Газожидкостной контактный аппарат для взаимодействия газа с жидкостью

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗЬБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<»)997761

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 09.09.81 (21) 3334113/23-26 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл.

В 01 D 53/20

Гееудерстеелнмй кемлтет

СССР

Опубликовано 23.02.83. Бюллетень № 7

Дата опубликования описания 28.02.83 (53) УДК 66.01. .74.513 (088.8) пе делам лзебретеннй и еткрмтий

Ю::р ""А. В. Дорошенко, М. М. Кологривов H . Угольйя|@л и Л. М. Зусм анович /,.7, .;л;,.

Одесский технологический институт холодильйой=., промышленности (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ГАЗОЖИДКОСТНЫЙ КОНТАКТНЫЙ АППАРАТ

ДЛЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ГАЗА С ЖИДКОСТЬЮ

Изобретение относится к химическому и энергетическому машиностроению и предназначено для проведения процессов абсорбции, десорбции, ректификации, испарительного охлаждения, тепловлажностной обработки воздуха и пылеулавливания.

Известен газожидкоетный контактный аппарат для взаимодействия газа с жидкостью, включающий корпус, распределитель жидкости, расположенный между ограничительной и опорно-распределительной решетками со слоем насадочных элементов и слой элементов каплеулавливания (11.

Недостатком известной конструкции является возможность забивания проходного сечения каплеуловителя липкими примесями и осадками. Необходима длительная остановка аппарата на чистку или замену элементов каплеуловителя. Использование двух решеток для фиксации слоя элементов каплеуловителя усложняет конструкцию всего аппарата в целом, увеличивает его металлоем кость.

Целью изобретения является обеспечение устойчивой эффективности работы аппарата в загрязненных средах и упрощение его конструкции.

Поставленная цель достигается тем, что в газожидкостном контактном аппарате для взаимодействия газа с жидкостью, включающем корпус, распределитель жидкости, расположенный между ограничительной и опорно-распределительной решетками со слоем насадочных элементов и слоя элементов каплеулавливания, распределитель жидкости установлен на расстоянии, равном не менее двух статических высот слоя элеМентов каплеулавливания от ограничительной решетки, и на расстоянии, равном не менее трех статических высот слоя насадочных элементов от опорно-распределительной решетки, а элементы каплеулавливания расположены на опорно-распределительной решетке и имеют платность в два и более раз меньше плотности насадочных элементов.

Целесообразно, чтобы слой элементов каплеулавливания имел порозность не менее 40%.

Кроме того, целесообразно, чтобы размер элемента каплеулавливания составлял

0,8 — 1,2 раза насадочного элемента.

997761

Конструкция предлагаемого аппарата отличается от известных свойством самоочищаемости — замена забитого отложениями инверсионного слоя элементов 5 каплеулавливания, на чистый производится в течение 1 — 2 мин. Чтобы произвести эту замену, необходимо лишь на несколько секунд убрать нагрузку по газу, тогда инверсионный слой элементов 5 каплеулавливания под действием сил гравитации отделяется от ограничительной решетки 7.

При возобновлении подачи рабочего расхода газа в инверсионный слой переходят чистые элементы, так как они легче, а загрязненные ранее работают в режиме псевдоожижения, соударяясь и перемешиваясь между собой, в результате чего они освобождаются от налипших на них отложений и перемещаются в инверсионный слой.

На фиг. 1 изображен газожидкостный контактный аппарат в статике; на фиг. 2— схема работающего аппарата.

Аппарат состоит из корпуса 1, в рабочей зоне 2 которого на опорно-распределитель.ной решетке 3 располагаются в работающем аппарате, слой насадочных элементов 4 и элементов 5 каплеулавливания.

Распределитель 6 жидкости размещен ниже ограничительной решетки 7, которой заканчивается рабочая зона 2.

1О

Устройство работает следующим образом.

Газ поступает в нижнюю часть рабочей зоны 2, проходит последовательно опорнораспределительную решетку 3, слой насадочных элементов 4, слой элементов 5 каплеулавливания, ограничительную решетку 7 и удаляется из верхней части аппарата.

