Массообменный аппарат

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 80,1 066625 А 3 б 0 В 01 Р ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Казанский ордена Трудового Красного Знамени химико-технологический институт им, С.М. Кирова (53) 66.015.23.05(088.8)(56) 1. Рамм В.М. Абсорбция газов, М., фХимия", 1976, с. 5322. Там же, с. 541.3. Авторское свидетельство СССР В 441736, кл. В 01 Р 3/30, 1970.(54)(57) МАССООБМЕННЫй АППАРАТ длявзаимодействия газа (пара) с жидкостью, содержащий корпус с патрубками для ввода и вывода фаэ и расположенные в нем объемные распылители, установленные с воэможностьювращения, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью интенсификациипроцесса за счет равномерного распределения факела из монодисперсных капель с непрерывно обновляющейся поверхностью и увеличения относительной скорости движения в результате соударения вращающихсягазожидкостных потоков, распылителивыполнены иэ капиллярно-пористогоматериала и установлены с воэможностью вращения соседних распылителей в противоположных направлеИзобретение отйосится к устройствам общего назначения для осуществления массообменных процессов в системах газ (пар) - жидкость, в частности предназначено для массообменных аппаратов при проведении процес сов абсорбции газов, мокрой пылегаэоочистки, и может найти применение для проведения процессов охлаждения и увлажнения газов, в качестве теплообменников смешения. 10Известен маесообменный аппарат для взаимодействия газа (пара) с жидкостью, представляющий собой полый распыливающий абсорбер, содержащий корпус с патрубками для подвода и отвода жидкости и газа, в котором расположены диспергирующие устрой-, ства для распыливания жидкости (абсорбента), выполненные в виде форсунок, причем форсунки могут быть расположены в одном или нескольких сечениях аппарата 1 3.Недостатком известного аппарата является невысокая эффективность работы, обусловленная перемешиванием газа, плохим и неравномерным заполнением объемааппарата факелом распыливаемой жидкости. Кроме того, используемые форсунки ненадежны в работе, факел распыла их неоднородный. Этим аппаратам присущи большие 30 энергозатраты на распыление жидкости, большой расход жидкости для увеличения колиЧества капель и, соответственно, поверхности контакта фаз малоэффективное улавливание частиц 35 пыли размером меньше 5 мкм (в случае аппарата для мокрой пыле- газоочистки), повышенная металлоемкость конструкции.Известен также аппарат для взаи модействия газа (пара) с жидкостью представляющий собой полый центробежный абсорбер с многодисковым центробежным разбрызгивателем, содержащий корпус с патрубками для подвода и отвода газа и жидкости, в котором располагаются диспергирующие устройства, состоящие из ряда расположенных друг под другом вращающихся дИсков, окруженных по периметру отражательными кольцами ) 2 . Известный аппарат характеризуется недостаточно высокой эффективностью работы, обусловленной плохим и неравномерным заполнением55 объема аппарата факелом распыливаемой жидкости, который при этом получается крайне неоднородным, состоящим из брызг и струй, причем капли жидкости быстро насыщаются,(почти до 60 равновесного состояния ) газом. Для увеличения количества капель и, соот" ветственно, поверхности контакта фаэ в аппарате приходится значительно увеличить расход жидкости (абсорбен та ). Скорость капель жидкости в- зоне ее взаимодействия с газом мала.Известен массообменный аппарат, содержащий корпус с патрубками для подвода и отвода жидкости и газа и расположенные в нем объемные распылители, установленные с возможностью вращения 3 3.Этот аппарат также характеризуется недостаточно высокой эффективностью работы.Диспергирование жидкости в противопоставленном аппарате осуществляется полыми вращающимися перфорированными цилиндрами, снабженными отражательными перегородками. Струи жидкости, вытекающие из отверстий в цилиндрах, попадают на отражательные перегородки, вращающиеся вместе с цилиндрами, и растекаются по ним, образуя жидкие пленки, дробящиеся в дальнейшем на капли. При этом образуется объемный факел распыла, характеризующийся неравномерным распределением плотности орошения по поперечному сечению аппарата, так как центры дробления жидкости находятся на отражательных пластинках, расположенных на опоеделенном оасстоянии долг от друга, причем эта неоавномевность будет увеличиваться с увеличением диаметра аппарата,Распределение жидкостного факела по высоте аппарата также будет неравномерным, поскольку давление жидкости в отверстиях распылителя при данном способе ее подачи в распылитель уменьшается по высоте распылителя, что приводит к уменьшению количества жидкости, вытекающей из верхних отверстий. Йеобходимо также учесть стекание пленки жидкости по отражательньщ перегородкам под действием силы тяжести, что приводит к неравномерному распределению пленки жидкости по высоте отражательных перегородок и усиливает неравномерность распределения плотности орошения по высоте аппарата. Механизм процесса распыливания вращающейся кромкой при малых скоростях вращения аналогичен каплеобразованию наклонной плоскостью в поле сил тяжести.