Аппарат для контактирования пара (газа) с жидкостью

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

Оп ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<» 965446 (61) Дополнительное к авт. спид-ву(22) Задавлено 24. 04. 79 (21) 2757755/23-26 (5))M. Кл. с присоединением заявки Ж

В 01 О 3/26

Государственный коинтет

СССР (23) Приоритет (53) УДК 66.015. .23.05 (088.8) Опубликовано 15 . 1 0 . 82 . Бюллетень йе38

Дата опубликования описания 15. 10. 82 оо делам нзобретеннй н открытнй (72) Авторы б

Н. A. Войнов, В. Ф. Харин, В. Н. Щербаков, (54) АППАРАТ ДЛЯ КОНТАКТИРОВАНИЯ ПАРА (ГАЗА) С ЖИДКОСТЬЮ

Изобретение относится к химической технологии, в частности к массообменным аппаратам для проведения тепломассообменных процессов в системе пар (газ)-жидкость.

Известен массообменный аппарат для взаимодействия пара (газа) с жидкостью, состоящей из корпуса, трубных решеток с отверстиями и тарелок, снабженных контактными элементами„ выполненными в виде цилиндрическихпатрубков, проходящих сквозь тело тарелки, и переливными патрубками, между тарелками расположены трубныерешетки, отверстия которых совпадают с осями контактных элементов (1).

Однако данный аппарат характеризуется низкой эффективностью массообмена, малыми расходами жидкостной и паровой (газовой) фаз, большим уносом жидкости с нижележащей тарелки на вышележащую, трудностью центровки отверстий в трубной решетке с осями .контактных элементов и низкой турбулизацией жидкой и паровой (газовой) фаз.

Известен аппарат для контактирования пара (газа) с жидкостью, состоящей из корпуса, трубных решеток, де" лящих аппарат на секции, переливных. патрубков и контактных трубок, проходящих через трубные решетки и о имеющих отверстия для ввода и вывода жидкости (2).

Такой аппарат также характеризуется малыми расходами жидкой и паровой (газовой) фаз, большим уносом жид. !

5 кости с нижележащих тарелок на вышележащие,слабой турбулизацией фаз и низкой эффективностью массообмена.

Целью изобретения является умень20 шение гидравлического сопротивления.

Поставленная цель достигается тем, что аппарат для контактирования пара (газа) с жидкост.ью, состоящий

5446 4

3 96 из корпуса, трубных решеток, делящих аппарат на секции, переливных патрубков и контактных трубок, проходящих через трубные решетки, снабжен установленными .в контактных трубках втулками с плавно сужающимися по ходу парового (газового) потока скругленными наружными боковыми стен. ками, расположенными на расстоянии от стенок контактных трубок против отверстий для вывода жидкости, и установленными во втулках винтовыми лопастями, нижние части которых перекрывают отверстия для вывода жидкости и которые выполнены с выступами расположенными по вертикальной оси .на их поверхности.

Целесообразно, отношение радиуса скругления боковых стенок втулки к диаметру самого узкого сечения выбрать R/РЪ 0,2, а выступы выполнить в форме плоского клина, направленного тупым концом по ходу парово.го (газового) потока.

Наличие втулок в контактных трубках дает воэможность увеличить расход по жидкой и паровой (газовой) фазе за счет значительных сил инжекции, возникающих при выходе парового (газового) потока из них.

В этом случае расход жидкйй фазы определяется не только разностью давления, создаваемого столбом жидкости в перетоке, и гидравлического сопротивления секций, но и силами инжекции.

В силу высоких значений сил инжекции исключается возможность прорыва пара (газа) через отверстия для ввода жидкости, что обуславливает большие расходы паровой (газовой) фазы.

Кольцевой зазор во втулках позволяет жидкости сформироваться в виде кольцевой пленки и обеспечивает ввод жидкости в контактные трубки по ходу движения паро(газо)-жидкостного потока, что устраняет явление разбрызгивания жидкости в местах ее ввода и значительно снижает унос жидкости па ровым (газовым) потоком.

1О

35 ао

i0

Наличие винтовых лопастей обуславливает закрученное движение паро(газо)-жидкостного потока с высокой интенсивностью турбулентности что повышает интенсивность массообмена, а также позволяет снизить унос за счет ,центробежных сил, возникающих при з этом, которые отбрасывают жидкость, находящуюся в газовом потоке на поверхности контактных трубок.

