Массообменный вихревой аппарат

СООЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 19) ИИ А 01 Р 3/30; В ЕН Бурлачкин,Ю. И, жуК. Фомин,ин 54) ПАРА новл ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ ПИСАНИЕ И К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56)1, Авторское свидетельство СССР 401372, кл. В 01 Р 3/22, 1972.2. Авторское свидетельство СССРМ 721114, кл. В 01 Р 53/20, 1977.3. Авторское свидетельство СССРВ 493232, кл. В 01 Р 3/22, 1973.4Авторское свидетельство СССРВ 401373, кл. В 01 Р 3/30, 1972. 1. МАССООБИЕННЫЙ ВИХРЕВОЙ АП- остоящий из корпуса и устаных в нем коаксиальных перфорированных и сплошных перегородок в виде цилиндров усеченных конусов, разделяющих внутреннюю полость аппарата на несколько ступеней, и устройство для перетока жидкости из вышележащей ступени в нижележащую ступень, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения производительности за счет стабилизации вихревого струйно-пленочного режима работы, основания каждого усеченного конуса соединены с соответствующими по размерам основаниями соседних ко-, нусов.2. Аппарат по и1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что.устройстводля перетока жидкости выполнено в виде от- Е верстия в нижней части перфорированной перегородки, кромки которого отогнуты вниз.Изобретение относится к аппаратуре для массообмена и. теплообмена в системах гаэ-жидкость и может быть использовано в химической промышленности, черной и цветной металлургии, в процессах газоочистки, десорбции, абсорбции, увлажнения и очистки газов, широко применяемых в различных областях народного хозяйства.Известен аппарат для проведения процессов массообмена, состоящий из 10 корпуса с установленными в нем попарно эллиптической формы тарелками - нижней и верхней, расположенными вынутостями навстречу друг другу. Нижняя тарелка из каждой пары прикреп лена к:корпусу при помощи кронштейнов, а верхняя связана с нижней уголками. Над нижней тарелкой установлена кольцевая перегородка, в центре которой имеется отверстие и патрубок.20Тарелки имеют отверстия в виде тангенциально направленных арочных чешуек, что обеспечивает вращательное движение жидкости.Жидкость перетекает с тарелки на тарелку через кольцевой сливной карман между верхней и нижней тарелками,а также корпусом аппарата и через отверстие в центре нижней части тарелки.Процесс массообмена интенсифицируется за счет увеличения площади эл" липтической тарелки по сравнению с плоской струйной тарелкой 11 .Однако известный. аппарат содержит значительное число деталей, сложных в изготовлении, особенно эллиптических тарелок с просечками. При малых и больших нагрузках по жидкости равномерность распределения жидкости .на тарелках не достигается, аппарат работает в струйном . 40 режиме, струйно-пленочный режим в аппарате не достигается, так как для его осуществления насадка должна иметь строгую геометрию постоянной кривизны, например, в виде отрез ков цилиндров и усеченнных конусов с определенным углом наклона к оси, иметь горизонтальное сечение в виде пар концентрических окружностей, прорези специальной формы, обеспечиваю щие оптимальное "живое сечение" насадки - около 40 к сечению аппарата, насадка должна обеспечивать свободный переток жидкости сверху вниз по винтовой линии.55кроме того, аппарат имеет значительное гидравлическое сопротивление, высокую металлоемкость и. не может быть изготовлен многосекционным.Известен аппарат для проведения процессов массообмена с регулярной насадкой, состоящей из чередующихся элементов, образованных соединениями наклонных в противоположную сторону пластин, снабженных направленными просечными отверстиями, и расположенных по высоте в шахматном порядке, нижние кромки которых отогнуты вниз параллельно йротивоположным сторонам нижележащих элементов насадки, а верхние грани нижележащих элементов, расположены выше линий отгиба пластин. Кромки просечных отверстийв смежных пластинах направлены параллельно их образующим в противоположные стороны, например в сторону наклона пластин 23Аппарат 2проще в изготовлении,чем аппарат 1, однако насадка имеетсложную конструкцию, которую сложно размещать в аппаратах круглого сече-. нияАппарат работает в пленочном режиме, а устойчивая работа его возмо,кна лишь при идеальном распределении орошения по насадке, поэтому частьжидкости в аппарате накапливается наотдельных участках насадки и не принимает эффективного участия в процессе массообмена. Аппарат имеет значительное гидравлическое сопротивление и высокую металлоемкость. Наличиепараллельных рядов пластин исключает возможность вихревого движениягаза в виду отсутствия кольцевых каналов, поэтому вихревой струйно-пленочный режим работы в аппарате 2не может быть достигнут,Известен массообменный аппарат,содержащий в корпусе контактные тарелки в виде гофрированных перфорированных конусов, распределительныекольца, установленные между основаниями конусов, сливные патрубки, выполненные в вершине каждого полого конуса, установленного вершиной вниз, ,отбойники, размещенные с зазором относительно сливных патрубков 3 3Гофрированные конусы размещены на некотором расстоянии друг от друга в чередующейся последовательностивершинами вверх и вниз, Указанныйаппарат содержит значительное количество.