Массообменный аппарат

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИ 1274705 А 1 СПУБЛ 01 Р 32 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ ТВУ ЕТ ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Горьковский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им, А. А. Жданова(54) МАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ (57) Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано в аппаратах для проведения процессов абсорбции и ректификации, позволяюгцих по высить эффективность процессов за счет увеличения поверхности контакта фаз и обновления их поверхности, расширить диапазон оптимальной работы при изменении нагрузки по газу. Аппарат содержит решетку 13, установленную сверху дополнительных контактных элементов 12, и жестко соединенную с ней втулку 14. Контактные элементы выполнены из эластичного упругого материала, верхние концы их прикреплены к решетке 13, втулка 14 и решетка 13 установлены с возможностью перемегцения вверх. Приведены различные варианты выполнения подвижной решетки 13. 4 з.п.20 15 20 25 30 35 40 45 50 Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано для проведения процессов абсороции и ректификации.Цель изобретения - новын( ние эффективности процесса за счет у,е,пчения поверхности контакта фаз и ооновл(5 Их поверхности, расширение диапазона о.тимальной раооты прн изменении нагрузки по газу.На фиг. 1 представлен дппарат, продольный разрез; на фиг. 2 - - контактные элементы, продольный разрез; на фиг. 3 -- узел 1 на фиг. 2; на фиг. 4 . узел П на фиг. 2; с конической перфорированной подвижюй решеткой; на фиг. 5то же, с подвижной решеткой, выполненной в форме полого перфорированного пол уэллипсоида.Аппарат включает корпус 1, персливные устройства 2 и 3, соосно расположенные контактные труоки 4, выполненные в виде соединенных одна с другой с помощью фигурных полых муфт 5, контактных труб, пропущенных с зазором через соосные отверстия тарелок 6. Тарелки 6 делят аппарат на несколько контактных ступеней. В нижней части каждой ступени в контакт. ных трубах имеются питающие отверстия 7, в верхней части - сепарационные отверстия 8. Питающие и сепарационные отверстия выполнены в виде круглых отверстий или вертикальных прорезей окон). Между нижней частью фигурной муфты и контактной трубкой образуется закрытый сверху и изнутри и перфорированный снаружи кольцевой канал 9.Контатные трубки снабжены завихрителям 10, расположенными вблизи нижней границы сспарационных отверстий.Между соседними ступенями внутри контактных труб, напротив плоскости тарелок установлены неподвижные решетки 11, в которых закреплены нижними концами дополнительные контактные элементы 12, выполненные из эластично-упругого материала, например в виде растягивающихся упругих и эластичных нитей, лент, полос и т.п. В зависимоси от этого неподвижная решетка выполнена из проволочной сетки, в виде коаксиально расположенных колец, скрепленных крестовиной, в виде коаксиально расположенных желобов, соединенных друг с другом и с питающими отверстиями радиальными желобами и т.п.Верхние концы дополнительных контактных элементов 2 прикреплены к подвижной решетке 13, с которой жестко соединена втулка 14, перекрывающая питающие отверстия и выполненная с возможностью ее перемещения вверх относителыо сподвижной решетки. Жесткое соединение подвиж. ной решетки 13 и зтулки 14 выполнено в виде жестких стержней или полос из листового металла 5, расположенных параллельно внутренней поверхности контактной трубки.Для создания небольшой гарантированной подачи жидкости в контактные трубки при низких нагрузках по газу наружная поверхность втулки 14 выполнена с уклоном внутрь по ходу газа.Для уменьшения гидравлического сопротивления и сгабилизации положения подвижной репетки точно о оси контактной трубки подвижная решетка может быть выполнена обтекаемой формы, перфорированной конической с центральным углом конус ности 40- 60, перфорированной конической со скругленным углом при вершине конуса, в виде полого перфорированного полуэллипсоида, большая полуось которого совпадает с осью контактной трубки, а его вершина направлена навстречу потоку газа.