Аппарат для проведения процесса массообмена в системе газ(пар) - жидкость

 

Изобретение относится к аппаратурному оформлению массообменных процессов в системе газ(пар) - жидкость, и может быть применено в химической и смежных с ней отраслях промышленности для абсорбции и десорбции труднорастворимых газов, для газожидкостных массообменных реакционных процессов, процессов с пневматическим перемешиванием и диспергированием, протекающих при повышенных жидкостных нагрузках, и позволяет повысить эффективность массообмена за счет увеличения времени контакта фаз и развиваемой межфазной поверхности путем создания направленной циркуляции потоков взаимодействующих фаз. Внутри корпуса размещены контактные тарелки с перфорированным полотном, цилиндрической емкостью, конической крышкой и сепарационным элементом. Внутри емкости с зазором к полотну расположена обечайка и распределитель, выполненный в виде усеченного конуса. Жидкость по переливному устройству подается в распределитель, поступает в зону перфорации полотна, где взаимодействует с газом, образуя вертикальный контур циркуляции потоков внутри емкости. Отношение диаметров большего основания распределителя и цилиндрической емкости равно 0,95-0,98, а отношение диаметров обечайки и цилиндрической емкости равно 0,5-0,75. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1551391 (51)5 В 01 D 3/26

А1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTGPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

Г10 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЬГГИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4431546/31-26 (22) 2?.05.88 (46) 23.03.90. Бюл. № 11 (71) Белорусский технологический институт им. С. М. Кирова и Институт прикладной физики АН МССР (72) А. Е. Рабко, В. А. Марков, В. К. Сырбу, А. М. Покровский, И. В. Драко и Н. М. Дорожняк (ЬЗ) 66.015.23.05 (088.8) ф6) Авторское свидетельство СССР № 1225588, кл. В 01 D 3/26, 1984. (54) АППАРАТ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ПРОЦЕССА МАССООБМЕНА В СИСТЕМЕ

ГАЗ (ПАР) — ЖИДКОСТЬ (57) Изобретение относится к аппаратурному оформлению массообменных процессов в системе газ(пар) — жидкость, может быть применено в химической и смежных с ней отраслях промышленности для абсорбции и десорбции труднорастворимых газов, для газожидкостных массообменных реакционных процессов, процессов с пневматическим

Изобретение относится к аппаратурному оформлению массообменных процессов в системе газ(пар) — жидкость и может быть применено в химической и смежных с ней отраслях промышленности для абсорбции и десорбции труднорастворимых газов, для газожидкостных массообменных реакционных процессов, процессов с пневматическим перемешиванием и диспергированием, протекающих при повышенных жидкостных нагрузках, например для хемосорбционной очистки подземных вод от сероводорода и фтора при нодоподготовке.

Целью изобретения является повышение .эффективности массообмена за счет повыперемешиванием и диспергированием, протекающих при повышенных жидкостных нагрузках, и позволяет повысить эффективность массообмена за счет увеличения времени контакта фаз и развиваемой межфаз. ной поверхнрсти путем создания направленной циркуляции потоков взаимодействующих фаз. Внутри корпуса размещены контактные тарелки с перфорированным полотном, цилиндрической емкостью, конической крышкой и сепарационным элементом. Внутри емкости с зазором к полотну расположена обечайка и распределитель, выполненный в виде усеченного конуса. Жидкость по переливному устройству подается в распределитель, поступает в зо <у перфорации полотна, где взаимодействует с газом, образуя вертикальный контур циркуляции потоков внутри емкости. Соотношение диаметров большего основания распределителя и цилиндрической емкости равно 0,95 — 0,98, а соотношение диаметров обечайки и цилиндрической емкости равно 0,5 — 0,75. 2 з.п. ф-лы, 2 ил. шения времени контакта фаз и увеличения развиваемой межфазной поверхности путем создания направленной внутренней циркуляции потоков взаимодействующих фаз.

На фиг. 1 показан аппарат для проведе ния процесса массообмена в системе газ (пар) — жидкость, продольный разрез; на фиг. 2 — разрез А-А на фиг. 1.

Внутри корпуса 1 массообменного аппарата размещены контактные тарелки 2, каждая из которых имеет полотно 3 с перфорацией, сужающуюся кверху контактную камеру, выполненную в виде цилиндрической емкости 4 с конической крышкой 5, соедйненной с сепарационным элементом 6.

1551391

1

Внутри емкости 4 с зазором к полотну 3 расположена обечайка 7 и распределитель 8.

Переток жидкости с тарелки на тарелку осуществляется с помощью периферийного переливного устройс:-ва 9.

Аппарат работает следующим образом.

Газ, поднимаясь по аппарату снизу вверх, проходит через отверстия перфорированного полотна 3 и вступает во взаимодействие с жидкостью, которая подается с вышележащей тарелки по переливному устройству 9 внутрь емкости 4 и далее в канал, образованный боковой поверхностью распределителя 8 и емкости 4, равномерно распределяется по периметру зоны перфорации полотна 3 и через зазор между меньшим основанием распределителя 8 и полотном 3 перетекает на перфорированное полотно 3, где вступает в контакт с газом.

