Контактный элемент массообменного аппарата

 

Изобретение относится к конструкциям устройств для осуществления процесса массообмена и может найти применение в газовой, нефтяной и смежных отраслях промышленности. Целью изобретения является повышение эффективности работы контактного элемента за счет интенсификации массопередачи, снижения гидравлического сопротивления и расширения диапазона гидродинамически устойчивой работы. Контактный элемент массообменного аппарата состоит из конусообразного диффузора с выступающей над полотном тарелки верхней частью, по поверхности которого выполнены прорези с отогнутыми внутрь лепестками, причем в диффузоре свободно расположен клапан шарообразной формы. Общая высота диффузора определяется из уравнения H = CTG Α/2 (√(D<SB POS="POST">O</SB>/2)<SP POS="POST">2</SP> + (D/2)<SP POS="POST">2</SP> - D<SB POS="POST">O</SB>/2) + H<SB POS="POST">в</SB>, где H - высота диффузора

H<SB POS="POST">в</SB> - высота выступающей части

D - диаметр шара

D<SB POS="POST">о</SB> - диаметр входного сечения диффузора

α - угол раскрытия диффузора. Доля свободного сечения прорезей составляет 30 - 40% от выступающей поверхности диффузора. Диаметр входного сечения диффузора составляет 0,75 - 0,8 диаметра шара. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

со1ОЗ советских соцИАлистичесних

РЕСПУБЛИН (51) 5 В О1 в 3/30

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A BTOPCHQiVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОсудАРстВенный нОмитет пО изОБРетениям и ОтнРытиям дРи гкнт ссо

1 (21) 4452104/23-26 (22) 16.05.88. ,(46) 07,05,90, Бюл. И 17 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт природных газов (72) Н.А.Козобкова, 10.К.Молоканов и Н.А.Хайруллин (53) 66.048.375 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР и 856473, кл. B 01 D 3/30, 1979.

Авторское свидетельство СССР

N 517308, кл. S 01 D 3/30, 1974. (54) КОНТАКТНЫИ ЭЛЕМЕНТ МАССООБМЕННОГО АППАРАТА (57) Изобретение относится к конструкциям устройств для осуществления процесса массообмена и может найти применение в газовой, нефтяной и смежных отраслях промышленности. Целью изобретения является повышение эффективности работы контактного элемента за счет интенсификации массопередачи, снижения гидравлического сопротивления и расширения диапазона

Изобретение относится к конструкциям устройств для осуществления процесса массообмена и может найти применение в газовой, нефтяной и смежных отраслях промышленности.

Целью изобретения является повышение эффективности работы контактного элемента за счет интенсификации массопередачи, снижения гидравлического сопротивления и расширения диапазона гидродинамически устойчивой работы..

2 гидродинамически устойчивой работы.

Контактный элемент массообменного аппарата состоит из конусообразного диффузора с выступающей над полотном тарелки верхней частью, по поверхности которого выполнены прорези с отогнутыми внутрь лепестками, причем в диффузоре свободно расположен клапан шарообразной формы. Общая высота диффузора определяется из уравнения и.

Н = ctg --- -1(— - ) + (— -)> — — - ) +

+ Н,, где Н вЂ”; Н1 - высота выступающей части; D - диаметр шара; Da — диаметр входного сечения диффузора; Ы вЂ” угол раскрытия диффузора. Доля свободного сечения прорезей составляет 30-40 ь от выступающей поверхности диффузора, Диаметр входного сечения диффузора составляет 0,75-0,8 диаметра шара. 2 з.п. ф-лы, 2 ил,, 1 табл.

На фиг. 1 изображен контактный элемент массообменного аппарата, общий вид; на фиг. 2 — график зависимости гидравлического сопротивления теоретической ступени контакта от скорости газа во входном сечении диффузора.

Тарелка включает горизонтальное полотно 1, на котором расположен конусообразный диффузор 2, в котором свободно р.изнежен клапан в виде шара

1561999

3. По выступающей на высоту Н® над полотном 1 поверхности диффузора 2 выполнены прорези 4. При первоначальном положении шарового клапана в диф- 5 фузоре 2, т,е. при его статическом состоянии, нижняя точка A на поверхности шара расположена на одном уровне с входным сечением диффузора (фиг. 1). 10

Конструкция работает следующим образом.

