Тепломассообменный аппарат
Союз Советских
Социалистических
Респубики
Ч и Ф П. П. Любченков, Н, П. Рябченко, И.М. Аношин, М. И. Сухина и В, И, Белохвостиков (72) Авторы изобретения, Краснодарский политехнический институт (7I) Заявитель (54) ТЕПЛОМАССООБМЕННЪ|Й АППАРАТ Изобретение относится к конструкциям массообменных аппаратов и может быть использовано для переработки жидкостей, засоряющих аппараты, например, масляных мисцелл, в пищевой, фармацевтической и химической промышленности. Известен дистилляционный аппарат вихревого типа, содержащий контактную трубку, внутри которой установленывихревые элеменгы, образующие зазор с контактной трубкой (1). Наиболее близок по технической сущности к предложенному тепломассообменный аппарат, содержащий корпус, контактные трубки и размещенные в них элементы, выполненные в виде лопаточных эавихрителей и тангенциально расположенных пластин (2). Конструкция этих аппаратов позволяет организовать только пленочное течение жидкой фазы,что в значительной мере сокрашает поверхность контакта фаэ. Кроме того, эта конструкция не позволяет изготавливать аппараты большой единичной мощности. При увеличении диаметра контактной трубки интенсивность процесса массообмена снижается, так как через центральную часть аппарата проскакивает паровои поток, который не контактирует с жидкой фазой. Последняя удерживается центробежными силами на периферии. Внутренний объем аппарата используется нерационально. Цель изобретения — интенсификация процесс» массообмена за счет увеличения времени контакта фаэ. Это достигается тем, что в тепломассообменном аппарате эавихрители установлены последовательно по высоте, нижерасположенный завихритель имеет в своей центральной части окно для прохода газа (пара) и каждая контактная трубка снабжена прикрепленным к ее внутренним стенкам усеченным конусом, размещенйым вершиной над центральной частью, вышерасположенного завихрителя и выполненным с окнами на его боковой поверхности, снабженными бортами. Целесообразно в аппарате между лопаточными эавихрителями вертикально устанавливать тангенциально расположенные перекрывающие друг друга пластины; нижнюю кромку усеченного конуса располагать на расстоянии 5-10 мм от вьшмрасположенного эавихрителя, угол на3 691 ! клона лопаток вышерасположенного завихрите ля иметь меньше нижерасположенного завихрителя. На фиг, 1 изображен тепломассообменный аппарат, вертикальный разрез; на фиг. 2 — кон-. тактная трубка, вертикальный разрез. Тепломассообменный аппарат содержит корпус 1, контактные трубки 2, набранные в пакет по принципу кожухотрубного теплообменника, верхнюю крышку 3, днище 4 с барботером 5, патрубок 6 для отвода жидкой фазы. Аппарат имеет патрубок для отвода паровой фазы 7 и патрубки 8 для подачи исходного продукта. Контактная трубка 2 имеет отверстия 9 для возврата жидкой фазы, выбрасываемой из аппарата в 13 режиме, близком к захлебыванию. Внутри каждой контактной трубки 2 установлены с зазором 10 элементы, состоящие из центрального лопаточного завихрителя 11 и периферийного лопаточного завихрителя 12, име- 20 ющего в своей центральной части окно 13 для прохода газовой фазы. Завихрители 11 и 12 соединены между собой с помощью вертикальных тангенциально расположенных и перекрывающих друг друга с зазором пластин 14. Каждая контактная трубка 2 снабжена прикрепленным к ее внутренним стенкам усеченным конусом 15, вершина которого находится в центре центрального завихрителя 11, а боковая поверхность снабжена окнами 16 для проходагазовой (паровой) фа-30 эы. По кромке окон 16 закреплены ограничительные бортики 17, позволяющие организовать направленное движение жидкости от периферии к центру завихрителя 11 без перетекания ее через окна, что необходимо для предотвращения 35 уноса. о Тепломассообменный аппарат работает следувнцим образом. Жидкую фазу подают через патрубки 8 в каждую контактную трубку 2. Газовая (паровая) фа- 40 за поступает в аппаратчерез барботер 5 и поднимается вверх. Подходя через элементы, она первоначально делится на два потока, один из которых проходит через окно 13, а другой закручивается в эавихрителе 12. Первый поток делится еще 43 на две части. Одна иэ них направляется через тангенциально расположенные пластины 14 и приобретает закрученное движение с преобладанием радиального перемещения (от центра к периферии), а вторая — проходит через завихритель 11, >0 также приобретая закрученное движение. Жидкая фаза стекает с вышележащего элемента через сливной зазор 10 и с помощью конуса 15 направляется в центр завихрителя 11 нижележащего элемента. За счет сил трения газовый (паровой) поток, прохолящий через завихритель 11, сообщает жидкости вращательное движение, что приводит к отбрасыванию жидкости в ради141 4 альном направлении центробежными силами. При соприкосновении жидкости с газовым (паровым) потоком, проходящим через тангенциально расположенные пластины 14, радиальное перемещеwe жидкости усиливается, что приводит к увеличению силы удара жидкости о стенку контактной трубки 2 и уменьшает уное жидкости при ее движении от завихрителя 11 к стенке контактной трубки 2. После удара о стенку жидкость стекает вниз йо контактной трубке 2 в сливной зазор 10, при этом газовый (паровой) поток, проходящий через завихритель 12, закручивает стекающую пленку, турбулизируя ее и увеличивая поверхность контакта фаз за счет волнообразования. Газовый поток из нижележащего элемента поступает в вышележащий