Насадочный тепломассообменный аппарат

 

Использование: в химической и смежных с ней отраслях промышленности для проведения процессов между газом (паром) и жидкостью в режиме инверсии фаз. Сущность изобретения: аппарат со слоем насадки снабжен расположенной соосно с корпусом и наполненной элементами насадки трубой. Труба своим верхним торцом прикреплена к выполненной в форме обратного усеченного конуса прижимной решетки, а ее нижний торец расположен под опорной решеткой ниже уровня узла.вывода жидкости. Участок трубы под опорной решеткой снабжен дополнительным узлом ввода газа (пара ), объединенным с основным узлом ввода газа (пара) в аппарат. Газо(паро)жидкостная эмульсия, самопроизвольно расширяясь,в замкнутом объеме корпуса с насадкой, достигнув прижимной решетки, разделяется на газ (пар) и жидкость на образующей ее поверхности, при этом жидкость стекает в трубу и является орошающей для ее насадочной части, в которую противотоком подается дополнительный поток газа (пара). 3 з. п. ф-лы. 2 ил. LH

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 В 01 D 3/32

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) @ „", «Д@зтЬ ь

;1 ИЮ "»" "

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ л

К ABTOPCKQMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4935951/26 (22) 12.05.91 (46) 23.04,93. Бюл. ¹s 15 (71) Рубежанский филиал Днепропетровского химико-технологического института им.

Ф.Э.Дзержинского и Рубежанский химзавод "Заря" (72) M.À.Áðeíåð, 3.Н.Мемедляев, А.В.Микуленко, А.Н.Чернышов, А.Е.Колесников, Г.А.Сумалинский и М.А.Кротких (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 904752,,кл. В 01 J 19/32, 1979. .Авторское свидетельство СССР

¹ 1214126, кл. В 01 D 3/32, 1984. (54) НАСАДОЧ Н ЫЙ ТЕПЛОМАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ (57) Использование: в химической и смежных с ней отраслях промышленности для проведения процессов между газом (паром) и жидкостью в режиме инверсии фаз. СущИзобретение относится к конструкциям тепломассообменных колонных аппаратов, применяемых в химической и смежных с ней отраслях промышленности для проведения процессов между газом (паром) и жидкостью в режиме инверсии фаз.

Целью изобретения является повышениетепломассообменной и пропускной способности . путем одновременного эффективного использования всех слоев насадки, Поставленная цель достигается насадочным тепломассообменным аппаратом, содержащим корпус, узлы ввода и вывода газа (пара) и жидкости, слой элементов насадки, опорную решетку под насадку, при„„Б Ц „„1810077 А1 ность изобретения: аппарат со слоем насадки снабжен расположенной соосно с корпусом и наполненной элементами насадки трубой. Труба своим верхним торцом прикреплена к выполненной в форме обратного усеченного конуса прижимной решетки, а ее нижний торец расположен под опорной решеткой ниже уровня узла,вывода жидкости.

Участок трубы под опорной решеткой снабжен дополнительным узлом ввода газа (пара), объединенным с основным узлом ввода газа (пара) в аппарат. Газо(паро)жидкостная эмульсия, самопроизвольно расширяясь, в замкнутом обьеме корпуса с насадкой, достигнув прижимной решетки, разделяется на газ (пар) и жидкость на образующей ее поверхности, при этом жидкость стекает в трубу и является орошающей для ее насадочной части, в которую противотоком подается дополнительный поток газа (пара). 3

3. и. ф-лы. 2 ил. жимную решетку, которая прикреплена к верхнему торцу слоя насадки, и располо- и женную соосно корпусу трубы, наполнен- QQ ную элементами насадки, в котором, д согласно изобретению, труба своим торцом прикреплена к прижимной решетке, ее нижний торец расположен под опорной решеткой ниже уровня узла вывода жидкости; а участок трубы под опорной решеткой снабжен дополнительнмм узлом ввода rasa (пара).

Целесообразно прижимную решетку «а выполнить в форме обратного усеченного конуса, меньший диаметр которого равен диаметру трубы, а дополнительный узел

1810077

10

20

30

40

А-А на фиг,1

55 ввода газа (пара) в трубу объединить с основным узлом ввода газа (пара) в аппарат.

Сущность изобретения заключается в следующем.

