Аппарат для проведения тепломассообменных процессов

 

Изобретение относится к пенным скоростным прямоточным тепломассообменным аппаратам для проведения процессов абсорбции, хемосорбции, увлажнения и пылеулавливания. Аппарат для проведения тепломассообменных процессов в системе газ - жидкость в прямоточном режиме включает вертикальный цилиндрический корпус, тарелку, в центре которой установлен контактный патрубок с переточными трубами, отражатель с лопатками, расположенный на верхнем торце контактного патрубка. Тарелка и переточные трубы выполнены горизонтальными, переточные трубы установлены в нижней части контактного патрубка и выступают внутрь его, при этом соотношение диаметра контактного патрубка и его высоты составляет (0,8-1,5):1, а соотношение сечения контактного патрубка и суммарного сечения переточных труб - (10-20):1. Аппарат позволяет повысить эффективность тепломассообмена при одновременном увеличении его надежности при использовании в многотоннажном производстве, например в производстве минеральных удобрений. 1 з.п.ф-лы, 2 ил., 3 табл.

Изобретение относится к пенным скоростным прямоточным тепломассообменным аппаратам для проведения процессов абсорбции, хемосорбции, увлажнения и пылеулавливания.

Известен аппарат для проведения тепломассообменных процессов в системе газ - жидкость в прямоточном режиме, включающий вертикальный корпус, тарелку, в центре которой установлен контактный патрубок, конусный отражатель с лопатками, расположенный на верхнем торце контактного патрубка (авт.свид. СССР 413954, В 01 D 5/32, 1972 г.).

Аппарат имеет низкую эффективность, большой брызгоунос и узкий диапазон рабочих скоростей по газу из-за невозможности обеспечить хорошее разделение газожидкостного потока в сепарационной зоне.

Наиболее близким к описываемому по технической сущности и достигаемому результату является другой известный аппарат для проведения тепломассообменных процессов в системе газ - жидкость в прямоточном режиме, включающий вертикальный цилиндрический корпус, тарелку, в центре которой установлен контактный патрубок с переточными трубами, отражатель с лопатками, расположенный на верхнем торце контактного патрубка. В этом аппарате тарелка снабжена изогнутыми переточными трубами, верхние концы которых расположены на уровне нижнего торца патрубка, а тарелка установлена с наклоном по отношению к патрубку. Лопатки отражателя выступают за контактный патрубок на расстояние 0,25-0,4 диаметра его, при этом каждая лопатка заходит на 1/3 последующей при высоте лопаток 0,2-0,3 высоты патрубка. Это позволяет повысить эффективность тепломассообмена за счет расширения диапазона рабочих скоростей по газу и уменьшить брызгоунос (авт. свид. 839094, кл. В 01 D 3/26, публ. бюл. 45, 1986 г.).

Однако данный аппарат обладает следующими недостатками. При использовании его в промышленных условиях, при сильно-сильно запыленных газах и загрязненных жидкостях, поступающих в больших количествах, происходит зарастание тарелки и переточных труб, что приводит к частым остановкам аппарата на чистку и соответственно снижается его эффективность. Кроме того, при промышленном использовании такого аппарата снижается эффективность тепломассообмена.

Поставлена задача - создать аппарат, позволяющий повысить эффективность тепломассообмена при одновременном увеличении его надежности при использовании в многотоннажном производстве (например, в производстве минеральных удобрений).

Поставленная задача решена в предложенной конструкции аппарата для проведения тепломассообменных процессов в системе газ - жидкость в прямоточном режиме, включающем вертикальный цилиндрический корпус, тарелку, в центре которой установлен контактный патрубок с переточными трубами, отражатель с лопатками, расположенный на верхнем торце контактного патрубка, в котором тарелка и переточные трубы выполнены горизонтальными. Переточные трубы установлены в нижней части контактного патрубка и выступают внутрь его. При этом соотношение диаметра контактного патрубка и его высоты составляет (0,8-1,5):1, а соотношение сечения контактного патрубка и суммарного сечения переточных труб - (10-20):1. Соотношение диаметра отражателя и длины хорды лопатки - (1,5-1,8):1.