элемент через окна 16 в конусе 15. Ограничительные бортики 17 предотвращают укос жидкой фазы при ее перетекании с вышележаще. го элемента на нижележащий через конус. Процесс массообмена протекает везде, где есть контакт фаэ. В аппарате имеются следующие зоны массообмена: в конусе, над завихрителем 11, между. торцовыми кромками завихрителя 11 и стенкой контактной трубки 2, в месте удара жидкой фазы о стенку контактной трубки 2, между верхними кромками эавихрителя 12 и местом удара жидкости о стенку. Практически осуществляется не прерывный контакт фаз на протяжении всего движения фаэ в аппарате. Однако наиболее интенсивно процесс массообмена протекает в месте удара жидкости о стенку и между торцовыми кромками эавихрителя 11 и стенкой контактной трубки 2, так как именно здесь. удается максимально турбулизировать жидкую фазу и развить поверхность контакта фаз. Наличие конуса позволяет избежать зон застоя и исключить забивание аппарата при работе на жидкостях засоряющих аппарат, например, масля- ° ных мисцеллах. Как видно из вышеизложенного, для осуществления нормальной работы аппарата необходимо обеспечить определенное соотношение между потоками газа (пара), проходящими через завихрители 11 и 12. Количество газовой (паровой) фазы, проходящее через завихритель 11, должно исключать проваливание жидкости через лопатки завихрителя; в то же время не должно быть уноса жидкости с завихрителя ll вверх. Количество газовой (паровой) фазы, проходящее через эавихритель 12, должно обеспечивать стекание жидкости через сливной зазор 10 и позволять накапливать жидкость между эавихрителем 12 и верхней кромкой конуса 15 в виде вращающейся пленки. В рабочем диапазоне среднерасходных скоростей газовой (паровой) фазы (5-7 м/c) эти условия обеспечиваются созданием различной степени закручивания потока, т.е. степень закру5 691 чивания центрального завихрителя 11 должна быть на 30 — 50 o больше, чем степень закручивания переферийного завихрителя 12, например, эа счет меньшего угла наклона лопаток. Подачу жидкой фазы необходимо производить непосредственно в область над завихрителем, так как именно над эавихрителем наблюдается максимальная угловая скорость потока. Это позволяет распылять жидкость в радиальном направлении центробежными силами с большей скоростью, 10 что увеличивает ее удар о стенку, а следовательно приводит к интенсификации процесса массо. обмена. Для этого нижняя кромка усеченного конуса удалена от центрального эавихрителя всего на 5 — 10 мм. Выше этого расстояния над завих- 15 рителем наблюдается значительная раскрутка потока, а значит — эффект распыления и удара жидкости о стенку будет меньше. В настоящее время в аппаратах, набранных из контактных трубок по. принципу кожухотрубного теплообменника, ис 20 пользуют контактные трубки диаметром 30 — 70 мм. Зля достижения необходимой производительности (10 — 20 т/ч) по жидкой фазе устанавливают от 30 до 100 контактных трубок, в зависимости от диаметра трубок и производительности аппарата. В связи с этим возникает проблема равномерного распределения жидкости ito трубкам. До настоящего времени не существует конструкций распределительных узлов, позволяющих равномерно распределять жидкую фазу по контактным трубкам при работе последних в режиме противотока фаз. С целью улучшения распределения жидкости по трубкам диаметр последних выбирают в пределах 200 — 400 мм, что позволяет уменьшить ко- .З личество контактных трубок до 5 — 15. В этом случае становится возможным организовать индивидуальную подачу жидкости в каждую трубку, как показано на фиг. 1, и уменьшить габари Tbl аппарата. Дальнейшее увеличение диаметра трубок ведет к увеличению габаритных размеров аппарата. Формула изобретения 141 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР Р 232189, кл. В 01 0 3/30, 1966. 2. Николаев Н. А. и др., Ректификационные колонны с вихревыми прямоточными ступенями, "Теоретические основы химической технологии", т. 4, Р 2, 1970, с. 261 (прототип) . 1. Тепломассообменный аппарат, содержащий корпус, контактные трубки и раэмешенные в них элементы, выполненные в виде лопаточных эавихрителей, отличающийся тем, что,с целью интенсификации процесса за счет увеличения времени контакта фаз, завихрители установ. лены последовательно по высоте, нижерасположенный завихритель имеет в центральной части окно для прохода газа (пара) и каждая контактная трубка снабжена прикрепленным к ее внутренним стенкам усеченным конусом, размещенным вершиной над центральной частью вышерасположенного завихрителя и выполненным с окнами на боковой поверхности, снабженными бортами. 2. Тепломассообменный аппарат по п. 1, о тл и ч а ю ш и и с я тем, что между лопаточными завихрителями вертикально установлены тангенциыьно расположенные перекрывающие друг друга пластины. 3. Тепломассообменный аппарат по пп. 1,2, отличающийся тем, что нижняя кромка усеченного конуса расположена на расстоянии от вышерасположенного завихрителя. 4. Тепломассообменный аппарат по пп. 1,2,3, ь т л и ч а ю шийся тем, что угол наклона лопаток вышерасположенного эавихрителя меньше, чем угол наклона лопаток нижерасположенного завихрителя. 691141 1б 14 Составитель С, Баранова Редактор Ф. Серебрянский Техред С,Мигай Корректор Г Назарова Заказ 6089/2 Тираж 877 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета СССР но делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5 Филиал ПЛП Патент", г. Ужгород„ул, Проектная, 4
