Ротационный массообменный аппарат

 

814386

Союз Советских

Социалистических

Республик

ИЗОБРЕТЕНИЯ (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 1605.79 (21) 2767559/23-26 с присоединением заявки ИЯ (23) Приоритет

Опубликовано 230381.Бюллетень Йо 11 (51) м. кл.з

В 01 D 3/30

Государственный комитет

СССР ло делам изобретений и открытий (53) УДК 66.015. . 23. 05 (088. 8) Дата опубликования описания 230381 (72) Авторы изобретеиия

Петр Павлович Любченков, Павел Петрович Любченков, Н.П.Рябченко и Б.Р.Попов

Краснодарский политехнический институт (71) Заявитель (54) РОТАЦИОННЫЙ МАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ

Изобретение относится к конструкциям ротационных аппаратов и может быть использовано для проведения ректификации и абсорбции в химической и пищевой промышленностях.

Известен ротационный аппарат, состоящий из сепаратора, изготовленного в виде вертикального цилиндра, контактных тарелок и ротора, снабженного устройством для распыления жидкости, выполненным в виде гофрированных цилиндров с перфорациями, или вентиляторных лопастей 11).

Известный аппарат не обеспечивает устойчивого распыла жидкости, не соэ- 15 дает условий для рециркуляции газовой фазы, что снижает время и поверхность контакта фаз, а также .обладает относительно небольшой производительностью.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является ротационный массообменный аппарат, состоявший из статора, выполненного в виде цилиндрической обечайки, контактных тарелок, через которые пропущен ротор, снабженный вентиляторными .лопастями (2j.

Данная, конструкция не обеспечивает устойчивый распыл жидкости и рециркуляцию газовой фазы, что значительно снижает как время, так и поверхность контакта фаэ. Производительность аппаратов не превышает по рядка 5-6 м /ч ввиду того, что диа3 метр статора не может быть более

1-1,5 м (из-за сложности изготовления и балансировки ротора). Последнее (малая производительность) является общим недостатком всех известных ротационных аппаратов, сдерживающим внедрение их в крупнотонное производство.

Цель изобретения — увеличение поверхности и времени контакта фаз путем создания устойчивого распыпа жидкости и рециркуляции газовой фазы и увеличение производительности аппарата. указанная цель достигается тем, что статор выполнен в виде двух коаксиальных цилиндрических обечаек, между которыми закреплены конические перфорированные тарелки, и снабжен горизонтальными перегородками, установленными внутри меньшей обечайки на уровне нижнего среза тарелок; с кольцевыми патрубками для перелива жидкой фазы, а ротор проходит через перегородки, при этом над и под пере814386 городками во внутренней обечайке выполнены окна для жидкой и газовой . фаз, а ротор снабжен двумя рядами вентиляторных лопастей и плоскими пластинами, установленными под ними, на уровне которых во внутренней обечайке выполнены перфорации, а угол наклона вентиляторных лопастей верхнего ряда противоположен углу наклона вентиляторных лопастей нижнего ряда.

Целесообразно перфорации в тарелках выполнять в виде однонаправленных чешуек, а перфорации во внутренней обечайке статора выполнять в виде отверстий, расширяющихся по направлению движения через них жидкости и газа.

На фиг. 1 показаны контактные элементы аппарата, вертикальный разрез; на фиг. 2 — узел Х на фиг.1.

Ротационный массообменный аппарат 20 состоит иэ статора, выполненного в виде двух коаксиальных цилиндрических обечаек 1 и 2,, между которыми закреплены конические перфорированные тарелки 3, н ротора 4, пропущенного g5 через горизонтальные перегородки 5, делящие внутренний объем внутренней обечайки 2 на отдельные секции. В, пределах каждой секции ротор снабжен двумя рядами вертикальных пластин верхним б и нижним 7, между которыми установлены вертикальные плоские пластины 8. Над перегородками 5 выполнены окна 9 для подвода в обечайку

2 жидкой фазы. Под перегородками 5 во внутренней обечайке выполнены окна 10 для рециркуляции газовой фазы.