По этому механизму однородные капли могут быть получены лишь при весьма малых расходах жидкости. При реальных расходах, имеющих место при работе аппарата, неизбежно образование капель-спутников, размеры которых значительно отклоняются от размеров основных капель.Таким образом, при работе аппарата образуется полидисперсный факел распыливания жидкости, характеризуемый неравномерной плотностью распределения жидкости по высоте аппарата и о его поперечному сечению, при этом часть жидкости в аппа 10 ббб 25рате находится не в виде капель, ав виде струй, вытекающих из отверстий и переходящих в пленки жидкости, движущейся по отражательнымперегородкам.Сформированная таким образом 5жидкая фаза попадает в закрученныйпоток газа и увлекается им вверх.При такой схеме взаимодействия капли быстро разгоняются до скоростигаза и их относительная скорость 10резко уменьшается. Кроме того,при однонаправленном движении фаэнаблюдается резкое уменьшение движущейся силы массопередачи и увеличение гидравлических потерь. 15Целью изобретения является интенсификация процесса за счет равномерного распределения факела из монодисперсных капель с непрерывно обновляющейся поверхностью и увеличенияотносительной скорости движения в ререэультате соударения вращающихсягазожидкостных потоков.Указанная цель достигается тем,что в массообменном аппарате длявзаимодействия газа (пара ) с жидкостью, содержащим корпус с патрубками для ввода и вывода фаз и расположенные в нем объемные распылители,установленные с возможностью вращения, последние выполнены из капиллярно-пористого материала и установлены с возможностью вращения соседних распылителей в противоположныхнаправлениях.Это позволяет значительно интенсифицировать процесс массообмена эасчет высокой и равномерно распределенной по объему аппарата плотностиорошения и непрерывного обновленияповерхности контакта фаз, достигае Омого при соударении, дроблении, коалесценции капель вращающихся навстречу друг другу газожидкостныхпотоков.На фиг. 1 изображен аппарат с ниж ним расположением диспергирующихустройств, общий вид; на фиг. 2разрез А-А на фиг,1 (направлениевращения диспергирующих устройствпоказано стрелками ); на фиг. 3аппарат с верхним расположением диспергирующих устройств, общий вид.Аппарат (фиг. 1 и 2) содержит кор"пус 1 с патрубками 2-4 для тангенциального, осевого подвода и отводагаза, патрубок 5 для слива жидкости,полый вал 6, служащий для подводажидкости и приведения во вращениедиспергаторов. Внутри аппарата наполых валах б закреплены капиллярно-пористые диспергирующие элементы 607, выполненные. в виде полых тел вращения, снабженные перегородками 8 сотверстиями для прохода жидкости.По периметру аппарата расположена периферийная зона массообмена а, в 65 центральной части аппарата - центральная зона массообмена 6, между смежными (соседними ) диспергирующими элементами расположены эоны обновления поверхнссти контакта Фаз в (зоны соударения ).Аппарат с верхним расположением диспергирующих устройств (фиг. 3) содержит корпус 1 с патрубками 2, 3, 4 для тангенциального, осевого подвода и отвода газа, патрубок 5 для слива жидкости. На верхней крышке аппарата неподвижно закреплены втулки 9, нижние торцы которых соединяются с неподвижными крышками 10. Через втулки 9 проходят валы 11, нижние торцы которых соединены с нижними крышками 12, на которых закреплены капиллярно-пористые диспергирующие элементы 13, выполненные в виде полых тел вращения, снабженные перегородками 14 с отверстиями для прохода жидкости. Через верхнюю крышку аппарата и неподвижные крышки 10 к диспергирующим элементам 13 подведены трубки 15, служащие для подачи жидкости во внутренние полости диспергирующих элементов. Вращение диспергирующих элементов 13 осуществляется через валы 11 и производится для смежных иэ них в противоположные направления. Неподвижная крышка 10 и верхний то" рец диспергирующего элемента 13 образуют между собой щель шириной .0,3- 3 мм. Наличие такой щели позволяет аппарату работать с жидкостями, содержащими механические примеси.Аппарат (фиг. 1 и 2) работает следующим образом.