Массообменный дгшарат работает следующим образом.Гдз пар) из нижней части корпуса 1 поступает в контактные трубки 4. После завихрителя О газовый поток закручивается и проходит через полую муфту 5, неподвижную решетку 11, контактную трубку 4, подвижную решетку 13 и через следующий по ходу газа завихритель уходит на вышележащуюю ступень. Под действием сил гидродинамического давления газа подвижная решетка 13 пере. мешается вверх, растягивая упругие эластичные дополнительные контактные элементы 12 до тех пор, пока силы растяжения последних уравновесят силы гидродинамического давления газа на подвижную решетку 13. Г 1 одвижная решетка 13, перемещаясь вверх, увлекает за собой жестко соединенную с ней втулку 14. которая приоткрывает питающие отверстия 7 тем больше, чем выше скоростной напор газа.Жидкость под действием давления гидростатического столба с полотна тарелки 6 через открытую часть питающих отверстий 7 в виде струй поступает внутрь контактных трубок в количестве, пропорциональном расходу скорости) газа, так как высота подъема подвижной решетки 13 и втулки 14 и, следовательно, высота и сечение открытой части питающих отвепстий пропорциональны скоростному напору газа. Таким образом создается возможность саморегулирования количества поступающей в контактные трубки жидкости и зависимости от расхода газа, что расширяет диапазон оптимальной работы при изменении нагрузки по газу. Газ пар), поступающий снизу с большой скоростью10- 40 м/с), диспергирует жидкие струи на капли, которые, попадая на поверхность контактной трубки 4 и растягивающихся упругих эластичны.х контакт 1274705ных элементов 12, образуют жидкую пленку, движущуюся вверх.Вследствие большой скорости и турбулентности газового потока растягивающиеся упругие эластицные контактные элементы 12 непрерывно вибрируют, колеблются, пленка жидкости сильно турбулизуется, с ее поверхности срываются мелкие жидкие капли, которые в объеме контактной трубки 4 сливаются между собой, распадаются снова на части, попадают на поверхность соселних растягивающихся упругих эластичных дополнительных контактных элементов 12, снова срываются и т.д. Процессы генерирования и возвращения жидких капель на поверхность пленки растягивающихся упругих эластичных дополнительных контактных элементов находятся в равновесии, цто приводит к образованию в объеме контактной трубки 4 диспергировацной, сильно турбулизованной газожилкостной смеси с развитой поверхностью контакта фаз. При 20 этом происходит интенсивный массообмен в двух зонах с постоянно обновляюгцейся поверхностью контакта фаз: на поверности г,ленки растягивающихся упругих эластичных контактных элементов 12 и трубки 4 и в пространстве между ними.На выходе растягивающихся упругих эластичных дополнительных контактных эле ментов 12 жидкая пленка проходит через подвижную решетку 13, срывается с нее, попадает в газожидкостную смесь, которая затем направляется в каналы завихрителя 10, где приобретает вращательное движение.Под действием центробежной силы жидкость отбрасывается на внутреннюю поверность сепарационцой части труб, туда же попадает жидкость, транспортирующаяся по 35 внутренней поверхности контактных трубок 4. С внутренней поверхности сепарационной части трубок 4 жидкость через сепарационные отверстия 8 сливается обратно ца тарелку 6, перемешиваясь с питаюгцей жидкостью. Часть этой смеси вновь поступает40 на орошение данной контактной ступени, а часть через переливные каналы направляется на нижележащую тарелку. С целью дальнейшего расширения диапазона оптимальной работы массообменного аппарата при низких нагрузках по газу за счет подачи в контактные трубки небольшого гарантированного количества жидкости наружная поверхность втулок 14 выполнена с уклоном внутрь по холу газа.