Наличие выступов плохообтекаемой формы, размещенных по оси винтовых лопастей, позволяет удалять жидкость, попавшую на поверхность лопастей из парового (газового) потока и движущуюся в виде жидкостного жгута по оси за счет срыва ее паровым (газовым) потоком при обтекании выступов и отбрасывания к поверхности контактных трубок, что уменьшает унос жидкости.

Наличие отверстий с вогнутыми кромками для вывода жидкости из контактных трубок обуславливает безотры вочное течение жидкости по отверсти"ям и полное удаление жидкостной пленки через них, что также существенно снижает унос.

На фиг. 1 изображен аппарат для контактирования пара (газа) с жидкостью, общий вид; на фиг. 2 - контактная трубка аппарата; на фиг. 3 и 4выступ плохообтекаемой формы.

Аппарат состоит из корпуса 1 в нижней части которого расположен штуцер 2 для ввода пара (газа), в верхней части аппарата имеется штуцер.3, предназначенный для вывода пара (газа),и на боковой поверхности корпуса 1 в верхней части имеется штуцер 4 для ввода жидкости,а в нижней части штуцер 5 для вывода жидкос" ти.

В корпусе 1 размещены трубные решетки 6, делящие аппарат на секции, в которых укреплены контактные трубки 7> снабженные отверстиями 8 для ввода жидкости и отверстиями 9 с вогнутыми кромками со стороны течения жидкостной пленки для вывода жидкости.

В контактных трубках 7 расположены втулки 10, имеющие открытый кольцевой зазор 11 против отверстий 8 для ввода жидкости, Во втулках 10 вставлены не касаясь стенок контактных трубок 7 винтовые лопасти 12. Нижние части винтовых лопастей 12 перекрывают отверстия 9 для вывода жидкости и по оси их расположены выступы

13 плохообтекаемой формы. Для пос" тупления жидкости с одной секции на другую s трубных решетках б размещены переливные патрубки 14 °

Винтовые лопасти 12 представляют собой двухзаходные ленточные спира5 9654 ли с шагом 50 мм, длина которых относится к длине контактных трубок 7 как 1/1: 1/500. Диаметр винтовых лопастей 12 относится к диаметру контактных -:рубок 7 как 1:1,2.. S

Диаметр втулок 10 находится в соотношении к диаметру контактных элементов 7, как 7/8:7/10., Величина кольцевого зазора 11 равна 1-5 мм, Диаметр отверстия для ввода жидкости Ю равен 0,5-8,0 мм;

Длина втулки 10 относится к длине контактной трубки 7, как 1/5

:1/1000. Отверстия для вывода жидкости 9 с вогнутыми кромками расположе- 15 ны на поверхности контактнь:х трубок 7 в шахматном порядке, Расстояние в свету между соседними отверстиями 0,1-10,0 мм.

Плохообтекаемые выступы 13 имеют zo форму треугольного клина, отношение высоты которого к его длине составляет 1/l:1/l0,0.

Аппарат работает следующим образом.

Жидкость вводится через штуцер 25

4 на трубную решетку 6 верхней сек.ции. затем проходит через отверстия

8 в кольцевой зазор 11 на штуцер 2, поступает в контактные трубки 7, где проходит через винтовые лопасти 12 втулки 10, приобретая при этом большую скорость и вращательное движение, За счет этого на выходе пара (газа) из втулок l0 около кольцевого зазора

11 возникают силы инжекции, которые

35 совместно со столбом жидкости в переливных патрубках 14 затягивают жидкость в контактные трубки 7 и не дают паровому (газовому) потоку прорываться через отверстия 8.

4О

Под действием быстродвижущегося закрученного потока пара (газа), а также вследствие кольцевых зазоров

11, жидкость распределяется по стенкам контактных трубок 7 тонким сло45 ем и увлекается паром (газом) вверх.

При этом происходит интенсивная турбулизация жидкостной .пленки и пара (газа),а также интенсивный тепломассообмен между ними. Дойдя до

50 отверстии 9 жидкость, текущая по стенкам контактных трубок 7, выдавливается через отверстия 9 на трубные решетки 6. Жидкость, находящая" ся в газовом потоке, вследствие отрыва и уноса капель с поверхности жидкостной пленки попадает на винтовые лопасти 12 и при помощи центро- . бежных сил отбрасывается на стенки

46 6 контактных трубок 7. Другая часть жидкости, идущая по центру винтовых лопастей 12, при помощи выступов плохообтекаемой формы 13 отбрасывается на боковые кромки винтовых лопастей 12 и оттуда под действием центробежных сил поступает также на стенки контактных трубок 7, а затем через отверстия 9 на трубные решетки

6 и. по переливным патрубкам 14 сте.кает вниз к следующим отверстиям 8 и так далее, вступая в контакт с паром (газом) столько раз, сколько требуется по ходу процесса.

