Тепломассообменный аппарат

Союз СоветскихСоциалистическихРеспубики 1141 АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ительное к авт, сеид-вуо 12 09 77 (21) 2523958/23.26(61) Допол (22)Заявле О 3/3 присоединением запек Гесудврстеваию кемвтет СССР аа дулам мзюбретений к еткрктай, П. Любченков, Н, П. Рябченко, И,М,и В, И, Белохвостиков 72) Авторы изобретен Заявител аснодарский политехнический институт 4) ТЕПЛОМАССООБМЕННЪЙ АППАРАТ оскакивает пароктирует с жидкойя центробежными нний объем аппа. аппарата пр й не конта центральную часть вои поток, которь фазой, Последняя силами на перифер рата используетсяЦель изобретен с массообмена за удержива ии. Внут нерацион ально.нтенсификация процеселичения времени кония Изобретение относится к конструкциям мас. сообменных аппаратов и может быть испольэо.вано для переработки жидкостей, засоряющих аппараты, например, масляных мисцелл, в пище. вой, фармацевтической и химической промыш.пенности.Известен дистилляционный аппарат вихрево. го типа, содержащий контактную трубку, внутри которой установленывихревые элементы, образу. ющие зазор с контактной трубкой т 1.Наиболее близок по технической сущности10 к предложенному тепломассообменный аппарат, содержащий корпус, контактные трубки и раз.мещенные в них элементы, выполненные в виде лопаточных эавихрителей и тангенциально рас.т 5 положенных пластин 2).Конструкция этих аппаратов позволяет ор.ганизовать только пленочное течение жидкой фазы что в значительной мере сокрашает поверхность контакта фаз. Кроме того, эта конструкЮ ция не позволяет изготавливать аппараты боль.шой единичной мощности. При увеличении диаметра контактной трубки интенсивность процесса массообмена снижается, так как через такта фаэЭто достигается тем, что в тепломассообмен.ном аппарате эавихрители установлены последо.вательно по высоте, нижерасположенный завих.ритель имеет в своей центральной части окно для прохода газа (пара) и каждая контактная труб.ка снабжена прикрепленным к ее внутренним стенкам усеченным конусом, размещенным вершиной над центральной частью. вышерасположен.ного завихрителя и выполненным с окнами на его боковой поверхности, снабженными бортамиЦелесообразно в аппарате между лопаточными эавихрителями вертикально устанавливать тангенциально расположенные перекрывающие друг друга пластины; нижнюю кромку усеченно.го конуса располагать на расстоянии 5 - 10 мм от выпмрасположенного эавихрителя, угол на.3 6911клона лопаток вышерасположенного завихрителя иметь меньше нижерасположенного завихри.теля,На фиг, 1 изображен тепломассообменныйаппарат, вертикальный разрез; на фиг, 2 - контактная трубка, вертикальный разрез.Тепломассообменный аппарат содержит корпус 1, контактные трубки 2, набранные в пакетпо принципу кожухотрубного теплообменника,верхнюю крышку 3, днище 4 с барботером 5, 1 Опатрубок 6 для отвода жидкой фазы, Аппаратимеет патрубок для отвода паровой фазы 7 ипатрубки 8 для подачи исходного продукта, Кон.тактная трубка 2 имеет отверстия 9 для возвра.та жидкой фазы, выбрасываемой из аппарата в 15режиме, близком к захлебыванию.Внутри каждой контактной трубки 2 установлены с зазором 10 элементы, состоящие изцентрального лопаточного завихрителя 11 и пе.риферийного лопаточного завихрителя 12, име. 20ющего в своей центральной части окно 13 дляпрохода газовой фазы. Завихрители 11 и 12 со.единены между собой с помощью вертикальныхтангенциально расположенных и нерекрывающихдруг друга с зазором пластин 14. Каждая контактная трубка 2 снабжена прикрепленным к еевнутренним стенкам усеченным конусом 15, вер.шина которого находится в центре центральногозавихрителя 11, а боковая поверхность снабже.