Ротационный массообменный аппарат

и 814386 Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 1605.79 (21) 2767559/23-26с присоединением заявки Ио(51)М. Кл,з В 01 О 3/30 Государственный комитет СССР ло делам изобретений и открытий(53) УДК 66.015. .23.05(088.8) Дата опубликования описания 230381(72) Авторы изобретеиия Петр Павлович Любченков, Павел Петрович Любченков, Н.П.Рябченко и Б.Р.Попов Краснодарский политехнический институт(54) РОТАЦИОННЫЙ МАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ Изобретение относится к конструкциям ротационных аппаратов и может быть использовано для проведения ректификации и абсорбции в химической и пищевой промышленностях.5Известен ротационный аппарат, состоящий из сепаратора, изготовленного в виде вертикального цилиндра, контактных тарелок и ротора, снабженного устройством для распыления жидкости, выполненным в виде гофрированных цилиндров с перфорациями, или вентиляторных лопастей 111.Известный аппарат не обеспечивает устойчивого распыла жидкости, не соэ дает условий для рециркуляции газовой фазы, что снижает время и поверхность контакта фаз, а также, обладает относительно небольшой производительностью,20Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является ротационный массообменный аппарат, состояв 1 ий из статора, выполненного в виде цилиндрической обечайки, контактных тарелок, через которые пропущен ротор, снабженный вентиляторными .лопастями (21.Данная, конструкция не обеспечива. ет устойчивый распыл жидкости ире- З 0 циркуляцию газовой фазы, что значительно снижает как время, так и поверхность контакта Фаэ. Производительность аппаратов не превышает по рядка 5-6 м /ч ввиду того, что диа 3метр статора не может быть более 1-1,5 м (из-за сложности изготовления и балансировки ротора). Последнее (малая производительность) является общим недостатком всех известных ротационных аппаратов, сдерживающим внедрение их в крупнотонное производство.Цель изобретения - увеличение поверхности и времени контакта фаз путем создания устойчивого распыпа жидкости и рециркуляции газовой Фазы и увеличение производительности аппарата.указанная цель достигается тем, что статор выполнен в виде двух коаксиальных цилиндрических обечаек, между которыми закреплены конические перфорированные тарелки, и снабжен горизонтальными перегородками, установленными внутри меньшей обечайки на уровне нижнего среза тарелок; с кольцевыми патрубками для перелива жидкой фазы, а ротор проходит через перегородки, при этом над и под пере 814386городками во внутренней обечайкевыполнены окна для жидкой и газовой,фаз, а ротор снабжен двумя рядамивентиляторных лопастей и плоскимипластинами, установленными под ними,на уровне которых во внутренней обечайке выполнены перфорации, а уголнаклона вентиляторных лопастей верхнего ряда противоположен углу наклона вентиляторных лопастей нижнегоряда.10Целесообразно перфорации в тарелках выполнять в виде однонаправленных чешуек, а перфорации во внутренней обечайке статора выполнять в видеотверстий, расширяющихся по направлению движения через них жидкостии газа.На фиг. 1 показаны контактныеэлементы аппарата, вертикальный разрез; на Фиг. 2 - узел 1 на фиг.1.Ротационный массообменный аппарат 20состоит иэ статора, выполненного ввиде двух коаксиальных цилиндрических обечаек 1 и 2 между которыми закреплены конические перфорированныетарелки 3, н ротора 4, пропущенного 2 Ячерез горизонтальные перегородки 5,делящие внутренний объем внутреннейобечайки 2 на отдельные секции. В, пределах каждой секции ротор снабжендвумя рядами вертикальных пластинверхним б и нижним 7, между которымиустановлены вертикальные плоскиепластины 8. Над перегородками 5 выполнены окна 9 для подвода в обечайку2 жидкой фазы. Под перегородками 5во внутренней обечайке выполнены окна 10 для рециркуляции газовой Фазы.На уровне вертикальных пластин 8 вменьшей обечайке 2 выполнены перфорации 11.