Поток орошающей жидкости подается в среднюю часть пространства между решетками 3 и 7 через распределитель 6 жид- о кости. Под действием сил давления поток диспергируется форсункой и жидкость последовательно проходит через слой подвижных насадочных элементов 4, опорно-распределительную решетку 3 и собирается в нижней части аппарата.

ZS

Под воздействием относительно высоких скоростей газожидкостного потока насадочные элементы 4 и элементы 5 каплеулавливания приходят в высокотурбулизированное движение. Так как элементы 5 значительно легче элементов 4, то они скапливаются в верхней части аппарата у ограничительной решетки 7, выше распределителя 6 жидкости, образуя инверсионный слой. Часть рабочей зоны 2 распределителя 6 жидкости до инверсионного слоя элементов 5 явля- 35 ется зоной первичного улавливания капелек жидкости. Эффект каплеулавливания возрастает при прохождении газового потока через неподвижный инверсионный слой элементов 5 и решетки 7. Инверсионный слой элементов 5 при длительной работе аппарата забивается липкими отложениями.

Для одновременного осуществления при одном и том же расходе газа режимов развитого псевдоожижения и инверсионн ого необходимо, чтобы эффективная плотность подвижных насадочных элементов превышала в два и более раза эффективную плотность элементов каплеулавливания. В противном случае происходит неполное разделение, когда часть элементов для каплеулавливания циркулирует в псевдоожиженном слое элементов подвижной насадки.

Исследовано пять типоразмеров шаровых насадочных элементов из вспененного полипропилена. Результаты испытаний представлены в табл. 1.

Смеси насадочных элементов. 1 — 3, 1—

4, 1 — 5, 2 — 4, 2 — 5 дают 100%-ное разделение. Смеси 1 — 2, 2 — 3, 3 — 4 и 3 — 5 дают частичное разделение элементов.

Дополнительным материалом, позволяющим выбрать высоту рабочей зоны, является .зависимость динамической высоты подвижного насадочного слоя от скорости движения газового потока.

Таким образом, доказывается соотношение удельных плотностей элементов каплеулавливания и подвижной насадки.

Существенной конструктивной рекомендацией является указание на размещение распределителя жидкости в зависимости от статической высоты слоя насадочных элементов. Это подтверждается результатами исследования характеристик газожидкостных контактных аппаратов для испарительного охлаждения воды.

На фиг. 2 представлена охладительная способность при, различном расположении распределителя жидкости, опытно-промышленным судовым контактным аппаратом (площадь поперечного сечения 0,56 X

Х 00,56 м, насадка — шары диаметром

40 мм, эффективной плотностью 300 кг/мз), укомплектованным центробежно-струйной форсункой.

Из приведенных выше данных (см. табл. 2) следует, что целесообразно устанавливать распределитель жидкости на высоте, не меньшей, чем три статических высоты слоя подвижной насадки от опорнораспределительной решетки. В этом случае форсунка находится непосредственно над псевдоожиженным слоем и .снижение ее на

0,5 значения статической высоты приводит к резкому увеличению уровня охлажденной воды.

Существенно также влияние положения распределителя жидкости на формирование равномерного инверсионного слоя элементов каплеулавливания. Каечество равномерности толщины инверсионного слоя сказывается на величине капельного уноса из аппарата.

В качестве элементов каплеулавливания используются шары. Статистической обработкой эксперимента определено, что при свободной, произвольной укладке однотипТаблица1

Насадка 1 2 3 4 5

Эффективная плотность, кг/м 90 150 250 300 360

П р и м е ч а н и е: диаметр шаpos 36-40 мм, диаметр колонны 200 ьм.

Та блица 2

Примеры

Расстояние от опорной решетки до распределителя жидкости (отнесенное к статической высоте) 1 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5

Температурный уровень охлаждения воды, С

36 1 35 7 35 1 34 5 33 3 33 О 32.8 32,7

П: р и м е ч а н и е: Статическая высота 0,1 м, скорость газа 3,5 м/с, тепловая нагрузка 21 квт, расход воды 4 ма/ч. ных шаровых элементов, находящихся в инверсионном состоянии, пороз ность слоя составляет 40%.

