Массообменная колонна

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскии

Социалистическии

Республик и>882540 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22)Заявлено 13.02.80 (21) 2882636/23-26 с присоединением заявки ря— (23) Приоритет

Опубликовано 23. 11. 81. Бюллетень Рй 43

Дата опубликования описания 1 3 . 1 1 . 8 1 (51)М. Кл.

В О1 О 3/зо

3ЬоуАаретваииый комитет

СССР ию долом изооретеиий и открытий (53) УДК66.015. . 23.05(088.8) (72) Авторы изобретения

Г. И. Березин, Е. М. Володько и В. А. Вальдман

j1 4" ..,-чр

КХ1;и ...-„,. ;, °

Щь > ---.т ..,б

Проектно-конструкторское бюро попроектированию ббоРРЦбвани дпв производства синтетических смол и ппастических масс (7l ) Заявитель (54) МАССООБМЕННАЯ КОЛОННА

Изобретение относится к массообменным аппаратам и может быть использова-. но в химической, нефтеперерабатывающей, пищевой и других отраслях промышленности для проведения массообменных про-.

5 цессов, в особенности для очистки вентвыбросов промышленных производств от загрязнений, в частности для очистки воздуха от капролактама.

Известна массообменная колонна;

10 включающая корпус с расположенными последовательно по высоте колонны плоскими завихрителями. Благодаря рассечению потока газа пластинами завихрителей обеспечивается равномерное

1S перемешивание газа и жидкости, поступающей на пластины из переливных стаканов 313.

Однако по гидродинамической картине газожидкостного потока эта колонна приближается к барботажным аппаратам с клапанно-вихревыми тарелками и поэтому не позволяет получить скорость газового потока более 3 м/с, что дертает производительность аппарата сравнительно низкой. При скорости газового потока более 3 м/с происходит унос жидкости с пластин завихрителей в вышележащие контактные ступени ввиду малой эффективности поля центробежных сил закрученного газожидкостного потока. В результате этого перелив жидкости в нижние ступени прекращается и наступает режим "захлебывания" колонны, Известна также массообменная колонна, включающая корпус с расположенными по его высоте контактными устройствами, состоящими из горизонтального кольцевого основания и установленного на нем завихрителя с лопатками, выполненными в виде многозаходной спирали Архимеда.

Выходные кромки лопаток завихрителя образуют между собой криволинейные каналы. Эти каналы имеют сечение прямоугольной формы в ппоскости,проходящей через ось аппарата. Газожидкост82540 нь|й поток на выходе из каналов завихрителя имеет тангенциальное по отношению к стенке аппарата направление, что позволяет получить закрученный газожидкостный поток с высокоэффективным полем центробежных сил. Тем самым достигается сепарация жидкости без брызгоуноса при скорости газа в полном сечении аппарата до величины

5 м/с (2$.

Однако дальнейшее повышение скорости газа приводит к брызгоуносу из-за высокой местной скорости газа в кольцевом зазоре между завихрителем и стенкой корпуса аппарата. Жидкость сепарирования на внутренней стороне стенки корпуса аппарата задерживается в виде кольцеобразно циркулирующей пленки в зоне верхнего основания завихрителя. Под действием высокоскоро-, стного потока газа в упомянутом зазоре жидкость срывается со стенки аппарата, диспергируется и уносится в . вышележащие контактные ступени, что снижает эффективность массообмена аппарата, а также сопровождается нарастанием величины задержки жидкости в аппарате с последующим его "захлебыванием

Наряду с этим в известном аппарате наблюдается неравномерное распределение жидкости в сечении каналов завихрителя по их высоте. Основная часть жидкости оттесняется потоком газа в верхнюю часть завихрителя, а у нижней части выходных кромок лопаток завихрителя образуется "застойная" зона» где поверхность лопаток оголена от жидкости, а скорость rasa столь мала, что не обеспечивает эффективного контакта жидкости и rasa. С увеличением скорости газа неравномерность распределения жидкости и газа по высоте канапов завихрителя увеличивается.

Цель изобретения — увеличение эффективности массообмена и производительности по газу за счет равномерно го распределения газожидкостного потока по высоте контактного устройства и снижения брызгоуноса.

Поставленная цель достигается тем, что лопатки завихрителя установлены наклонно к оси колонны с переменным углом наклона, увеличивающимся по длине лопатки по направлению к периферийной кромке.

При этом целесообразно, чтобы угол наклона лопатки завихрителя к оси ко лонны составлял у центральной кромки ;

4 лопатки 5-l(P а у периферийной — 2030

Кроме того, верхняя и нижняя кромки лопатки выполнены профилированны5

На фиг. 1 схематически представлена массообменная колонна, продольный разрез; на фиг. 2 — изометрическое изображение лопатки завихрителя; на фиг. 3 — развертка лопатки завихрителя.

Колонна имеет корпус 1, разделенный по высоте кольцеобразными перегородками 2 на контактные ступени 3 °

15 Перегородка 2 имеет центральное отверстие 4 для прохода газа. На перегородке установлен завихритель 5, состоящий из лопаток 6, изогнутых по спирали Архимеда, и диска 7, с которым лопатки жестко соединены своей верхней кромкой. Для придания большей жесткости завихрителю лопатки 6 у нижних кромок соединены между собой перемычками не показано).

С целью обеспечения центровки завихрителя 5 относительно отверстия 4 перегородка 2. снабжена по кромке этого отверстия буртиком 8. Сливные трубы 9, коллектор 10 и центральная сливная труба 11 образуют сливную систему контактной ступени, служащую для слива накопленной по перегородке 2 жидкости в нижележащую контактную ступень. Стакан 12 образует на нижнем конце центральной сливной трубы 11 гидрозатвор.