Угол наклона вертикальных лопас- .40тей б противоположен по направлениюуглу вентиляторных лопастей 7 и выбран таким образом, что лопасти бсоздают направленное движение газовойфазы вниз, а лопасти 7 - направленное движение вверх.Для обеспечения упорядоченного.движения Фаз на тарелках 3 перфорации 12 выполнены в виде одйонаправленных чешуек. ЗОДля перетекания жидкой Фазы с вышележащей контактной тарелки на нижележащую между роторами 4 и перегородками 5 образован кольцевой переливной проход 13.В предлагаемом аппарате ротор 4приводится во вращение приводом,включающим, по аналогии с известным,электродвигатель и редуктор (на чертеже не показаны ввиду отсутствия вэтом узле новизны). боРаботает ротационный аппарат следующиМ образом,Газовая (паровая) Фаза движетсяв аппарате снизу вверх, проходя через чешуйки 12 в тарелках 3. После 65 того, как ротор 4 приведен во вращение, в аппарат на верхнюю тарелку подается жидкая фаза, которая поступает через окна 9 в обечайку 2 на перегородку 5. Вращение вентиляторных лопастейобеспечивает некоторое разрежение над перегородкой 5, что способствует поступлению в обечайку 2 через окна 9 жидкой и газовой фазы одновременно. При этом происходит азделение фаз. Гаэ движется под дейтвием вентиляторных лопастей 7 вверх, а жидкость стекает под действием силы тяжести вниз через переливной проход 13 и попадает на вращающиеся вентиляторные лопасти б. Последние создают под перегородкой 5 некоторое разрежение, что обеспечивает поступление в обечайку 2 через окна 10 газовой фазы на рециркуляцию и улучшает перетекание жидкости через переливной проход 13, Жидкая Фаза дробится вентиляторными лопастями б в потоке газа, поступающего на рециркуляцию, и отбрасывается к внутренней боковой поверхности обечайки 2. Образующаяся вращающаяся пленка стекает вниз, захватывается плоскими пластинами 8, которые.увеличивают скорость ее вращения, и под действием центробежных сил выдавливается через перфорации 11 в пространство между обечайками 1 и 2 над тарелкой 3. Потоки газовой фазы, эасасываемые вентиляторными лопастями б и 7 через окна 9 и 10, движутся навстречу друг другу. Это создает избыточное давление между вентиляторными лопастями б и 7 в полостях обечайки 2, что заставляет газовую фазу выходить вместе с жидкостью через перфорации 11, увеличивая скорость движения и улучшая распыление жидкой фазы над тарелкой 3.Жидкость, вылетающая из перфораций 11 в виде. мелких. капель, достигает внутренней. боковой поверхности обечайки 1, сепарируется и стекает вниз на полотно тарелки 3, образуя на ней слой. Газовый поток, проходящий через однонаправленные чешуйки 12, проходит через этот слой и обеспечнвает направленное вращательное движение жидкости на тарелке 3.Выполнение тарелок 3 коническими позволяет жидкости стекать к их центру, то есть к окнам 9, где она засасывается во внутрь обечайки 2. Порядок движения и взаимодействия фаз на нижележащей контактной ступени повторяется.Процесс массообмена протекает везде, где есть контакт фаэ, однако стедует выделить зоны наиболее интенсивного взаимодействия потоков газа и жидкости на каждой контактной ступени. Первая из них находится в пределах вентиляторных лопастей б, которые дробят и отбрасывают жидкость к боковой поверхности обечайкиФормула изобретения 2 в потоке газа. Вторая зона сосредоточена в перфорациях 11, где жидкость и газ движутся совместно с большой скоростью. Третья и четвертая зоны находятся между обечайками 1 и 2. В первой из них процессмассо- обмена протекает в условиях распыления жидкости, а во второй - при образовании на тарелке 3 вращающегося гаэожидкостного слоя. При этом жидкость движется к окнам 9 по нисходящей спирали, что увеличивает время контакта фаз.