПЛОМАССООБМЕННЫИ АППАРАТ (57) Изобретение относится к аппаратурному оформлению процессов тепломассообмена, протекающих в системе гаэ(пар)-жидкость, и может быть использовано для проведения абсорбции, десорбции, ректификации, охлаждения и очистки газов в химической, нефтехимической и смежных отраслях про .мышленности. Цель изобретения — повьппение эффективности тепломассообмена путем турбулизации стекающей пленки жидкости спутным газовым потоком и пульсирующей ее подачей. Аппарат содержит корпус, внутри которого размещен трубчатый теплообменник, снабженный тарелками (Т) с контактными элементами (КЭ) в форме труб Вентури, распределительные камеры ввода и вывода жидкости и газа с цилиндрическими перегородками.

КЭ установлены соосно теплообменпым . трубам. Их диффузоры выполнены эа одно.: целое с основанием, а конфуэоры установлены в его углублениях в виде приливов„ выступающих над Т.

Внутренняя конусообразная поверхность приливов составляет с поверхностью конфузоров кольцевые каналы для прохода жидкости, входы в которые образованы отогнутыми к Т верхними кромками конфузоров, а выходы размещены в горловине КЭ. Аппарат работает по схеме нисходящего прямотока фаэ.

Конструкция КЭ обеспечивает наряду с постоянным их орошением струями, направленными по касательной к поверхности труб, пульсирующую подачу р жидкости в горловину КЭ. Скорость газа в свободном сечении аппарата

5-8 м/с. 2 ил.

i3?5301

Изобретение относится к аппаратурному оформлению процессов тепломассообмена, протекающих в системе газ (пар} — жидкость, и может быть использовано для проведения адсорбции, десорбции, ректификации, охлаждения и очистки газов в химической, нефтехимической и в смежных отраслях промышленности. 10

Цель изобретения — повышение эффективности тепломассообмена путем турбулизации стекающей пленки жидкости спутным газовым потоком и пульсирующей подачей жидкости. 15

На фиг.1 приведен тепломассообменный аппарат, продольный разрез; на фиг.2 — контактный элемент аппарата, разрез.

Аппарат содержит корпус 1, -грубы 20

2 внутреннего теплообменника, распределительные камеры ввода 3 и 4 и вывода 5 жидкости, камеры 6 и 7 для жидкости и газа, тарелки 8 с контактными элементами 9 в форме труб 25

Вентури, которые установлены соосно теплообменным трубам 2, Диффузоры

10 труб Бентури выполнены за одно целое с основанием тарелки 8, а конфузоры 11 установлены в его углуб- 30 лениях 12. Горловины 13 труб Бентури имеют кольцевое сечение, В верхней 6 и нижней 7 распределительных камерах установлены вертикальные цилиндрические перегородки 14 и 15.

Для лучшего распределения газа по сечению аппарата цилиндрические перегородки 14 и 15 выполнены со скошенным нижним торцом (уклон в сторону места подвода или отвода газа). 40

Для прохода газа между никними краями перегородки 14 и корпусом 1 предусмотрена кольцевая щель 16 переменной ширины. Щель 17 под пере- 45 городкой 15 также имеет переменную ширину. Перегородки 14 и 15 могут быть выполнены с перфорацией. Распределительная камера 4 образована верх. ней трубной решеткой 18 и распределительной решеткой 19, в отверстия которой пропущены трубы 2 теплообменника. Решетка 19 снабжена кольцевой щелью 20 для орошения перегородки 14 и подачи жидкости к верхней тарелке 8.

Аппарат имеет входной 21 и выходной 22 патрубки для газа, патрубки

23 и 24 для ввода и вывода реакцион.ной жидкости, а также патрубки 25 и

26 для ввода и вывода теплоносителя.

Нижние торцы труб 2 закреплены в трубной решетке 27. Углубления

12 в основании тарелки выполнены в виде кольцевых приливов 28, выступающих над тарелкой. Внутренняя конусообразная поверхность приливов составляет, с наружной поверхностью конфузоров кольцевые каналы 29, вхо1 ды 30 в которые образованы отогнуты- . ми к тарелке верхними кромками 31 конфузоров, а выходы 32 размещены в горловине 13. Вход 30 в кольцевой канал размещен выше выхода 32. Для эффективного орошения контактных элементов 9 и труб 2 при малых нагрузках по жидкости выполнены каналы

33, которые направлены по касательной к поверхности теплообменной трубы. Они же служат и для дренажа. В углублении 12 конфузор 11 установлен соосно трубе 2 и диффузору 10 посредствои выступов 34.

В целях снижения металлоемкости и трудоемкости изготовления тарелки

8 выполнены из неметаллического материала, например из кислотоупорной керамики, фарфора или пластических масс путем прессования или литья в формы. Таким же образом могут быть изготовлены и конфузоры 11.

Тепломассообменный аппарат работает следующим образом.

Реакционная;кидкость и газ подаются в аппарат прямотоком. Прямотоком также подается и теплойоситель. Реакционный газ через патрубок „

21 поступает в распределительную камеру 6 и благодаря вертикальной цилиндрической перегородке 14 через щель 16 переменной ширины равномер»о распределяется по всему периметру аппарата. Часть газа проходит через перфорацию в перегородке 14.

Реакционная жидкость через патрубок 23 поступает в распределительную камеру 4. Через кольцевые зазоры, образованные распределительной решеткой 19 и трубами 2 теплообменника, она пленкой стекает по этим трубам. Часть жидкости по кольцевому зазору 20 стекает по перетородке 14.

