Контактное устройство для массообменных аппаратов

 

Изобретение относится к контактным устройствам для массообменных аппаратов, в частности для насадочных колонн для систем газ - жидкость. Задачей данного изобретения является интенсификация процесса массопередачи путем снижения гидравлического сопротивления и ликвидации застойных зон. Насадка для массообменных аппаратов состоит из периодически расположенных прямоугольных пластин, образующих уголковый элемент со щелью при вершине, расположенных углами вверх, причем кромки пластин вышерасположенного ряда образуют с пластинами нижерасположенного ряда зазоры, а соотношение ширины щели при вершине уголка и ширины зазора равно 1:5. 3 ил.

Изобретение относится к массообменным устройствам колонных аппаратов для систем газ(пар) - жидкость и может быть использовано в нефтехимической, химической и других отраслях промышленности.

Известны насадочные колонны, в которых контакт между газом и жидкостью осуществляется на поверхности специальных насадочных тел, а также в свободных пространствах между ними. Известна конструкция жалюзийной тарелки, которая состоит из наклонно поставленных пластин, между которыми образуются каналы. Тяжелая и легкая фазы движутся противотоком в каналах тарелки, а при входе в каналы следующей тарелки меняют направление движения. Эффективность подобных тарелок недостаточно высока и уступает эффективности насадок других типов [Скобло А.И. и др. Процессы и аппараты нефтеперерабатывающей промышленности. - М.: 1984, с.214, с.298].

Известно устройство, позволяющее получить лучшие по производительности и разделительной способности показатели по сравнению с насадочными и тарельчатыми колоннами. Наиболее близкой по совокупности существующих признаков является уголковая насадка, составленная из горизонтальных рядов равнобоких уголков, расположенных углами вверх, с зазором между собой. В зазоры помещаются уголки нижерасположенного ряда, полки которых образуют с кромками полок верхних уголков щели [пат. 2094113 РФ, МКИ³ 6 В 01 J 19/32. Уголковая насадка для массообменных аппаратов/ В.И.Фетисов, А.З.Абдуллин, А.К.Панов, А.В.Бакиев (РФ); Стерлитамакское акционерное общество “Каустик” (РФ). -№5067982/25; заявлено 20.05.92; опубл. 27.10.97, приоритет 20.05.92 (прототип)].

Недостатком данной конструкции является значительное гидравлическое сопротивление. Кроме того, при малых нагрузках процесс диспергирования жидкой фазы недостаточно эффективен.

Задача данного изобретения - интенсификация процесса массопередачи для систем газ-жидкость и снижение гидравлического сопротивления.

Указанная задача решается тем, что в контактном устройстве для массообменных аппаратов, составленном из периодически расположенных рядов прямоугольных пластин, образующих в сечении уголковые элементы, расположенные углами вверх, согласно изобретению, уголковые элементы имеют прямоугольную горизонтальную щель при вершине, причем соотношение ширины щели при вершине уголка и ширины зазора, образованного кромкой пластины вышерасположенного ряда с пластиной нижерасположенного ряда, равно 1:5, а нижние кромки наклонных пластин выполнены зубчатыми.

Сущность изобретения заключается в одновременном использовании для контакта фаз эффектов, возникающих при их струйно-капельном взаимодействии при движении через зазоры, при их пленочном течении по наклонным полкам элементов, а также при турбулизации фаз в объеме между полками. Кроме того, щель при вершине уголка создает условия для дополнительной турбулизации и диспергирования легкой фазы в вышерасположенную область.

Подобное сочетание взаимодействий между фазами приводит к интенсификации процесса массопередачи, исключает застойные и свободные области контактной зоны и каналообразование при движении фаз, одновременному струйно-противоточному течению через щели, пленочному течению вдоль наклонных полок, турбулизации фаз и дополнительному диспергированию при прохождении через щель при вершине уголков. Данная конструкция насадки обеспечивает равномерность профиля скоростей взаимодействующих фаз и, как следствие, равномерный массообмен, а также более низкое гидравлическое сопротивление.

Использование зубчатых нижних кромок пластин уголкового элемента стабилизирует число мест струеобразования, что обеспечивает равномерность массообмена в поперечном сечении колонны.

На фиг.1 показана конструкция контактного устройства; на фиг.2 - схема движения газовой и жидкой фаз; на фиг.3 - узел А на фиг.1.

Контактное устройство составлено из горизонтальных рядов прямоугольных пластин 1, образующих уголковый элемент со щелью при вершине 2, расположенных углами вверх, причем кромки пластин вышерасположенного ряда образуют с пластинами нижерасположенного ряда зазоры 3 (фиг.1), соотношение ширины щели при вершине уголка и ширины зазора, образованной кромкой пластины вышерасположенного ряда с пластиной нижерасположенного ряда, равно 1:5.

Контактное устройство работает следующим образом. При организованном противотоке фаз жидкость стекает по наклонным полкам уголкового элемента 1 к зазору 3, образованному кромкой пластины вышерасположенного ряда и пластиной нижерасположенного ряда, и с повышенной скоростью истекает в область уголкового элемента, эффективно контактируя с противоточно движущейся газовой фазой, распадаясь при этом на струи и диспергируясь при этом в область 1 (фиг.1).

Восходящий газовый поток контактирует со стекающей по наклонным пластинам жидкостью в области II и III и, имея вертикальную составляющую, вызывает турбулизацию газожидкостного слоя в области I. Затем в вышерасположенной ячейке процесс повторяется (фиг.2).

Для стабилизации числа мест струйно-противоточного течения фаз через зазор нижние кромки пластин уголкового элемента выполнены зубчатыми.

В связи с возможностью изменять ширину пластин уголкового элемента, размер щели, зазора и их положение относительно вершин уголковых элементов позволяет регулировать объем областей турбулизации, время пребывания фаз в аппарате, размер струй жидкой фаз.

Контактное устройство для массообменных аппаратов может быть использовано для осуществления процессов массообмена в системах газ(пар) - жидкость и может найти применение в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности.

Проведенные предварительные исследования показали, что использование предлагаемого контактного устройства позволяет улучшить массообменные характеристики аппаратов на 5-7% в зависимости от их размеров и свойств системы и до 15% повысить их нагрузки, а также, согласно экспериментальным данным, гидросопротивление данной насадки на 40-50% ниже, чем у уголковой.

Формула изобретения

Контактное устройство для массообменных аппаратов, составленное из рядов прямоугольных пластин, расположенных с образованием уголковых элементов, установленных углами вверх с образованием щели при вершине угла и с образованием зазора между кромкой пластины вышерасположенного ряда с пластиной нижерасположенного ряда, отличающееся тем, что прямоугольные пластины расположены с возможностью создания струйно-капельного взаимодействия фаз при движении через зазоры между кромкой пластины вышерасположенного ряда с пластиной нижерасположенного ряда, пленочного течения по наклонным полкам пластин и диспергирования легкой фазы в вышерасположенную область через щели при вершине угла, причем отношение ширины щели при вершине угла к ширине зазора между кромкой пластины вышерасположенного ряда с пластиной нижерасположенного ряда равно 1:5.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3