Образ> кяцийся газожидкостпый поток попадает внутрь обечайки 7, где смешивается с поступающим в зазор между нижним основанием обечайки 7 и большим основанием распределителя 8 циркулирующим потоком и приобретает устойчивое восходящее движение в центральной части емкости 4.

В верхней части контактной камеры происходит ударное измененйе направления движения восходящего потока о внутренние поверхности сепарационного элемента 6 и конической крышки 5 с получением высокотурбулизированной мел кодисперсной газожидкостной эмульсии, которая в условиях стеснения внутри контактной камеры образует нисходящий поток с высоким газосодержанием и развитой межфазной поверхностью в обьеме, свободном от восходящего потока. В нижней части емкости 4 происходит частичное расслоение нисходящего потока. При этом жидкость с мелкими пузырями подается через зазор между нижним основанием обечайки 7 и большим основанием распределителя 8 внутрь обечайки 7, а эмульсия с пузырями больших размеров натекает на обечайку 7 сверху, где дополнительно инжектируется восходягцим двухфазным потоком.

Таким образом возникает устойчивый вертикальный контур циркуляции потоков взаимодействующих фаз, охватывающий полностью объем контактной камеры. Избыток фаз из контактной камеры выбрасывается через сепарационный элемент 6, где газовая фаза отделяется от жидкой. При этом газ уходит на вышележащую ступень, а жидкость стекает в зазор, образованный емкостью 4 и корпусом 1, откуда подается по переливному устройству 9 на нижележащую ступень.

Для получения устойчивого циркуляционного контура внутри контактной камеры в широком диапазоне нагрузок по газовой и жидкой фазам необходим выбор оптимального соотношения между диаметрами обе5

55 чайки и цилиндрической емкости, рекомендуемого 0,5:0,75. При соотношения,меньшем

0,5,из-за высокой скорости фаз в обечайке происходит расслоение восходящего потока, снижается скорость циркуляции и происходит опускание уровня жидкости в контактной камере. При соотношении, большем 075, сокращается площадь сечения зазора между нижним основанием обечайки и большим основанием распределителя, значительная часть циркулирующей жидкости начинает натекать на обечайку сверху и циркуляционный контур становится неустойчивым, появляются крупномасштабные пульсации, проскок газовых мешков через слой и др.

При этом в обоих случаях эффективность массообмена снижается.

При соотношении диаметров большего основания распределителя и цилиндрической емкости, большем 0,98, затруднен монтаж распределителя при сборке контактного устройства. При соотношении, меньшем

0,95, возрастает доля жидкости, поступающей в образующийся зазор и смешивающейся с циркулирующим потоком. При этом снижается концентрационный градиент при взаимодействии фаз непосредственно на перфорированном полотне и соответственно уменьшается эффективность массообмена на контактном .устройстве.

Применение аппарата позволяет при прочих равных условиях в !,5 — 2 раза увеличить объем зоны интенсивного контакта фаз внутри контактной камеры. Проведенные замеры скорости циркуляции в контактной камере диаметром 0,45 м показывают, что при скоростях газа по аппарату 0,3 — 1,5 м/с и плотностях орошения 25 — f00 м /м ч, кратность циркуляции жидкости составляет

25 — 5,5, а газа 0,32 — 0,25. При этом в 2—

3 раза возрастает время контакта фаз.

Сравнительные исследования распределения развиваемой межфазной поверхности в объеме контактной камеры проведены стереометрическим методом с применением двухэлектродного датчика сопротивления. Полученные результаты показали, что в сопоставимых условиях удельная межфазная поверхность в восходящем потоке у предлагаемой конструкции в 1,1 — 1,5 раза выше, чем у известного, и составляет 310 †3 м /м .

Это объясняется положительным влиянием циркуляции потоков. В нисходящем потоке межфазная поверхность возрастает до 400-550 м /м, что подтверждает наличие здесь зоны интенсивного контакта фаз. Таким образом, суммарная межфазная поверхность в предлагаемой конструкции в 2 — 3 раза выше, чем у известной.

Сравнительные исследования на модельных средах показывают, что эффективность массопередачи по Мерфи повышается в

1,2 — 1,35 раза по сравнению с известным.

1551391

Формула изобретения

Составитель Г. Урусова

Техред И. Верес Корректор H. Ревская

Тираж 556 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета но изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, ° Москва, )К вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат «Патент», r Ужгород, ул. Гагарина, 101

1. Аппарат для проведения процесса массообмена в системе газ(пар) — жидкость, включающий корпус с установленными по высоте переточными контактными тарелками, каждая из которых имеет полотно с перфорацией, контактную камеру с сепарационным элементом, обечайку внутри контактной камеры и периферийное переливное устройство, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности массообмена за счет увеличения времени контакта фаз и развиваемой межфазной поверхности путем создания направленной внутренней циркуляции потоков взаимодействующих фаз, контактная камера выполнена в виде цилиндрической емкости с конической крышкой, обечайка расположена с зазором к полотну и снабжена распределителем в виде усеченного конуса, установленного между полотном с зазором к последнему и соосно цилиндрической емкости, при этом меньшее основание конуса направлено в сторону полотна и имеет длину, равную зоне перфорации.

2. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что соотношение диаметров большего основания распределителя и цилиндрической емкости равно 0,95 — 0,98.

3. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что соотношение диаметров обечайки и ци линдрической емкости равно 0,5 — 0,75.