злементов, сложен по конструкции и имеет высокую материалоемкость. Аппарат работает в пленочном режиме, интенсификация работы осуществляется за счет увеличения поверхности массообмена путем гофрирования конусов. Гофрированные конуса обеспечивают стеканне жидкости только сверху, вниз, без завихрения,что исключает возможность осуществления в нем вихревогоструйно-пленочного режима массообмена. Аппарат имеет значительное гидравлическое сопротивление и недостаточную производительность, не может быть многосекционньвч, часть газовогопотока у стенок аппарата иэ-за наличия гофров на конусах не вступает во взаимодействие с потоком жидкости.Известен массообменный вихревой аппарат, состоящий из корпуса и установленных в нем коаксиальных перфо-рированных и сплошных перегородок,образующих цилиндры и усеченные конуса, разделяющих внутреннюю полостьаппарата на несколько ступеней, иустройство для перетока жидкости из 5вышележащей ступени на нижележащуюступень 4.. Недостаток аппарата в том, чтоналичие переточных труб и пространства между соседними элементами на- Осадки снижает производительностьаппарата за счет дестабилизации вихревого струййо-пленочного режимаего работы, что снижает возможнуюпредельную нагрузку на единицу объема или единицу высоты аппарата. Переточные трубы,и пространства междусоседними элементами насадки аппарата усложняют его изготовление и мон-таж,20Цель изобретения - повышение производительности за счет стабилизации вихревого струйно-пленочного режима работы.Поставленная цель достигается тем,что в массообменном -вихревом аппарате,состоящем из корпуса и установленныхв нем коаксиальных перфорированныхи сплошных перегородок образующихцилиндры и усеченные конуса, разделя.ющих внутреннюю полость аппарата нанесколько ступеней, и устройстводля перетока жидкости из вышележащей ступени на нижележащую ступень,основания каждого усеченного. конуса соединены с соответствующими по З 5размерам основаниями соседних конусов.Целесообразно, чтобы устройстводля перетока жидкости было выполненов виде отверстия в нижней части перфорированной перегородки, кромки ко. -торого отогнуты вниз.На фиг. 1 изображен аппарат с перегородками в виде цилиндров и усеченных конусов, продольный разрез;на фиг. 2 - просечка.для перетокажидкости,В цилиндрическом корпусе 1 аппара.та установлена вплотную к стенкамнасадка, состоящая иэ перфорированных перегородок 2 в виде усеченныхконусов и сплошных цилиндрическихперегородок.З,Перфорированные перегородки 2соединены по линиям (окружностям )меньшего диаметра (меньших оснований ) 4 с цилиндрическими перегородками 3 по круговому сечению 5. Вперфорированных перегородках 2 имеются переточные отверстия для жидкости б и просечки 7 для прохода га Озового вихря иэ гаэовыводящих камер 8 в контактные камеры 9. Центральная цилиндрическая перегородка 3 образует вертикальный канал 10, заглушенный в каждой ступени поперечной 65 сплошной пергородкой, Переливныеустройства (Фиг. 2 ) расположены внижней части перфорированной перегородки 2 и состоят иэ отверстий11 и лепестков 12. Лепестки 12 отогнуты таким образом, чтобыжидкаяфаза попадала на верхнюю цать перфорированной перегородки нижележащей ступени, т.е. до ее просечки 7.Аппарат работает следующим образом.Газ поступае= в аппарат тангенциапьно, через нижнюю царгу, в которойи закручивается. Из нижней царги гаэпоступает в контактные камеры 9 нижней ступени. Из контактных камер 9газовый поток распределяется по просечкам 7 перфорированных перегородок2. В просечках 7 газовый поток ускоряется и тангенциально поверхностиперегородок 2 поступает в гаэовыводящие камеры 8, из которых переходит вконтактные камеры 9 вьверасположеннойступени насадки, образующие с газовыводящими камерами 8 нижележащей ступени единые каналы в корпусе аппарата,имеющие поперечное сечение в видетреугольника, две вершины которогорасположены ближе. к периферии аппара.та, а третья вершина обращена в сто-,рону центральной оси аппарата, а третья вершина обращена в сторону центральной оси аппарата и лежит на круговом сечении 5.Такое устройство кольцевых каналовспособствует стабилизации газовоговихря в аппарате. Жидкость, стекающаяпо насадке переточных отверстий дляжидкости б через отверстия 11 посту-.пает на лепестки 12 и вихрем газа слепестков 12 отбрасывается на верхнюючасть перфорированной перегородки 2нижележащей ступени, в которой стека.ет по перфорированной .