На уровне вертикальных пластин 8 в меньшей обечайке 2 выполнены перфорации 11. угол наклона вертикальных лопас- .40 тей б противоположен по направлению углу вентиляторных лопастей 7 и выбран таким образом, что лопасти 6 создают направленное движение газовой фазы вниз, а лопасти 7 - направлен- 45 ное движение вверх.

Для обеспечения упорядоченного .движения фаз на тарелках 3 перфорации 12 выполнены в виде одйонаправленных чешуек. $0

Для перетекания жидкой фазы с выше« лежащей контактной тарелки на нижележащую между роторами 4 и перегородками 5 образован кольцевой переливной проход 13.

В предлагаемом аппарате ротор 4 приводится во вращение приводом, включающим, по аналогии с известным, электродвигатель и редуктор (на чер теже не показаны ввиду отсутствия в этом узле новизны). бо

Работает ротационный аппарат следующиМ образом.

Газовая (паровая) фаза движется в аппарате снизу вверх, проходя через чешуйки 12 в тарелках 3. После 65 того, как ротор 4 приведен во вращение, в аппарат на верхнюю тарелку подается жидкая фаза, которая поступает через окна 9 в обечайку 2 на перегородку 5. Вращение вентиляторных лопастей ? обеспечивает некоторое разрежение над перегородкой 5, что способствует поступлению в обечайку

2 через окна 9 жидкой и газовой фазы одновременно. При этом происходит азделение фаз. Гаэ движется под дейтвием вентиляторных лопастей 7 вверх, а жидкость стекает под действием силы тяжести вниз через переливной проход 13 и попадает на вращающиеся вентиляторные лопасти 6. Последние создают под перегородкой 5 некоторое разрежение, что обеспечивает поступление в обечайку 2 через окна 10 газовой фазы на рециркуляцию и улучшает перетекание жидкости через переливной проход 13. Жидкая фаза дробится вентиляторными лопастями 6 в потоке газа, поступающего на рециркуляцию, и отбрасывается к внутренней боковой поверхности обечайки 2. Образующаяся вращающаяся пленка стекает вниз, захватывается плоскими пластинами 8, которые.увеличивают скорость ее вращения, и под действием центробежных сил выдавливается через перфорации 11 в пространство между обечайками 1 и 2 над тарелкой 3. Потоки газовой фазы, эасасываемые вентиляторными лопастями 6 и 7 через окна 9 и 10, движутся навстречу друг другу. Это создает избыточное давление между вентиляторными лопастями б и 7 в полостях обечайки 2, что заставляет газовую фазу выходить вместе с жидкостью через перфорации 11, увеличивая скорость движения и улучшая распыление жидкой фазы над тарелкой 3.

Жидкость, вылетающая из перфораций 11 в виде. мелких. капель, достигает внутренней. боковой поверхности обечайки 1, сепарируется и стекает вниз на полотно тарелки 3, образуя на ней слой. Газовый поток, проходящий через однонаправленные чешуйки

12, проходит через этот слой и обеспечнвает направленное вращательное движение жидкости на тарелке 3.

Выполнение тарелок 3 коническими позволяет жидкости стекать к их центру, то есть к окнам 9, где она засасывается во внутрь обечайки 2. Порядок движения и взаимодействия фаз на нижележащей контактной ступени повторяется.

Процесс массообмена протекает везде, где есть контакт фаэ, однако сытедует вЫделить зоны наиболее интенсивного взаимодействия потоков газа и жидкости на каждой контактной ступени. Первая из них находится в пределах вентиляторных лопастей б, которые дробят и отбрасывают жидкость к боковой поверхности обечайки

814386

2 в потоке газа. Вторая зона сосредоточена в перфорациях 11, где жидкость и газ движутся совместно с большой скоростью. Третья и четвертая зоны находятся между обечайками 1 и 2. В первой из них процесс массообмена протекает в условиях распыления жидкости, а во второй — при образовании на тарелке 3 вращающегося гаэожидкостного слоя. При этом жидкость движется к окнам 9 по нисходящей спирали, что увеличивает время контакта фаз.