на окнами 16 для прохода газовой (паровой) фа 30эы. По кромке окон 16 закрепленыограничи.тельные бортики 17, позволяющие организоватьнаправленное движение жидкости от перифериик центру завихрителя 11 без перетекания ее че.реэ окна, что необходимо для предотвращения 35уноса.оТепломассообменный аппарат работает следующим образом.Жидкую фазу подают через патрубки 8 в каждую контактную трубку 2. Газовая (паровая) фа. 40за поступает в аппаратчерез барботер 5 и поднима.ется вверх. Подходя через элементы, она первоначально делится на два потока, один из которыхпроходит через окно 13, а другой закручиваетсяв эавихрителе 12, Первый поток делится еще 45на две части. Одна иэ них направляется черезтангенциально расположенные пластины 14 и приобретает закрученное движение с преобладаниемрадиального перемещения (от центра к периферии), а вторая - проходит через завихритель 11, 50также приобретая закрученное движение.Жидкая фаза стекает с вышележащего эле.мента через сливной зазор 10 и с помощью кону.са 15 направляется в центр завихрителя 1 ниже.лежащего элемента. За счет сил трения газовый 55(паровой) поток, прохолящий через завихритель11, сообщает жидкости вращательное движение,что приводит к отбрасыванию жидкости в ради. 141 4 альном направлении центробежными силами. При соприкосновении жидкости с газовым (паровым) потоком, проходяшим через тангенциально рас. положенные пластины 14, радиальное перемеше. ние жидкости усиливается, что приводит к увеличению силы удара жидкости о стенку контактной трубки 2 и уменьшает уное жидкости при ее движении от завихрителя 11 к стенке контакт. ной трубки 2,После удара о стенку жидкость стекает вниз йо контактной трубке 2 в сливной зазор 10, при этом газовый (паровой) поток, проходящий через завихритель 12, закручивает стекающую плен. ку, турбулизируя ее и увеличивая поверхность контакта фаз за счет волнообразования. Газовый поток из нижележашего элемента поступает в вы. шележаший элемент через окна 16 в конусе 15. Ограничительные бортики 17 предотврашают укос жидкой фазы при ее перетекании с вышележагце го элемента на нижележащий через конус. Процесс массообмена протекает везде, где есть контакт фаэ. В аппарате имеются следующие зоны массо. обмена: в конусе, над завихрителем 11, между. торцовыми кромками завихрителя 11 и стенкой контактной трубки 2, в месте удара жидкой фазы о стенку контактной трубки 2, между верхними кромками эавихрителя 12 и местом удара жидкости о стенку. Практически осуществляется непрерывный контакт фаз на протяжении всего дви. жения фаэ в аппарате, Однако наиболее интенсив. но процесс массообмена протекает в месте удара жидкости о стенку и между торцовыми кромками эавихрителя 11 и стенкой контактной трубки 2, так как именно здесь удается максимально турбулизировать жидкую фазу и развить поверх. ность контакта фаз.Наличие конуса позволяет избежать зон застоя и исключить забивание аппарата при работе на жидкостях засоряющих аппарат, например, масляных мисцеллах.Как видно из вышеизложенного, для осущест. вления нормальной работы аппарата необходимо обеспечить определенное соотношение между потоками газа (пара), проходящими через завихри. тели 11 и 12. Количество газовой (паровой) фазы, проходящее через завихритель 11, должно ис.ключать проваливание жидкости через лопатки завихрителя; в то же время не должно быть уно. са жидкости с завихрителя 11 вверх. Количество газовой (паровой) фазы, проходящее через эавихритель 12, должно обеспечивать стекание жидкости через сливной зазор 10 и позволять накапливать жидкость между эавихрителем 12 и верх ней кромкой конуса 15 в виде воашаюшейся пленки. В рабочем диапазоне среднерасходных скоростей газовой (паровой) фазы (5-7 м/с) эти условия обеспечиваются созданием различной степени закручивания потока, т.