Основную часть газа (пара ) пода" ют в аппарат через патрубок 2 тангенциального подвода газа, где, закручиваясь о стенки двигателя по спирали от периферии аппарата к его центру, остальная часть газа (пара ) подается в аппарат через патрубок 3 осевого ввода в центральную зону массообмена Б . Жидкость подают во внутреннюю полости диспергирующих элементов 7 через вращающие их полые валы 6, причем вращение смежных диспергирующих элементов 7 осуществляется в противоположных направлениях, Под действием напора жидкости, разделительных перегородок 8 и центробежной силы жидкость равномерно распределяется по стен. м внутренней полости диспергирующих элементов 7. Проходя через капилляры и поры жидкость, под действием центробежной силы распыливается со всей поверхности диспергирующих элементов 7, образуя тонкий монодисперсный распыл, обеспечивая высокоразвитую поверхность контакта фаэ и высокую плотность орошения по всему диаметру аппарата. Газ (пар ), двигаясь от10 внутренней стенки аппарата к его центру, взаимодействует с жидкостью в периферийной зоне массообмена Р в результате чего капли жидкости бы".тро насыщаются почти до равновесного состояния. Часть жидкости,рас пыливаемой н центральную часть аппарата, взаимодействует н центральной зоне массообмена а с газом (паром ), подающимся из патрубка 3, где тоже быстро насыщается. Отражатель 16 препятствует "проскоку" газа, подаваемого из патрубка 3 в отводящий патрубок 4. Гаэ, поступающий из патрубка 3, ударяется об отражатель 16 и отбрасывается к стенкам аппарата. 15 Поскольку смежные дис ергирующие элементы 7 возвращаются в противоположных направлениях, капли жидкости двигаются навстречу друг другу с большой скоростью и соударяются между собой н зонах соударения (обновления ) поверхности контакта фаз 8, В результате чего поверхность капель жидкости, которая уже к моменту соударения успела насытиться газом, непрерывно обновляется эа счет коалесценции, соударения и дробления капель на более мелкие. Соударению поднергаются не менее 30 всей распыливаемой жидкости. Капли жидкости, долетающие до стенки аппарата и ударяясь об нее, образуют пленку жидкости, стекающую вниз. Часть жидкости, после удара ее о стенку аппаратаотражается от нее, образуя вторичные мелкие капли с обновленной поверхностью. 35 Пленка жидкости на стенке и отраженные от нее капли также принимают участие н процессе масссообмена, повышая эффективность работы аппарата.Проконтактировавший газ (пар ) се парируется от жидкости за.счет своего вращательного движения и выходит ,из аппарата по патрубку 4. Стенки аппарата, выполненные в верхней части в виде обратного конуса, уменьшают 45 скорость газа на выходе из аппарата, и. следовательно, улучшают сепарацию газа от жидкости. Жидкость выводится иэ аппарата по патрубку 5.Аппарат с верхним расположением диспергйруюцих устройств (фиг. 3) работает аналогично. Приведение н аппарате четного количества диспергирующих элементов, выполненных из капиллярно-пористого материала н форме тела вращения и вращаюцихся в противоположных направлениях, позволяет значительно интенсифицировать процесс массообмена эа счет непрерывного обновления поверхности контакта фаэ, достигаемого при соударении вращающихся навстречу друг дРугугазожидкостных потоков. Кроме того, при указанном способе взаимодействия потоков обеспечивается высокое и равномерное распределение плотности орошения по диаметру аппарата. Засчет перекрестного движения газа ижидкости, высокой и равномерной плотности орошения по диаметру аппарата обеспечивается более нысокая скорость по газовой фазе.Установка в предлагаемом аппарате тангенциального и осевого патрубков для подвода газов позволяет эффективно проводить процесс массообмена но всем объеме аппарата (в цент-.ральной и периферийной зонах массо- обмена). Изменяя скорость вращения дис ергирующих устройств, можно изменять размер и скорость распыливаемых капель (так как диаметр капель при распылинании центробежными распылителями, определяется, н основном, окружной скоростью вращения диспергируюцего элемента)и, тем самым управлять режимом работы аппарата (менять площадь поверхности массообмена, производить избирательную очистку газов ). Применение предлагаемого массообменного аппарата для абсорбции газов позволит за счет соударения вращающихся навстречу друг другу факелов распыливаемой жидкости, получаемых при нрацении в противоположные стороны капиллярно-пористых смежных диспергирующих устройств, и достигаемого при этом непрерывного обновления поверхности контакта фаз в большей части объема аппарата получить в одноступенчатом аппарате до нескольких теоретических ступеней контакта фаз. Кроме того, для проведения процесса мокрой пыле- газоочистки аппарат позволит (за счет нысокоэффектинного мелкодисперсного распылинания жидкости, нысокой и равномерной плотности орошения во всем объеме аппарата непрерывного обновления поверхности капель ) высокоэфФектинно улавливать мелкодисперсные частицы пыли (диаметром менее 5 мкм)