Массообменный аппарат

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 1 В 3/2 НИЯ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ САНИЕ ИЗО(56) 1.Авторское свидетельство СССВ 210085, кл, В 01 Р 3/26, 1966.2, Авторское свидетельство СССРФ 230077, кл. В 01 Э 3/26, 1967.3. Авторское свидетельство СССР9207209, кл, В 01 Р 3/26, 1966.4. Авторское свидетельство СССР9 498009, кл, В 01 П 3/26, 1971,5, Авторское свидетельство СССРР 790403, кл. В 01 Р 11/04, 1974.6, Авторское свидетельство СССРМ 604563, кл. В 01 Р 3/26, 1976801 4 9 А(54)(57) 1. ИАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ, содержащий корпус, разделенный по высоте на секции горизонтальными перегородками с переливными трубками, выполненными с отверстиями в нижних частях, и размещенными на каждой перегородке соосно трубкам контактными элементами в виде .патрубков с завихрителями, с укрепленными на патрубках сепарационными элементами, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью интенсиФикации процесса массо- обмена эа счет увеличения скорости газового потока и улучшения сепарации фаз, сепарационные элементы выполнены в виде усеченной сверху и снизу сферы с отверстиями внизу и прикреплены нижними торцами к верхним кромкам патрубков, выступающих внутрь усеченной сФеры с образованием гидроэатворных карманов.1124991 2. Аппарат по п. 1, о.т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения пределов йагрузки по жид кой фазе, нижние концы переливных Изобретение относится к конструкциям масообменных аппаратов и можетбыть использовано в процессах массообмена для систем гаэ - жидкость.Известно прямоточное контактноеустройство для взаимодействия пара(газа) с жидкостью, состоящее иэ горизонтальной тарелки с паровыми патрубками и контактных трубок, установленных с зазором над паровыми,патрубками. Над контактными трубками установлены друг над другом усеченные конусы, внутри которых помещена винтовая лопасть (завихритель) 11,Недостатком этого устройства является то, что зазор между паровымипатрубками и контактными трубкамилимитирует нагрузки по жидкой Фазе.А при значительных скоростях газанаблюдается большой унос жидкости,т.е. недостаточная сепарация Фазиз-за пересечения газовых и жидкостных потоков.Известен масаообменный аппарат свнешними переточными трубами, состоящий из отдельных царг. Каждая царга снабжена двумя трубными плитами, через которые проходят трубчатые контактные элементы. Онирасположены соосно с определеннымосевым зазором по всей высоте аппарата, Каждый контактный элемент .содержит эавихритель и распылительжидкости. Распылители для жидкостиустановлены перед завихрителями, аконцы трубчатых соосных контактныхэлементов соединены между собойпосредством коаксиально расположенного с ними сепарационного патрубка 2,Недостатками этого аппарата являются высокое гидравлическое сопротивление (во внешних переточныхтрубах) и ограниченная диаметром переточных труб скорость подачи жидкости, В случае подачи жидкостисо скоростью больше номинальной через определенное время произойдетзахлебывание аппарата.Известен массообменный аппарат,состоящий из корпуса, контактныхтрубчатых элементов, снабженныхвинтовыми насадками. Внутри нижнегоконца каждого из контактных элементрубок расположены под завихрителями и снабжены запорнымиклапанами, прикрепленными к поплавкам. тов соосно помещен гидрозатворныйстакан с расположенной в центре него,переточной трубкой, на которой укреплена насадка. Аппарат разделен5 горизонтальными перегородками на.секции 3 .Основным недостатком данного аппарата является низкая эффективностьсепарации Фаз, поскольку практнчес 10 ки вся жидкость, которая переливается из стакана на завихритель,,подхватывается газовым потоком, контактирует с ним в завихрителе и навнутренних стенках патрубка, сформировавшись в пленку,а затем выбрасывается в сепарационное пространство, Однако конструкция устройстване позволяет избежать перекрестныхтоков, в которых капельки жидкостипод действием центробежных сил пересекают восходящие из соседних патрубков газовые потоки, Известно,что для организации восходящего пленочного течения скорость газа должна быть не менее 7 м/сек (системавода - воздух/ и несколько меньшедля жидкостей, плотность которыхменьше 1000 кг/м 1. Поэтому для эфФективной работы аппарата необходимстрого лимитированный и очень узкийЗ 0 диапазон скоростей: при скоростяхгаза 7 м/сек и более уносится практически вся жидкость, так как стечьей практически невозможно: аппаратможет выполнять. функции только пря 35 моточного абсорбера, при скоростяхгаза менее 7 м/сек возможен барботажный или пульсирующий режимы втрубках, пленка не формируется, ночасть жидкости стекает на нижележа 40 щи .