е, степень закру.5 691 чивания центрального завихрителя 11 должна быть на 30 - 50% больше, чем степень закручивания пе. реферийного завихрителя 12, например, эа счет меньшего угла наклона лопаток.Подачу жидкой фазы необходимо производить непосредственно в область над завихрителем, так как именно над эавихрителем наблюдается мак. симальная угловая скорость потока. Это позволяет распылять жидкость в радиальном направле. нии центробежными силами с большей скоростью, 10 что увеличивает ее удар о стенку, а следователь. по приводит к интенсификации процесса массо обмена. Для этого нижняя кромка усеченного конуса удалена от центрального эавихрителя всего на 5 - 10 мм. Выше этого расстояния над завих. 15 рителем наблюдается значительная раскрутка по. тока, а значит - эффект распыления и удара жид. кости о стенку будет меньше. В настоящее время в аппаратах, набранных из контактных трубок по. принципу кожухотрубного теплообменника, ис 20 пользуют контактные трубки диаметром 30 - 70 мм. Для достижения необходимой производительности (10 - 20 т(ч) по жидкой фазе устанавливают от 30 до 100 контактных трубок, в зависимости от диаметра трубок и производительности аппа рата. В связи с этим возникает проблема равно. мерного распределения жидкости по трубкам. До настоящего времени не существует конструкцийраспределительных узлов, позволяющих равномерно распределять жидкую фазу по контактным трубкам при работе последних в режиме противотока фаз.С целью улучшения распределения жидкости по трубкам диаметр последних выбирают в пре. делах 200 - 400 мм, что позволяет уменьшить коз личество контактных трубок до 5 - 15. В этом случае становится возможным организовать индивидуальную подачу жидкости в каждую трубку, как показано на фиг. 1, и уменьшить габариты аппарата. Дальнейшее увеличение диаметра трубок ведет к увеличению габаритных размеров аппарата, 6Формула изобретения 141 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР Иф 232189,кл. В 01 О 3/30, 1966. 2, Николаев Н. А, и др., Ректификационные колонны с вихревыми прямоточными ступенями,"Теоретические основы химической технологии", т, 4, Хф 2, 1970, с. 261 (прототип) .1. Тепломассообменный аппарат, содержащийкорпус, контактные трубки и раэмешенные в нихэлементы, выполненные в виде лопаточных эавихрителей, о т л и ч а ю ш и й с я тем, что,сцелью интенсификации процесса за счет увеличения времени контакта фаз, завихрители установлены последовательно по высоте, нижерасполо.женный завихритель имеет в центральной частиокно для прохода газа (пара) и каждая контакт.ная трубка снабжена прикрепленным к ее внут.ренним стенкам усеченным конусом, размещенным вершинойнад центральной частью вышерасположенного завихрителя и выполненным с ок.нами на боковой поверхности, снабженными бор.тами,2, Тепломассообменный аппарат по п. 1, о тл и ч а ю ш и й с я тем, что между лопаточнымизавихрителями вертикально установлены танген.циыьно расположенные перекрывающие друг дру.га пластины.3. Тепломассообменный аппарат по пп. 1,2,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что нижняя кромкаусеченного конуса расположена на расстоянииот вышерасположенного завихрителя.4. Тепломассообменный аппарат по пп. 1,2,3,ь т л и ч а ю щ и й с я тем, что угол наклоналопаток вышерасположенного эавихрителя меньше, чем угол наклона лопаток нижерасположенного завихрителя.691141 г. тор Г, Назарова аэ 6089 77 Под нисноетвенного комитета СССРннй и открытий.35, Раушская наб., д, 4/5 ТиражНИИПИ Государо делам изобре3035, Москва, Ж Филиал ППП "Патент", г. Ужгородул, Проектн Составитель С, Барановаедактор Ф. Серебрянский Текред С,Мигай К