Для уменьшения гидравлического сопротивления и стабилизации положения подвижной решетки 13 под действием закрученного газового потока точно по оси контактной трубки 4 подвижная решетка выполнена обтекаемой формы, перфорированной конической с центральным углом конус- ности 40 - 60 (в этом диапазоне углов конусности гидравлическое сопротивление имеет минимальное зцаценце 1, перфорированной конической со скругленным углом при вершине конуса. в виде полого перфорированного полуэллипсоцла, болыная полуось которого совпадает с осью коцтактцои трубки 4, а его вершина направлена навстречу газовому потоку.После выхода из каналов завцрителя жидкая и газовая фаза закручиваются, капли жидкости под действием центробежных сил отбрасываются на внутреннюю поверхность сепарационной части трубок. При этом образуются две сепарационные зоны. В первой зоне сепарации, расположенной ниже фигурной полой муфты 5, удаление жидкости из контактной трубки происходит под действием центробежны сил.Та часть жидкости, которая не отсепарировалась в нижней зоне (центробежная зона сепарации), цнерционцымц силами увлекается в кольцевой канал 9, давление в цем повышается ц эта жидкость вылавливается из кольцевого канала 9 через верцие ряды сеп а ра циоц ны отверстий, перекр ыть 1 х нижней частью фигурных муфт 5.Таким образом, в предлагаемой конструкции имеется вторая сепарационная зона зона сепарации вылавливанием), в которой сепарация жидкости происодит пол лействием сил разности давлений. Прц этом повышается эффективность сепарации жидкости, уменьшается межступенчатый уцос, повышается КПД ступени. В предложенном аппарате обеспечивается возможность саморегулирования количества поступающей в контактные трубки жцлкости в зависимости от расола газа, что расширяет тем лиапазон оптимальной работы аппарата, приводит к улучшению качества пролукциц при самопроизвольном изменении нагрузки по газу, позволяет увеличить раскол по жидкости при одновременном увеличении раскола по газовой (паровой) фазе.Увеличение расодов по жилкой ц газовой фазам позволяет увеличить производительность аппарата, уменьшить его диаметр и металлоемкость, размеры произодствецнык площадей.Использование в предлагаемой конструкции аппарата фигурцык попых муфт, которые перекрывают верние ряды сепарациоцнык отверстий, создает дополнительную зону сепарации жидкости, что приводит к снижению межступенчатого уцоса ц повышению КПД ступени, что, в конечном счете, также повышает эффективность процесса массопередаци.Фо ртл а и зоб р е тен ач1. Массообмецный аппарат, включа 1 ощийкорпус и расположенные по высоте тарел 1274705ки с соосцо расположенными контактными трубками с цитакнцими и сецарациоцными отверстиями, в полости которых размещены завихритель и дополнительные контактные элементы, закрепленные нижними концами, отличающийся тем, что, с цельк) повьцнения эффективности процесса за счет увеличения поверхности контакта фаз и ооцовлеция их поверхности, расширения диапазона оптимальной раооты цри изменении нагрузки по газу, оц снабжен решетками, установленными сверху дополнительных контактных элементов и жестко соединенными с ними втулками, при этом контактные элементы выполнены из эластичного упругого материала, верхние их концы прикреплены к решеткам, втулки и соединенные с ними решетки установлены с возможностььо их переменения вверх. 2. Аппарат по и. 1, отличающийся тем,что наружная поверхность втулки вь 1 полнена с уклоном внутрь по ходу газа.3. Аппарат по пп. 1 и 2, отличающийсся тем, что подвижная решетка выполнена перфорированной конической с центральным ч.лом копчености 4060. 4. Аппарат по ц. 3, отличающийся тем, что подвижная перфорированная коническая решетка выполнена со скругленным углом цри веригине конуса.5, Аппарат по пп 1 и 2, отличающийся тем, что под 1 зижная решетка выполнена в форме полого перфорированного полуэллипсоида, большая полуось которого совпадает с осью контактной трубки, а его вершина направлена навстречу потоку газа.1274705 Барано авительдИ. Ве663 Редактор С. ПатрушеваЗаказ 65094 ка и тета С ткрытий я наб., ул. Про нного ком ений и оРаушскаУжгород,4/5ная, 4 15 г ВНИИПИ Госпо делам 113035, Москва иал ППП Пат Техре Тираж дарстве изобрет Ж - 35 нт, г. Корректор ИПодписноеССР