Проверка показала; что смесь легких шаров разных диаметров (40 и 25 мм) дает в инверсионном режиме среднюю пороз- 5 ность слоя 35%.

При использовании однотипных шаров (40 мм) капельный унос составляет 25 л/ч, а ярименение смеси при той же скорости газа дает значение капельного уноса 48 л/ч.

Т. е. при более плотном слое наблюдается вторичный унос жидкости.

Существенным отличием является соотношение размеров элементов каплеулавливания и размеров насадочных элементов.

Гидродинамическая картина псевдоожижен- 15 ного слоя из смеси элементов различного размера зависит от относительных размеров элементов.

В табл. 4 представлены результаты исследования смеси из семи типов элементов.

Базовым, насадочным элементом является шар диаметром 40 мм. Испытания проводятся в опытно-промышленной колонне диаметром 0,8 м. Однотипные элементы каплеулавливания из насадок 4 и 5 образуют 2S с насадкой 3 равномерный псевдоожиженный слой без застойных зон, смесь насадок

1 и 3, 5 и 3 и др. образуют в рабочей зоне аппарата застойные зоны, в которых элементы!

6 не псевдоожижаются. Образование застойных зон сопровождается ухудшением массообменных характеристик аппарата вследствие того, что жидкость проваливается через застойную зону, не контактируя с газом.

Например, добавление лопастных элементов к элементам 4 повышает температурный уровень охлажденной воды на.1,5 С; Та- ким образом, наиболее эффективное разделение элементов наблюдается, если определяющий размер элементов каплеулавливания лежит в диапазоне 0,8 — 1,2 определяющего размера насадочного элемента.

При использовании элементов, не удовлетворяющих указанному требованию, происходит как бы «цементирование» слоя из подвижных насадочных элементов и элементов каплеулавливания, т. е. образуется слой относительно плотной структуры.

Для увеличения порозности инверсионного слоя из элементов каплеулавливания, последние могут иметь другую конфигурацию, чем подвижные насадочные элементы.

Например, ыар — подвижный насадочный элемент, а шар с шипами — элемент каплеулавливания. изобретение позволяет сократить простой, связанный с заменой или чисткой сепаратора, от одного-двух дней до 1 — 2 мин, т. е. практически обеспечить длительную, безостановочную его работу.

997761

Таблиц а 3

Примеры

Расстояние от опорной решетки до распределителя жидкости (отнесенное к статической высоте слоя) 2,5

3,0

2,0

1,5

1,0

27

31

Потери воды, л/ч

Неравномер- Равномерный инный инверсион- версионный слой ный слОЙ

П р и м е ч а н и е: Качество равномерности оценивают визуально.

Капельный унос резко возрастает в примере 2 по отношению к примеру 3.

Т а б л и и а 4

Тип насадки

Лопастная

1 2 3 4 5 6

Определяющий размер, мм

25

36

50 60 70

Формула изобретения

l. Газожидкостный контактный аппарат для взаимодействия газа с жидкостью, включающий корпус, распределитель жидкости, расположенный между ограничительной и опорно-распределительной решетками со слоем насадочных элементов и слоя элементов каплеулавливания, отличающийся тем, что, с целью обеспечения устойчивой, .,эффективной работы аппарата в загрязненных средах и упрощения его конструкции, распределитель жидкости установлен на расстоянии равном не менее двух статических высот слоя элементов каплеулавливания от ограничительной решетки, и на расстоянии, равном не менее трех статических высот слоя насадочных элементов от опорно-распределительной решетки, а

4р элементы каплеулавливания расположены на опорно-распределительной решетке и имеют плотность в два и более раз меньше плотности насадочных элементов.

2. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что слой элементов каплеулавливания име45 ет порозность не менее 40 /о.

3. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что размер элемента каплеулавливания составляет 0,8 — 1,2 размера насадочного элемента.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 578989, кл. В 01 D 53/18, 1964.

997761

Редактор Н. Пушнинкова

Заказ 993/7

Составитель 3. Александрова

Техред И. Верес Корректор О. Билак

Тираж 686 Подлисное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по. делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП «Патент», r. Ужгород, ул. Проектная, 4