тарелку, аппарат может выполнять функции противоточного абсорбера, ректификационной колонны, десорберь, но с,низким коэФфициентом массообмена,45 Известен массообменный аппарат,содержащий тарелки, на которых жестко закреплены контактные патрубки сотбойными устройствами в верхнейчасти и завихрнтелями, в котором50 узел подвода жидкости и контактные патрубки выполнены в видеЦ-образной трубки, один конец которой закреплен в полотне выиеле 65 жащей таРелки, а второй конец расположен по центру контактного патрубка над завихрителем, заглушенсверху и снабжен боковыми отверстиями 4,Недостатком аппарата являетсяузкий диапазон скоростей газовых по,токов, строгая ограниченность расхода по жидкой Фазе, лимитированная диаметрами отверстий ц -образныхтрубок, а также сложность конструкции и практическая невозможностьсборки, если не устанавливать каждую тарелку между фланцами, Крометого, сепаратор-отбойник существенно повышает гидравлическое сопротивление контактно-сепарирующего узла,поскольку он перекрывает выходноеотверстие патрубка в зоне максимальных расходных и центробежных скоростей газового потока.Известен тепломассообменный ап. парат,содержащий корпус, на тарелках которого установлены контактныеэлементы, состоящие иэ сферическойверхней части и закручивающей потоклопастной нижней части, причем днонижней части соединено циркуляционной трубкой с верхней частью в месте ее наибольшего диаметра. Перетокжидкой фазы с верхних тарелок нанижние осуществляется по трубкам,опущенным до основания нижней частичерез радиальные отверстия 5 .Недостатками этого устройства являются узкий диапазон скоростей газовых потоков, ограниченность расхода по жидкой фазе, а также сложность конструкции: практическая невозможность изготовления вихревогоэлемента нижней части контактногоустройства "и монтажа колонны безФланцев для каждой тарелки,Известен масообменный аппарат,содержащий корпус, разделенный повысоте на секции горизонтальнымиперегородками с переливными трубками, выполненными с отверстиями внижних частях, и размещенными накаждой перегородке соосно трубкамконтактными элементами в виде патрубков с завихрителями, с укрепленными на патрубках сепарационнымиэлементами Я . Однако в известномаппарате незначительна эффективностьэа счет ухудшения условий сепарации фаэ и узкий диапазон скоростейгазового потока.Цель изобретения - интенсификацияпроцесса массообмена за счет увеличе.чия скорости газового потока и улучшения сепарации фаз и расширениепределов нагрузки по жидкой фазе.Поставленная цель достигаетсятем, что в аппарате, содержащем корпус, разделенный по высоте на секции горизонтальными перегородкамис переливныии трубками, выполненными с отвер"тиямк в нижних частях и65 В предлагаемом аппарате жидкость продолжает сепарироваться, проходя через верхний край патрубков 3 и попадая в пространство между верхним концом патрубка 3 к корпусом сепаратора б. Капельки струи) жндкос-,размещенными на каждой перегородкесоосно трубкам контактными элементами в виде патрубков с завихрителями с укрепленными на патрубкахсепарационными элементами, последние выполнены в виде усеченнойсверху и снизу сферы с отверстиями внизу и прикреплены нижними торцами к верхним кромкам патрубков,выступающих внутрь усеченной сферыс образованием гидроэатворных карманов,Нижние концы переливных трубокрасположены под эавихрителями иснабжены запорными клапанами, при 15 крепленными к поплавкам.На фиг,1 изображен аппарат, продольный разрез, на фиг,2 - переливная трубка.