При подаче газа через входное сечение диффузора 2 шар 3 поднимается и.зависает в диффузоре 2. При этом 15 в области,.расположенной ниже диаметрального сечения шара 3, вследствие более высокой скорости газа образуется область пониженного давления по сравнению с давлением над шаром 20

3, благодаря чему шар З,удерживается в диффузоре 2, а не выбрасывается из него. Равновесие шара 3 в диффузоре

2 наступает тогда, когда силы динамического. воздействия потока газа на 25 шар 3 уравновесятся его массой. Экспериментальные исследования предлагаемого устройства проводят на "хо лодном" стенде на системе вода — воздух ° 30

Общая высота диффузора определена из уравнения о

Н = ctg ---(2

---) + Н

D0

Ь ) где Н - общая высота диффузора;

Н - высота выступающей над поЬ 40 лотном тарелки верхней части диффузора;

D - диаметр шара;

D, — диаметр входного сечения диффузора; о - угол раскрытия диффузора.

Высота выступающей над полотном тарелки верхней части диффузора составляет 0,5-0,8 диаметра шара. Доля свободного сечения прорезей составляет 30-40о 0Т выступающей над полотном

50 тарелки поверхности диффузора, а их количество составляет 6-12. Диаметр входного сечения диффузора составляет 0,75-0,8 диаметра шара.

Углубление на полотне тарелки вы55 полнено в виде конусообразного диффузора, что позволяет уменьшить величину гидравлического сопротивления () х к Яо о ) где S - площадь кольцевого зазора к на высоте h щ

Г D оС D

=; (.., ). ()1.

К 2 й< х 2 )) площадь входного сечения дифОо фузора S = и (— -) 2 о 2

С учетом подстановки значений Бк и

Яо опРеДелЯетсЯ Ь дх из УРавнениЯ (1)

0 D 0

cto — -(()2 + ()2 о к 2 ) 2 2

Do, 2 (2) Тогда общая высота диффузора равна о

Н= ctg ——

D0 1

+ Н

2 (3) и расширить диапазон гидродинамически устойчивой работы, а также исключить заедание и перекос клапанного элемента, что делает работу тарелки стабильной и устойчивой.

Выполнение просечных элементов llo выступающей поверхности диффузора с ориентацией их вовнутрь диффузора связано с тем, что при этом происходит дополнительное эжектирование жидкости через прорези с образованием большого количества вихрей, что создает наиболее благоприятные условия для переноса массы и энергии, вследствие чего повышается эффективность массообмена.

Общая высота диффузора Н выбирается из расчета на максимальную рабочую высоту поднятия шара в диффузоре Ь и колебаний шара вследствие флуктуации скорости газового потока. Подъем шара в диффузоре происходит при условии, когда скорость газа в кольцевом канале между стенкой диффузора и поверхностью шара Я „ будет больше скорости газа во входном сечении диффузора Q . При равенстве этих скоростей движение шара вверх прекращается.

Таким образом, максимальная высота поднятия шара в диффузоре определяется из равенства

5 15619

Увеличение высоты выступающей над полотном тарелки верхней части диффузора Н более 0,8 диаметра шара приводит к образованию застойных зон с нециркулируемой жидкостью, что ухудшает интенсивность массообмена,Уменьшение высоты Н менее 0,5 диаметра шара конструктивно нецелесообразно, так как затрудняется выполнение прорезей.

Предпочтительной величиной доли свободного сечения прорезей является

30-40 . При уменьшении доли свободного сечения менее 301 между прорезями образуются застойные зоны, что уменьшает интенсивность массообмена. При увеличении предлагаемого интервала уменьшается поверхность контакта фаз и, как следствие этого, уменьшается 20 эффективность массообмена.

Количество прорезей по выступающей поверхности диффузора должно быть 6—

12. При уменьшении количества прорезей интенсивность массообмена снижа- 25 ется, при их увеличении не происходит эффективного диспергирования жидкости.

Уменьшение диаметра входного сечения диффузора менее 0,75 диаметра шара экономически нецелесообразно вслед- ЗО ствие увеличения гидравлического сопротивления элемента, Увеличение диа четра входного сечения диффузора более 0,8 диаметра шара приводит к защемлению шара внутри диффузора вследствие наличия сил трения между стенкой диффузора и поверхностью шара.