Технико-экономические преимущества устройства состоят в следующем: наличие втулок в контактных трубках позволяет увеличить расходы по жидкой и паровой (газовой) фазам. Pac" ход по жидкости увеличивается вследствие того, что паровой (газовый) поток на выходе иэ втулок имеет значительно большую скорость, чем в контактных трубках и поэтому около отверстий для ввода жидкости вознякают силы инжекции (разряжения), вследствие чего жидкость поступает в контактные трубки не только за счет разности давления, создаваемого столбом жидкости в переливных пат- рубках, и гидравлического сопротивления, но и за счет сил инжекции.

Увеличение расхода по паровой (газовой) фазе также связано с силами инжекции, так как с ростом скорости пара (газа) происходит увеличение сопротивления контактных трубок. Однако давление на жидкость в отверстиях для ввода жидкости, вызванное этим сопротивлением, компенсируется силами инжекции (разряжением), которое и не позволяет пару (газу» прорываться через отвергтия для ввода жидкости.

Увеличение расходов по жидкой и газовой фазам позволяет увеличить про" изводительность аппарата, уменьшить его диаметр и металлоемкость, размеры производственных площадей. Улучшить обслуживание, монтаж и перевозку аппарата.

Наличие отверстий с вогнутыми кромками для вывода жидкости иэ контактных трубок обуславливает безотрывное течение жидкости по отверстиям и позволяет силам поверхностного натяже-. ния полностью удалять жидкостную пленку через них, а вследствие этого существенно уменьшить унос с ни7 96 жележащих ступеней аппарата на выше- лежащие.

Кроме того, снижению уноса в аппарате способствует кольцевой зазор втулок, а также применение винтовых лопастей с расположенными по ия оси выступами плохообтекаемой формы.

Кольцевбй зазор позволяет жидкости сформироваться в виде кольцевой пленки и обеспечивает ввод жидкости в контактные трубки по ходу движения паро(газо)-жидкостного потока, что устраняет явление разбрызгивания жидкости в месте ее ввода и, следовательно, снижает унос жидкости паро(газо)-жидкостным потоком.

Наличие винтовых лопастей создает закрученное движение паро(газо)жидкостного потока, вследствие чего возникают центробежные силы, сбра- сывающие жидкость, находящуюся в паровом (газовом) потоке на поверхность контактных трубок, унос при этом снижается.

Наличие выступов плохообтекаемой формы позволяет сбрасывать жидкость с поверхности винтовых лопастей, которая попала туда из парового (газового) потока на контактные трубки, что также уменьшает унос.

Применение винтовых лопастей, кроме того, позволяет увеличить турбуляцию жидкостной пленки и парэ (газа) . а вследствие этого повысить эффективность аппарата, что ведет к уменьшению числа ступеней контакта фаз, улучшению чистоты и качества продукции. уменьшению высоты аппарата и его металлоемкости.

5446

Формула изобретения

1. Аппарат для контактирования пара (газа) с жидкостью, состоящий из корпуса, трубных решеток, делящих аппарат на секции, переливных патрубков и контактных трубок, проходящих через трубные решетки и имеющих отверстия для ввода и вывода жидкости, отличающийся тем, что,с

10 целью уменьшения гидравлического сопротивления, он снабжен установленными в контактных трубках втулками с плавно сужающимися по ходу парового (газового) потока скругленными наруж15 ными боковыми стенками, расположенны- ми на расстоянии от стенок контактных. трубок против отверстий для вывода жидкости, и установленными во втулках

"винтовыми лопастями, нижние части ко2о торых перекрывают отверстия для вывода жидкости и которые выполнены с выступами, расположенными по вертикальной оси на их поверхности.

2. Аппарат по и. 1, о т л и ч а ю25 шийся тем, что отношение радиуса скругления боковых стенок втулки к диаметру самого узкого сечения

К/D равно 0,2.

3. Аппарат по и. 1, а .т л и ч а юЗв шийся тем, что выступы выполнены в форме плоского клина, направленного тупым концом по ходу парового (газового) потока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР 71822, кл. B 01 0 53/18, 1947, 2. Авторское свидетельство СССР

N 65116, кл. В 01 D 47/42, 1941.

965446

Рие. 4

Составитель С. Баранова

Редактор А. Гулько Техред М. Гергель 1(орректор А. Гриценко

Заказ 7728/4

Тираж 734 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород> ул. Проектная, 4