Э5

Диск 7 завихрителя имеет центральное отверстие 13 для размещения центральной сливной трубы 11. Прокладки 14. обеспечивают. герметичность соединения контактных ступеней.

Каждая лопатка 6 завихрителя установлена наклонно к оси колонны с переменным углом наклона. Минимальный угол наклона 1 лопатка имеет у центральной кромки, причем сторона аК параллельна оси 00., колонны (фиг. 2).

Величина cLq выбирается в пределах 510. Максимальный угол наклона cLg лопатка имеет у периферийной крОмки, причем сторона bf параллельна оси 001

5© колонны. Величина угла cI.y выбирается в пределах 20-30.

Верхняя и нижняя кромки лопатки выполняются профилированными. Определенный профиль кромок задается заготовке лопатки, развертка которой показана на фиг. 3, где профипированы кромки ab u cd Профилирование кромок лопатки выполняется так, что после

882540 изгиба лопатки по форме спирали Архимеда и установки ее с наклона на перегородке 2 верхняя и нижняя кромки лопатки лежат в горизонтальных плоскостях, параллельных плоскости перегородки 2. При этом представляется более удобным крепление лопаток завихрителя к диску 7 и исключается байпасирование газа из каналов 15 завихрителя у верхней и нижней кромок лола- 16 ток 6.

За счет уменьшения поперечного сечения каналов верхней части завихрителя и увеличения их сечения в нижней его части достигается благоприятное 1% для массообмена перераспределение массы газожидкостного потока по высоте каналов: поскольку уменьшение сечения каналов в верхней части сопровождается увеличением местного гидро- 20 сопротивления, происходит отклонение газожидкостного потока к нижнему основанию завихрителя и. увеличению его скорости в нижней части каналов завихрителя. Таким образом достигается 2$ равномерное распределение жидкости и. газа по высоте каналов завихрителя, что обеспечивает максимальный контакт жидкости и газа на каждой контактной ступени и повышает тем самым эффектив-ЗО ность массообмена всей колонны в це-, лом.

В результате наклона лопаток завихрителя в направлении к центру аппарата эавихритель по общему контуру своей геометрии представляет собой усеченный конус с меньшим основанием кверху. Поэтому зазор между завихрителем и стенкой корпуса аппарата увеличен в зоне верхнего основания завих- 4О рителя, Формула изобретения

Таким образом увеличено сечение щелевого канала для прохода в зоне сепарации жидкости, позволяющее снизить местную скорость газожидкостного потока в этом месте примерно в два раза и предотвратить тем самым срыв сепарированной жидкости с внутренних стенок колонны и ее брызгоунос. Это, в свою очередь, позволяет увеличить скорость газа в полном сечении колонны до 7 м/с.

Колонна работает следующим образом.

Газ подается нагнетателем в нижнюю часть корпуса 1 колонны н движется снизу вверх по его проточной полости, проходя последовательно в этом направлении все контактные ступени 3. В каждую контактную ступень +аз посту,пает через центральное отверстие 4 в перегородке 2.

Жидкость подается в верхнюю часть колонны и движется противотоком по отношению к направлению движения газа— сверху вниз, при прямоточном контакте с газом в каждой контактной ступени.

Жидкость из предыдущей (верхней) контактной ступени сливается с перегород" ки 2 по сливным трубам 9, коллектору

10 и центральной сливной трубе 11 s стакан 12. Далее жидкость переливается из стакана 12 в движущийся снизу поток газа. В результате контакта жидкости с быстродвижущимся потоком rasa происходит мелкодисперсное распыление ее и перемешивание с газом.

Образовавшийся газожидкостной поток направляется далее по криволинейным каналам 15 завихрителя 5 . На выходе иэ каналов завихрителя газожидкостной поток имеет примерно тангенциальное направление по отношению к стенке корпуса 1 колонны, в результате чего он приобретает вращательное движение относительно оси колонны.

Под действием поля центробежных сил вращающегося потока жидкость отбрасывается к стенке корпуса колонны и сепарируется на внутренней ее стороне в виде кольцеобразно циркулирующей жидкостной пленки, откуда под дей- ствием силы тяжести непрерывно стекает вниз и собирается на горизонтальной перегородке 2. Затем жидкость стекает с перегородки 2 по сливным трубам; в нижележащую контактную ступень и процесс взаимодействия жидкости и rasa повторяется до тех пор, пока отработанная жидкость не будет выведена из корпуса колонны в нижней его части. Газовый поток, из которого жидкость сепарирована под действием, центробежных сил, поступает в вышележащие ступени для последующего контактирования .с жидкостью

Изобретение позволяет увеличить производительность колонны на 407.

Экономический эффект составит

24 тыс. руб. в год.

1. Массообменная колонна, включающая корпус с расположенными по его высоте контактными устройствами, каждое из которых состоит из горизонтального кольцевого основания и установленна882540 го на нем завихрителя с лопатками, выполненными в виде многозаходной спирали Архимеда, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повьппения эффективности массообмена и произвоцительности по газу за счет равномерного распределения газожидкостного потока по высоте контактного устройства и снижения брызгоуноса, лопатки установ" лены наклонно к оси колонны с переменным углом наклона, увеличивающимся по длине лопатки в направлении к периферийной кромке.

2. Колонна по и, 1, о т л и ч а " ю щ а я с я тем, что угол наклона лопатки к оси колонны составляет у центральной кромки лопатки 5-10, а у периферийной — 20-30

3. Колонна по пп. 1 и 2, о т л и3 ч а ю щ а я с я тем, что верхняя и нижняя кромки лопатки завихрителя выполнены профилированными.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М- 439297, кл. В 01 0 3/30, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

N - 558679, кл. В Ol 0 3/20, 1976 (прототип).