Защемление шара внутри диффузора приводит к неработоспособности конструкции. 40

В таблице представлены значения гидравлического сопротивления 5 Р и эффективности массопередачи Е контактного элемента с различными конструктивными размерами при скорости газа во входном сечении диффуэора 25 м/с и плотности орошения 5 мз/(матч).

Также преимуществом предложенного контактного элемента является то, что в нем исключены заедание и перекос контактного элемента, что делает работу тарелки стабильной и устойцивой.

Кроме того, повышена однородность слоя на полотне тарелки при минимальном значении уноса жидкости.

Из таблицы следует, что большее значение эффективности массопередачи имеют контактные элементы, у которых высота выступающей части диффузора

Н не более 0,8 диаметра шара, доля свободного сечения прорезей составляет 30-40 ь от выступающей над полотном тарелки площади диффузора, а их колицество составляет 6-12 ° Меньшее значение гидравлического сопротивления имеют контактные элементы, у которых

95 6 диаметр входного сечения диффузора составляет не более 0,8 диаметра шара.

Эффективность работы контактного

1 устройства оценивают по величине гидравлического сопротивления теоретической ступени контакта - P/F,вклюцающей значение гидравлического сопротивления ЛР и эффективность массопередачи Е. Чем меньше величина критерия Л P/E тем эффективней является контактный элемент.

На фиг. 2 представлен график ДР/Е= — Г(Я,) для контактных элементов предлагаемой конструкции (линия 1) и прототипа (линия 2). Проведенное сопоставление показало большую íà 15-201 эффективность предлагаемого контактного элемента эа счет снижений гидравлического сопротивления ЬР, что достигается совокупностью предлагаемых конструктивных отличий и большей эффективности массопередачи Е, что достигается созданием дополнительной эоны зжекции газожидкостного потока.

Отношение .этих характеристик Д P и Е дает сравнительно невысокую величину гидравлического сопротивления теоретической ступени контакта Ь Р/Е, а следовательно, и большую эффективность предложенного контактного элемента по сравнению с прототипом.

Диапазон гидродинамически устойчивой работы определяется отношением максимально допустимой скорости газа к минимальной. Как показали результаты эксперимента, максимальное значение скорости газа, т.е. скорости, при которой унос жидкости составляет 1О> соответствует 3,0 м/с (в расчете на контактную площадь тарелки). Минимально допустимая скорость газа, т.е. скорость, при которой провал жидкости составляет 51, соответствует 0,5 м/с, Следовательно, рабочий диапазон предложенного контактного элемента равен

7, а рабочий диапазон контактного элемента, выбранного в качестве прототипа, равен 3.

1561995

H = ctg — -(q(- — ) + (-- — } — --<) + Н

2 Ч 2 2 2 в где H - общая высота диффузора;

- угол раскрытия диффузора;

В - диаметр входного сечения диффузора;

D - диаметр шара;

Н в - высота выступающей над полотном тарелки верхней части диффузора.

2, Элемент по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что.доля свободного сечения прорезей составляет 30-40 от выступающей поверхности диффузора.

3. Элемент по пп.1 и 2, о т л и ч а ю шийся тем, что диаметр входного сечения диффузора составляет 0,75-0,8 диаметра шара.

Значение конструктивного параметра конта кт ного элемента

E в

Доля свободного сечения прорезей, В

Количество прорезей

Диаметр входного сечения диффузора, Dp (îò диаметра шара D) формула изобретения

1, Контактный элемент массообменного аппарата, включающий полотно тарелки с углублением, в котором размещен клапан в форме шара, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения эффективности работы контактного элемента за счет интенсификации массопередачи, снижения гидравлического сопротивления и расширения диапазона гидродинамически устойчивой работы, углубление на полотне тарелки выполнено в виде конусообразного диффузора с выступающей над полотном тарелки верхней частью, в которой вЫполнены прорези с отогнутыми вовнутрь лепестками, а общая высота диффузора определена из уравнения

50 . 2

6

12

14

16

0 75о48

0,8 D 49

0,9 D 55

1,2 о 63

1,6 0 70

82

88

88

86

81

79

78

87

88

88

87

84

1561995

600

500

З00

200

100

30 Фб о(И

20 Рог.2

Составитель А,Сондор

Редактор А.Шандор Техред М,gидьiк Корректор Н.Король

Заказ 1020 Тираж 552 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина,101