При работе аппарата в режиме инверсии фаз (режиме эмульгирования) жидкость выводится из слоя насадки двумя потоками: первый, нисходящий через слой насадки аппарата под его опорную решетку, второй, восходящий вместе с газом (паром), формирующийся в результате самопроизвольного расширения газо(паро)жидкостного слоя, достигшего верхнего торца слоя насадки и разделения его на газ(пар) и жидкость, которая через верхний торец трубы сливается в ее полость, наполненную элементами насадки, при этом наличие дополнительного узла ввода газа (пара) в трубу обеспечивает проведение в насадочной ее части взаимодействие стекающей жидкости с дополнительным потоком газа (пара), причем такое взаимодействие произойдет более интенсивно из-за большей разности концентрации и температур, а режим взаимодействия может быть выбран от пленочного до режима эмульгирования в зависимости от параметров основного тепломассообменного процесса в насадке аппарата. Расположение нижнего торца трубы под опорной решеткой ниже уровня узла вывода жидкости позволяет создать в этой зоне трубы жидкостный затвор, предотвращающий поступление основного потока газа (пара) в полость трубы через ее нижний торец и соответственно способствующий восходящему движению дополнительного газового (парового) потока по трубе и его взаимодействию в насадочной части трубы с противоточно движущейся жидкостью, Таким образом, оба потока газа (пара) и оба потока жидкости смешиваются естественным образом соответственно в зоне над прижимной решеткой и в зоне под опорной решеткой, а их концентрации усредняются, и покидают аппарат соответственно через свои узлы вывода одним потоком.

Разделению газо(парс)жидкостного потока на газ (пар) и жидкость у прижимной решетки при переходе через нее способствует ее выполнение в форме обратного усеченного конуса, меньший диаметр которого равен диаметру трубы. Разделение потока происходит вследствие переориентации движения жидкости с прямолинейной восходящей вместе с газом (паром) траектории в замкнутом кольцевом объеме корпуса с насадкой в центральную зону расположения трубы в силу резкого снижения сил трения, увеличения сил деформации потока, повышения так называемого краевого эффекта и образования в связи с этим свободных каналов для продолжающего восходящее по насадке к узлу его вывода газа (пара) и слива жидкости под действием силы тяжести в полость трубы, заполненной элементами насадки.

Объединение дополнительного узла ввода газа (пара) в трубу с основным узлом ввода газа (пара) в аппарат позволяет иметь единственный газовый (паровый) тракт ввода, автоматическое регулирование подачи и разделения на два конкурирующих потока на котором осуществляется с помощью минимального количества КИП, Датчиками для исполнительных механизмов регулирования при этом могут быть дифманометры или уровнемеры, измеряющие перепад давления или уровень газо(паро)жидкостной эмульсии соответственно в насадочной части аппарата и трубы.

Таким образом, предлагаемый аппарат обладает способностью к гидравлическому саморегулированию благодаря наличию парных конкурирующих потоков газа (пара) и жидкогти, движущихся различными трактами, но имеющих общее начало и конец, что надежно стабилизирует режим эмульгирования в насадочных зонах аппарата и трубы, расширяя соответственно его диапазон, а следовательно и увеличивая пропускную способность аппарата в целом, Происходящая при этом частичная циркуляция части жидкой фазы из насадочной зоны аппарата в насадочную зону трубы позволяет вести более глубокое извлечение из нее целевых компонентов, например в процессах десорбции или более интенсивное обогащени6 ее целевым компонейтом, например в процессах абсорбции, что повышает тепломассообменную способность аппарата, На фиг.1 показан предлагаемый аппарат, продольный разрез; на фиг.2 — сечение

Аппарат состоит из корпуса 1, внутри которого на опорной решетке 2 размещен слой элементов насадки 3, к верхнему торцу которой прикреплена прижимная решетка

4, узлов 5 и 6 ввода и вывода газа (пара), расположенных под слоем насадки 3 и над ним соответственно, распределителя 7 жидкости и узла 8 ее вывода, расположенных в слое насадки 3 и под ним соответственно, расположенную соосно корпусу 1 трубу 9, наполненную элементами насадки 10. Труба 9 своим верхним торцом прикреплена к прижимной решетке 4, ее нижний торец расположен под опорной решеткой 2 ниже уровня узла 8 вывода жидкости, а участок трубы 9 под опорной решеткой 2 снабжен дополнительным узлом 11 ввода газа (пара), 1810077

Прижимная решетка 4 выполнена в форме обратного усеченного конуса, меньший диаметр которого равен диаметру трубы 9. Дополнительный узел t1 ввода газа (napa) в трубу 9 объединен с основным узлом 5 ввода газа (пара) трубопроводом 12 с распбложенным на нем регулирующим органом 13. Для опорожнения аппарата в нижней части корпуса 1 расположен нижний спуск 14.