Сущность способа заключается в следующем. Так как данный аппарат предназначен для многотоннажного производства, то соответственно в него поступают большие объемы сильнозагрязненных газов и жидкости. Следовательно, в нем не должно быть узлов и деталей, создающих застойные зоны. Горизонтальные переточные трубы и горизонтальная тарелка позволяют их избежать. При этом необходимо добиться не только снижения зарастания осадками аппарата, но и высокой его эффективности. Высокая эффективность обеспечивается при высокой плотности орошения в контактном патрубке, которая определяется суммарным сечением переточных труб. Наилучшие результаты по улавливанию аммиака и пыли были получены при условиях, когда отношение сечения контактного патрубка к суммарному сечению переточных труб находилось в интервале 10 -20. Отношение диаметра контактного патрубка к его высоте в пределах 0,8-1,5 обеспечивает высокотурбулизированный газожидкостной слой.

Отношение диаметра отражателя к длине хорды лопатки, равное 1,5-1,8, обеспечивает наименьший брызгоунос из аппарата. Все предложенные параметры узлов аппарата были определены из проведенных исследований по массообмену. Результаты исследований приведены в табл.1-3.

Из табл. 1 видно, что максимальная интенсивность массоотдачи контактной ступени наблюдается в диапазоне изменения отношения d/H от 0,8 до 1,5. При выходе за границы интервала коэффициенты массоотдачи падают, что можно объяснить снижением запаса жидкости в рабочей зоне.

Из табл. 2 следует, что наибольшая интенсивность массообмена аппарата (20-21 1/с) соответствует такому сечению переточных труб, при котором отношение S_кп/S_тр составляет 10-20. Это объясняется оптимальными плотностью орошения и запасом жидкости в указанном диапазоне.

Табл. 3 показывает, что оптимальное соотношение диаметра отражателя к длине хорды лопатки, при котором наблюдается наименьший брызгоунос, составляет 1,5-1,8. Это связано с влиянием геометрии и длины лопатки на степень закручивания газожидкостного потока и брызгоунос.

На фиг.1 представлен продольный разрез предлагаемого аппарата; на фиг.2 - поперечный разрез по сечению А-А.

Аппарат включает вертикальный цилиндрический корпус 1, горизонтальную тарелку 2, в центре которой установлен контактный патрубок 3. На верхнем торце контактного патрубка расположен отражатель 4 с криволинейными лопатками 5. В контактном патрубке на уровне нижнего обреза закреплены горизонтальные переточные трубы 6. В корпусе имеются штуцера 7 и 8 для подвода и отвода газа, штуцера 9 и 10, 11 для подвода и отвода жидкости соответственно.

Аппарат работает следующим образом. Газ поступает в цилиндрический корпус аппарата 1 через штуцер 7, проходит в контактный патрубок 3 и диспергирует жидкость, поступающую в контактный патрубок по переточным трубам 6. В контактном патрубке образуется пенный газожидкостной поток, который поднимается вверх, ударяется об отражатель 4 и проходит между лопатками 5, закручивается и отбрасывается к стенке корпуса. За счет центробежного эффекта закрученная жидкость сепарируется, стекает по стенке корпуса вниз и направляется повторно по переточным трубам 6 в контактный патрубок. Свежая жидкость поступает в аппарат через штуцер 9, отработанная жидкость сливается через переливочный штуцер по тарелке 2. Часть жидкости выводится через штуцер 11, газ выходит из аппарата через штуцер 8.

Формула изобретения

1. Аппарат для проведения тепломассообменных процессов в системе газ - жидкость в прямоточном режиме, включающий вертикальный цилиндрический корпус, тарелку, в центре которой установлен контактный патрубок с переточными трубами, отражатель с лопатками, расположенный на верхнем торце контактного патрубка, отличающийся тем, что тарелка и переточные трубы выполнены горизонтальными, переточные трубы установлены в нижней части контактного патрубка и выступают внутрь его, при этом соотношение диаметра контактного патрубка и его высоты составляет (0,8-1,5): 1, а соотношение сечения контактного патрубка и суммарного сечения переточных труб - (10-20): 1.

2. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что соотношение диаметра отражателя и длины хорды лопатки составляет (1,5-1,8): 1.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3