Аппарат состоит из корпуса 1 сустановленными по высоте тарелками 1, в которых расположены контактные патрубки 3 с завихрителями 4 и переливными трубками 5, Наконтактных патрубках 3 установленыполусферические сепараторы б с отверстиями 7 таким образом, что верхняя часть патрубков является каплеотбойником, а диаметр верхнего торца полусферы равен или больше наружного диаметра патрубка 3, На нижнихконцах переливных трубок имеютсярадиальные сливные отверстия 8, Чтобы расширить пределы нагрузки пожидкой фазе, в переливных трубкахсмонтированы клапаны 9, прикрепленные тросиками (стержнями) 10 кпоплавкам 11. Нижние отверстия переливных трубок служат седлом 12 клапана,Аппарат работает следующим об 40 разом,Газ и жидкость поступают на тарелку 2 противотоком. Гаэ - снизу,жидкость - сверху. При выходе израдиальных сливных отверстий 8 пе 45 реливных трубок 5 часть жидкостиувлекается газом. Газо-жидкостнаясмесь поступает в завихритель 4,контактирует в зоне закручивания нв сформировавшейся выше пленке. Сепарация начинается на выходе иэ эавихрктеля, так как жидкость отбрасывается на стенки патрубка центробежными силами. Но те же. силы навыходе кэ цилиндрических патрубковбез сепаратора перебрасывают капельки жидкости от одного к другому. Эти, капельки подхватывает газовый поток и сепарация оказываетсянеэффективной.ти центробежными силами отбрасываются на стенки сепаратора. Вращательное движение быстро затухает,поскольку нет воздействия гаэоыогопотока, который выходит из патрубка 3, практически:не соприкасаясьс верхним торцом полусферы, Жидкостьопускается вниз и стекает из отверстий 7 на тарелку, не пересекаясьс газовыми струями. Вверх по сфережидкости не дают подняться полусферическая конструкция сепаратора б,сила тяжести и отсутствие воздей,ствия восходящего газового потока. Жидкость скапливается в гидрозатворном кармане, ебраэуемом,верхним концом патрубка и полусферическим сепаратором, Поэтому газовыйпоток влияния на стекающую жидкостьне оказывает, не препятствует сливуиз отверстий и не проскакивает ы 29них вместе с жидкой фазой, так какстекающие с внутренних стенок сепаратора струи обладают достаточнойкинетической,. энергией, пропорциональной массе, плотности.и скорости стекания жидкости, Энергия жид.кости несравнимо больше энергиисопротивления выхода газа из патрубка, создающего наружные вихри. Поэтому на поведение жидкостного потока незначительные завихрения влиянияне оказывают. К тому же вихри быстро гасятся на стенках сепаратора,Поэтому выравнивание продольных концентраций практически исключено.Предлагаемая конструкция аппаратапозволяет существенно интенсифицировать массообмен также за счет увеличения скорости газового потока.Это увеличение возможно из-за низкого гидравлического сопротивленияэлемента, равного сумме сопротивлений завихрителя и патрубка. Полусферический сепаратор на гаэоыый потоквлияния не оказывает,На тарелке скапливается определен ный слой жидкости, высота которогорегламентируетс количеством и диаметром отверстий в перелиыных трубках. При нагрузках ниже оптимальных на тарелке вообще может не быть уровня и это не отражается на эффективности массообмена. При нагрузках выше оптимальных не справляются радиальные отверстия 8, Тогда срабатывает поплавок и клапаны. Поплавоквсплывет и клапан открывает отверстие на конце переливной .трубки,Тросики 10 могут быть разной длины.Это создает условия для неодновременного срабатывания клапанов и постепенного перехода от минимальныхнагрузок к максимальным или наобо- .рот. Интенсификация массообмена за счет увеличения скорости газового потока, снижения гидравлического со. противления, улучшения сепарации фаз и расширения пределов нагрузки по жидкой фазе в итоге приводит к тому, что предлагаемый аппарат оказывается экономически выгоднее известных подобных устройств, Монтаж колонны не представляет труда. Завихрители навинчиваются на сливные трубки, в которые вставляют клапаны с тросиками и поплавками, Затем собранная тарелка опускается в цангу на опоры таким образом, что труб. ки с завихрителями входят в патрубки на нижележащей тарелке. При шахматном расположении патрубков эта операция не вызывает затруднений, Доля свободного сечения в устройстве может достигать 40, В сепарационном пространстве скорость газа будет на уровне 3-4 м/сек. Таким образом, применение предлагаемого массообменного аппарата приводит к снижению металлоемкости колоннОго оборудования. Аппарат позволяет работать ы довольно широком диапазоне скоростей газовых потоков (7-30 м/сек), при которых достигается наиболее эффективный,.массообмен но не в ущерб гидравлическому сопротивлению) и практически неограниченных (ы разумных пределах) диапазонах по расходу жидкой Фазы. ВНИИПИ Заказ 8326/5Тираж б 81 Подписное