Все вышеперечисленные эоны массообмена обладают развитой поверхностью контакта фаз. Принудительное движение жидкости и газа через перфорации 11 под действием центробежных сил и избыточного давления, создаваемого вентиляторными лопастями б и 7, обеспечивает устойчивый распыл жидкой и высокую турбулизацию газовой фазы. 20

Объясняется зто тем, что перфорации

11 делят жидкую фазу на большое число отдельных струй независимо от нагрузки и режима работы аппарата. Кроме того, каждое отверстие (перфорация)я работает по принципу форсунки, так как жидкость движется через перфорации 11 вместе с потоком газа. Для улучшения распыла целесообразно перфорации 11 выполнять в виде цилиндри- ЗО ческих отверстий, расширяющихся по ходу движения жидкости.

ИспоЛьзование рециркуляции газовой фазы и увеличение пути движения жидкости в аппарате, за счет организации ее движения по контуру — от переливного прохода 13 к боковой поверхности обечайки 2 и по поверхности обечайки 2 к перфорациям .11, от перфораций 11 к боковой поверхности обечайки 1, от обечайки 1 по тарелке 3 к 40 переливному проходу 13. Это обеспечивает увеличение времени контакта фаз по сравнению с известными аппаратами.

Последнему способствует так же отсутствие традиционной (как в известном) переливной системы, в которой жидкость изолируется от газового потока.

В предлагаемом аппарате статор выполнен в виде двух коаксиальных обечаек 1 и 2. Причем вращающиеся детали (ротор) помещены только в меньшей обечайке 2. Это позволяет при одинаковом диаметре обечайки 2 и корпуса аппарата — известного изготавливать обечайку 1 диаметром порядка 2-4 м, то есть возможно изготовление ротационного аппарата большей производительности, что позволит использовать его в крупнотоннажном производстве химической и пищевой промышленностей. бО

Предлагаемая конструкция ротационного аппарата обладает рядом преимуществ по сравнению с известными аппаратами. Во-первых позволяет увели) чить поверхность и время контакта фаэ за счет создания устойчивого распыла жидкости и увеличения пути ее движения, а также за счет рецир-. куляции газовой фазы. Во-вторых, предлагаемый аппарат может быть изготовлен большой единичной производительности, в то время как известные конструкции ротационных аппара.тов не позволяют этого делать. Ввиду последнего, предлагаемая конструкция позволит использовать в крупнотон4ажных производствах химической и других промышленностей наиболее эффективные.форьы взаимодействия фаз (c подводом механической энергии)

Мто обеспечит высокую чистоту разделения смесей и повысит качество получаемой продукции.

Формула изобретения

1. Ротационный массообменный аппарат, состоящий из статора, тарелок и ротора, снабженного вентиляторными лопастями для перемещения газовой фазы, отличающийся тем, что, с целью увеличения поверхности и времени контакта фаз путем создания устойчивого распыла жидкости и рециркуляции газовой фазы, и увеличения производительности аппарата, статор выполнен в виде двух коаксиальных цилиндрических обечаек, а тарелки закреплены между ними и выполнены коническими с перфорацией, снабжен горизонтальными перегородками, установленными внутри внутренней обечайки на уровне нижнего среза тарелок, с кольцевыми патрубками для перелива жидкой фазы, ротор пропущен через перегородки, при этом над и под перегородками во внутренней обечайке выполнены окна для жидкой и газовой фаз, ротор снабжен вторым рядом вентиляторных лопастей и плоскими пластинами, установленными под ними на уровне которых во внутренней обечайке выполнены перфорации, а угол наклона вентиляторных лопастей верхнего ряда противоположен по направлению углу наклона вентиляторных лопастей нижнего ряда. . 2. Аппарат по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что перфорации во внутренней обечайке статора выполнены в виде отверстий, расширяющихся по направлению движения через них жидкости и газа.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 342645, кл. В 01 D 3/30, 1970.

2.. Авторское свидетельство СССР

76513, кл. В 01 D 3/30, 1948 (прототип).

Составитель A. Сондор

Техред Ж.Кастелевич Корректор C. tae Map

Редактор В. Данко

Тираж 706 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 870/6

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4