Газ, проходя через отверстия перегородки 14, контактирует с текущей по ней жидкостью, срывает часть на тарелку 8 и вместе с газом, прошедшим через щель 16, поступает к конi 3n3O1 тактным элементам 9,где вновь контактирует с жидкостью, которая по ка налам 33 поступает в горловину 13 в виде струй, направленных по касательной к поверхности трубы, генерируя на ее поверхности закрученное течение пленки жидкости. При больших нагрузках по жидкости наряду с постоянным орошением по каналам 33 каналы 29 обеспечивают пульсирующую подачу орошения в горловину 13.

Пульсации орошения создаются следующим образом.

Пусть вначале на тарелке имеется уровень жидкости, достигающий кромок 31 конфузора 11. Жидкость по каналу 29 не проходит. По мере поступления жидкости с верхней тарелки уровень ее поднимается вначале до верхней кромки прилива 28, а затем до верхней кромки канала 29. Весь канал 29 заполняется жидкостью.Благодаря разрежению, имеющемуся в горловине 13 контактного элемента 9, возникающему за счет высокой скорости газа в ней, сюда начинает подсасываться жидкость с тарелки. Вступает в работу сифон, образованный изогнутым кольцевым каналом 29. В короткий промежуток времени жидкость кольцевой струей впрыскивается в гор ловину 13 и поступает на трубу 2, За счет этого уровень жидкости на тарелке снова падает до уровня кромки 31. Поскольку с верхней тарелки продолжает поступать жидкость, ее уровень вновь поднимается. Описанный цикл повторяется.

Пульсирующая подача жидкости обеспечивает более качественное орошение, при котором сухих участков,т теплообменной поверхности не остается. Пульсирующая подача орошения дополнительно турбулизирует стекающую пленку, нарушает пристенную ламинарную структуру жидкости, усиливает волнообразование, чем способствует повышению эффективности тепломассообмена.

В горловине 13 скорость газа достигает 20-40 м/с. Благодаря этому пленка жидкости, стекающая по трубе 2, сильно турбулизируется.

Скбрость течения пленки увеличивается,а толщина пленки уменьшается. Ламинарный подслой разрушается, чем достигается высокая интенсивность теплоотдачи со стороны пленки и теп5

15 лообмена в целом. В горловине 13 часть жидкости диспергируется газом на мелкие частицы, контактирует с газом в элементах 9 и в пространстве между тарелками. Благодаря тому, что смоченный периметр контактных элементов 9 велик, а скорость газа относительно труб значительна. происходит интенсивный тепломассообмен.

В межтарельчатом пространстве поверхность контакта фаэ образована летящими каплями жидкости разной дисперсности и поверхностью труб 2. С верх-ней тарелки жидкость и газ поступа, ют на нижележащую тарелку. Каждая

55 тарелка 8 обеспечивает таким образом равномерное перераспределение контактирующих газа и жидкости по сечению аппарата. На нижележащих тарелках в межтарельчатом пространстве процесс повторяется.

По патрубку 24 жидкость выводится из аппарата. Газ, проходя через кольцевую щель 17, равномерно распределяется по периметру камеры 7, где ос вобождается от частиц жидкости, и по патрубку 22 выводится из аппарата.

Повышение эффективности тепломассообмена в предлагаемом решении достигается за счет того, что при указанном размещении труб в горловинах контактных элементов скорость спутного газового потока, воздействующе"

ro на стекающую пленку жидкости, соответствует скорости в горловине контактных элементов и составляет

20-40 м/с, т.е. имеет место сильное взаимодействие фаз. На участке между тарелками скорость газа

5-8 м/с,как и в известном устройстве.

Газовый поток, врздействуя на пленку жидкости, турбулизирует ее, разрушает пристеннйй ламинарный слой.

Для его восстановления необходим достаточный по высоте участок, но такого участка нет, так как по высоте аппарата установлены тарелки. В результате сильного воздействия газового потока на стекающую пленку в контактном элементе скорость ее стекания возрастает, толщина уменьшается. Часть жидкости с поверхности пленки в виде брызг уносится в межтарельчатое пространство аппарата. Описанные явления способствуют возникновению развитой поверхности контакта фаз, интенсивному тепло- и массообмену.

1375301

Благодаря тому, что высокие скорости газа воздействуют на пленку жидкости лишь в контактных элементах, сопротивление. аппарата не вьпие, чем у известного.

Формула изобретения

Тепломассообменный аппарат, вклю- 10 чающий корпус, внутри которого размещен трубчатый теплообменник, снабженный тарелками с контактными элементами в форме труб Вентури, распределительные камеры ввода и вывода жидкости и газа, контактные элементы установлены соосно с теплообменными трубами, а диффузоры выполнены за одно целое с основанием тарелки,отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности тепломассообмена путем турбулизации стекающей пленки жидкости спутным газовым потоком и пульсирующей

/ подачей жидкости, конфузоры установлены в углублениях основания, выполненных в виде приливов, выступающих над тарелкой, внутренняя конусообразная поверхность которых. составляет с поверхностью конфузоров кольцевые каналы, вход которых образован отогнутыми к тарелке верхними кромками конфузора и телом прилива, а выход размещен в горловине контактного элемента.

1375301

Составитель А.Сондор

Техред М.Ходанич Корректор Л.Пилипенко

Редактор Г.Гереши

Заказ 719/8 Тираж 642 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открштий

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

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