перегородке2 сверху вниз, навстречу поднимающемуся из контактной камеры 9 идвижущемуся снизу вверх вихрю газа.Гаэ через просечки 7 ускоренныыи впросечках стурями выходит в гаэовыводящую камеру 8 вьадерасположениойступени, прорывая жидкостную пленкуна перфорированных перегородках 2,где и происходит массообмен,Ввиду вихревого движения газажидкость иа перфорированныхерегородках 2 тоже закручивается, поэтомутраектория отдельных частиц можетбыть изображена винтовой линией приобщем движении жидкости сверху вниз.На опытных установках для наблюдения за движением жидкости и газа были встроены в испытываемые аппаратыцарги иэ прозрачного материала ( органического стеклами. В прозрачных частях аппарата можно было визуальноопределить моменты иачаЛа работыаппарата в струйно-пленочном режиме,а также работу его в пленочном ре" е1018667 РРпп Условия опытов Показатели работыИзвест- ный Аппараты Предлагаемый 1, Десорбция брома из рассола, содержащего:солей - 260 кг в 1 мброма - 0,74 кгв 1 мз 1. Материалоемкость при равной эффективности,Ъ 72 100 2. Максимальная объемнаяскорость газовой фазыпри плотности орошения10 мэ/ч на 1 м 2 сечения аппарата, Ъ 100 85 3. То же, что и в п. 2, мз/ч на 1 м обьема аппарата 28000 24000 4. То же, что и в п.2 при 40 м/ч, % 100 70 5. То же, что и в п.2,при 40 м/ч, мЗ/ч на 1 м объема аппарата 20000 14000 6. Высота насадки.при которой достигается степень десорбции брома в 97 15 м 10 м 7. Трудозатраты приизготовлении контактного устройства,В 86 100 1, Предельная скорость газа при.плотности орошения 10 мЗ/ч на 1 м, м/сек2. Абсорбция аммиака водой из инертного газа 6,9 жиме, момент начала накопления жидкости из аппарата вследствие ее вспенивания. Таким образом, по графику изменения давления от скорости газа и визуально было установлено, что вихревой струйно-пленочный режим работы аппарата наблюдается при скорости газа в "живом сечении" аппарата от 1,2 до 7,7 м/сек.Визуально наблюдалось и винтово . движение жидкости по насадке - при введении индикатора в виде тонкой струи ,на перфорированную перегородку 2. До скорости газа 1,2 м/сек аппарат работает малоэффективно, жидкость с лепестков 12 на перфорированную перегородку 2 стекает струями и неравномерно распределяется по ее поверхности. При увеличении скорости газа более 1,2 м/сек газовый вихрь распределяет жидкость по насадке в виде 2 О равномерной пленки, через отверстие из которых прорываются струи газа, вызывая интенсивное перемешивание ,жидкости, сообщая жидкости окружную скорость и вызывая интенсификацию массообмена, перевод его вструйно-пленочный режим. При этом также изменяется характер стекания жидкости из просечек: она с лепестков 12 плоской струей поступает на верхнюю часть перфорированной перегородки 2 до начала просечек 7. Наличие лепестков 12 значи-. тельно снижает брызгоунос в объем камер 8 и 9 из просечек для жидкости.На различных системах газ-жидкость проведены лабораторные и производственные испытания предлагаемых аппаратов диаметров 0,3, 0,6, 1, 2, и 4,2 м.В таблице приведены данные результатов испытаний предлагаемого и известного аппаратов.101866 7 Продолжение таблицы Аппараты. ви пп Показатели работы Условия опытов Предла- .Известгаемый ный 2. Иатериалоемкость,74 100 3. Количество ступеней, необходимое для по" глощения 99,9 аммиака 14 20 4 т1. Расход Фторопластана изготовление аппарата,100 2. Иаксимальная объеь- ная скорость газовпри орошении 0,1 л на1 м газов100.,73 3. Количество ступеней, . необходимое для тонкой очистки (до содержания в конечном .продукте менее 0,005 Фторидов к массе зады и хлористого водорода ). 1. Производительность поброму, кг/ч, 1 маппарата при равных условияхопыта 56 4. Абсорбция бромаиэ воздухараствором бром-железа,48 2. Расход титана на изготовление абсорбера,73 100 жидкой и газовой фазе в разных .режимах работы на 15-30, материалоемкость снижается на 26-31, гидравлическое сопротивление 1 м насадки уменьшается на 5-14, трудозатраты на изготовление контактного устройства снижаются на 10-20, предельно- допустимая скорость газа в аппарате возрастает на 9-15, а максимальная плотность орошения может быть увеличена на 25-40. По сравнению с аналогами эти показатели улучшаются еще на 5-100. Аналоги предлагаемого аппарата (1-3 ), как и прототип (4 )имеют, по сравнению с ним, более низкую удельную производительность, максимальную плотность .орошения насадки, эфФектив"у) ность работы ступени насадки, максимально-допустимую скорость газа в ап-. парате, более высокую материалоемкость, энергопотребление и гидравлическое сопротивление 1 м насадки.По сравнению с известным произ- водительность 1 м объема предлагаемого аппарата увеличивается по ППП фПатентф,од,ул,проектна Филиалг.ужг 3. Абсорбция фтористого водородасоляной кислотойиз смеси его схлористым водородоми др. газами ВНИИПИ Заказ 3580 Г Тираж 688 Подписно