Все вышеперечисленные эоны массо- обмена обладают развитой поверхностью контакта фаз. Принудительное движение жидкости и газа через перфорации 11 под действием центробежных сил и избыточного давления, создаваемого вентиляторными лопастями б и 7, обеспечивает устойчивый распыл жидкой и высокую турбулизацию газовой фазы. 20 Объясняется зто тем, что перфорации 11 делят жидкую фазу на большое число отдельных струй независимо от нагрузки и режима работы аппарата. Кроме того, каждое отверстие (перфорация)д 5 работает по принципу форсунки, так как жидкость движется через перфорации 11 вместе с потоком газа. Для улучшения распыла целесообразно перфорации 11 выполнять в виде цилиндри- З 0 ческих отверстий, расширяющихся по ходу движения жидкости.ИспоЛьзование рециркуляции газовой фазы и увеличение пути движения жидкости в аппарате, за счет организации ее движения по контуру - от переливного прохода 13 к боковой поверхности обечайки 2 и по поверхности обечайки 2 к перфорациям .11, от перфораций 11 к боковой поверхности обечайки 1, от обечайки 1 по тарелке 3 к 40 переливному проходу 13. Это обеспечивает увеличение времени контакта фаз по сравнению с известными аппаратами. Последнему способствует так же отсутствие традиционной (как в известном) переливной системы, в которой жидкость изолируется от газового потока.В предлагаемом аппарате статор выполнен в виде двух коаксиальных обечаек 1 и 2. Причем вращающиеся детали (ротор) помещены только в меньшей обечайке 2. Это позволяет при одинаковом диаметре обечайки 2 и корпуса аппарата - известного изготавливать обечайку 1 диаметром порядка 2-4 м, то есть возможно изготовление ротационного аппарата большей производительности, что позволит использовать его в крупнотоннажном производстве химической и пищевой промышленностей. бОПредлагаемая конструкция ротационного аппарата обладает рядом преимуществ по сравнению с известными аппаратами. Во-первых позволяет увели)чить поверхность и время контакта фаэ за счет создания устойчивого распыла жидкости и увеличения пути ее движения, а также за счет рециркуляции газовой фазы. Во-вторых, предлагаемый аппарат может быть изготовлен большой единичной производительности, в то время как известные конструкции ротационных аппаратов не позволяют этого делать, Ввиду последнего, предлагаемая конструкция позволит использовать в крупнотонМажных производствах химической и других промышленностей наиболее эффективные форьщ взаимодействия фаз (с подводом механической энергии) что обеспечит высокую чистоту разделения смесей и повысит качество получаемой продукции. 1. Ротационный массообменный аппарат, состоящий из статора, тарелоки ротора, снабженного вентиляторнымилопастями для перемещения газовойфазы, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью увеличения поверхностии времени контакта фаз путем созданияустойчивого распыла жидкости и рециркуляции газовой фазы, и увеличенияпроизводительности аппарата, статорвыполнен в виде двух коаксиальныхцилиндрических обечаек, а тарелкизакреплены между ними и выполненыконическими с перфорацией, снабженгоризонтальными перегородками, установленными внутри внутренней обечайки на уровне нижнего среза тарелок,с кольцевыми патрубками для переливажидкой фазы, ротор пропущен черезперегородки, при этом над и под перегородками во внутренней обечайкевыполнены окна для жидкой и газовойфаз, ротор снабжен вторым рядом вентиляторных лопастей и плоскими пластинами, установленными под ними науровне которых во внутренней обечайке выполнены перфорации, а угол наклона вентиляторных лопастей верхнего ряда противоположен по направлению углу наклона вентиляторных лопастей нижнего ряда,. 2. Аппарат по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что перфорации вовнутренней обечайке статора выполнены в виде отверстий, расширяющихсяпо направлению движения через нихжидкости и газа.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 342645, кл. В 01 О 3/30, 1970.2 Авторское свидетельство СССР9 76513, кл. В 01 О 3/30, 1948ставитель А. Сондохред Ж. Кастелевич актор В. кмар ректор о писно Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,аказ 870/6 ВНИИПИ Госу по делам 113035, МосквТираж 706рственног зобретени Ж, Ра омит отк кая