Аппарат работает следующим образом.

Жидкость подают в аппарат через распределитель 7, а газ (пар) — через узел 5 его ввода.

Газ (пар) подают в количестве, обеспечивающем при заданной нагрузке пожидкости, известных характеристиках насадки 3 и физико-химических свойствах газа (пара) и жидкости, как минимум достижением им скорости инверсии фаз, при которой, в результате максимального развития межфазной поверхности, достигается максимальная степень тепломассообмена, что является основным преимуществом режима эмульгирования, В этом режиме гаэ (пар) и жидкость взаимодействуют в слое насадки 3 как под распределителем 7 жидкости так и над ним вследствие самопроизвольного расширения слоя газо(пэро)жидкостной эмульсии. В соответствии с этим жидкость из слоя насадки 3 выводится двумя потоками, причем первый из них формируется из жидкости, провзаимодействовавшей с газом (паром) на участке слоя насадки 3 от распределителя 7 жидкости до опорной решетки 2 и выводится нисходящим потоком под опорную решетку 2, а второй образуется из жидкости, провзаимодействовшей с газом (паром) на участке слоя насадки 3 от распределителя 7 жидкости до сечения малого диаметра усеченного конуса, в форме которого выполнена прижимная решетка 4, Формирование второго потока происходит следующим образом.

Расширяющийся газо(паро)жидкостной слой, войдя в зону установки прижимной решетки 4 и достигнув ее образующей поверхности, разделяется на газ (пар), который выходит из аппарата через узел 6 его вывода, и жидкость, которая по образующей поверхности обратного усеченного конуса прижимной решетки 4 под действием силы тяжести стекает в полость трубы 9, заполненной элементами насадки 10, орошая ее таким образом и продолжая тепломассообменный процесс уже в насадочной зоне трубы 9. Противотоком стекающей по трубе 9 жидкости направляется через дополнительный узел 11 ввода газ (nap), количество которого выбирается, например обеспечивающим достижение им скорости инверсии фаз, с помощью регулирующего органа 13, установленного на трубопроводе

12, объединяющем узлы 11 и 5 ввода дополнительного и основного потаков газа (пара)

5 соответственно в трубу 9 и аппарат, После взаимодействия в насадке 10 трубы 9 дополнительный поток газа (пара) над прижимной решеткой 4 объединяется с основным потоком газа (пара) и покидает аппарат через

10 узел 6 его вывода, а жидкость, пройдя гидрозатворную зону трубы 9, образованную расположенйем ее нижнего торца ниже уровня узла 8 вывода жидкости, объединяется с-основным потоком жидкости и поки15 дает аппарат через узел 8 ее вывода.

Количественная характеристика жидкостных потоков, выводимых из слоя насадки

3 зависит от степени превышения скорости инверсии фаз.

20 Конструкция предлагаемого аппарата, позволяя варьировать количествами газа (пара), проходящими через слой насадки, дает возможность варьировать и производительностью аппарата по жидкости, что

25 как и одновременное эффективное использование всех слоев насадки повышает тепломассообменную способность аппарата.

Предлагаемый аппарат легко управляется, автоматизируется и может быть ис30 польэован в промышленном производстве азотной кислоты на стадии абсорбции окислов азота, а также в качестве санитарного скруббера улавливания кислотных туманов и паров легковоспламеняющихся жидко35 стей, Формула изобретения

1, Насадочный тепломассообменный аппарат, содержащий корпус, узлы ввода и вывода газа (пара) и жидкости,.слой элемен40 тов насадки, опорную решетку под насадку, прижимную решетку, прикрепленную к верхнему торцу слоя насадки, и расположенную соосно с корпусом трубу, наполненную элементами насадки, отличающийся

45 тем, что, с целью повышения тепломассообменной и пропускной способности путем одновременного эффективного использования всех слоев насадки, труба своим верхним торцом прикреплена к прижимной

50 решетке, ее нижний торец расположен под опорной решеткой них<е уровня узла вывода жидкости, а участок трубы под опорной решеткой снабжен дополнительным узлом ввода газа (пара).

2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что прижимная решетка выполнена в форме обратного усеченного конуса, меньший диаметр которого равен диаметру трубы.

1810017

Фиг.I

Фиг.2

Составитель Н. Бренер

Техред М.Моргентал

Редактор Г.Бельская

Корректор Л.Ливринц

Заказ 1406 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

3. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что дополнительный узел ввода газа (пара) в трубу объединен с основным узлом ввода газа (пара) в аппарат.