Массообменный аппарат

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоввтсюаСоциалистичесваРеспублик оц 704641(22) Заявлено 05,03.77 (21) 2459563/23-26с присоединением заявки-л. 010330 Гоаударвтвенный квинтет ссср еа делам нзебретеннй н етнрытнй(54) МАССООБМЕННЫИ АППАРАТ 2 Изобретение относится к тепломассооб менной аппаратуре, применяемой в производстве полупродуктов для пластмасс и синтетических волокон, продуктов микробиологической и витаминной промышленности, жирозаменителей и синтетических моющих средств, продуктов фармацевтической и пищевой промышленности, для проведения целого ряда . технологических процессов: выпаривания, дистилляции, ректификации, осушки, реакции газ-жидкость и жидкость- жидкость, а особенно - для обработки термонестойких продуктов,Известны роторные массообменные аппараты, предназначенные для осуществления процессов ректификации, дистилляции и осушки, Аппарат включает вертикальный цилиндрический корпус с расположенными внутри него неподвижными контактными устройствами и ротором, выполненным в виде вала с укрепленным на нем по числу секций подвижными контактными устройствами, основным элементом которых являются лопасти .Известен тепломассообменный аппарат, включающий ротор с винтовыми лопастями 2 . Известен тепломассообменный аппарат,включающий ротор с лопастями в форме полых полуцилиндров 3.В этих аппаратах неравномерно орошение элементов контактных ступеней, в осоз бенности - для жидкостей, обладающихвысокой вязкостью, а также кратковременен контакт взаимодействующих фаз, вследствие чего снижается эффективность аппаратов.Наиболее близок по технической сущности к предложенному роторный массообменный аппарат, который содержит корпус с расположенным внутри него ротором с радиальными винтовыми лопастями, переливное устройство, выполненное в виде неподвижного диска, прикрепленного к корпусу 1 л аппарата и имеющего центральное отверстиек кромке которого прикреплен стакан с расположенными внутри него заборными трубками, прикрепленными верхними своими частями к лопастям ротора 4.Однако в этом роторном аппарате многократный возврат жидкости в зону контакта фаз вызывает снижение движущей силы процесса массопередачи из-за непосредственного смешения рециркулирующей жидкости, обогащенной высококипящим компонентом, с вновь поступающей на контактную ступень жидкостью с меньшим содержанием высококипящего компонента, в результате чего ухудшаются условия разделения перерабатываемой смеси, Увеличение плотности орошения (из-за рецикла жидкости) привбдит к увеличению средней толщины жидкостной пленки на лОпастях ротора, что также увеличивает сопротивление массо- передачи в жидкой фазе из-за ухудй 1 ения условий поперечного перемешивания. Время контакта взаимодействующих фаз мало, как из-за больших скоростей движения жидкостной пленки по лопастям ротора, так и из-задвижения парового потока в осевом направлении.Цель изобретения увеличение разделяющей способности аппарата за счет обеспечения равномерного орошения контактных поверхностей, увеличения времени контакта взаимодействующих фаз и дополнительной их турбулизации.Это достигается тем, что в известном роторном массообменном аппарате; содержащем вертикальный корпус с расположенным вйутри него ротором в виде вала с прикрепленными к нему радиальными лопастями, переливное устройство, выполненное в виде неподвижного диска, прикрепленного к корпусу аппарата и имеющего центральное отверстйе, к кромке которого прикреплен стакан, лопасти прикреплены к валу посредством диска, имеющего с противоположной стороны лопасти в виде пластин, одна из которых выполнена перфорированной, стакан снабжен установленным на расстоянии цилидрическим кольцом, прикрепленным верхней кромкой к нижней стороне диска ротора, нижняя кромка цилиндрического кольца выполнена с окнами и снабжена наклонно установленными лопатками.На фиг. 1 изображен массообменный аппарат, вертикальный разрез; на фиг. 2 - разрез А - А на фиг. 1; на фиг. 3 - узел 1 на фиг. 1; на фиг. 4 - развертКа цилиндрическбго кольца с окнами и лопатками; на фиг, 5 - . вид по стрелке Б на фиг, 4; на фиг. 6 схематическипоказан один йз вариантов исполнения лопастей с радиальным рядом объемов. Роторный моассообменный аппарат содержит вертикальный цилиндрический корпус 1 с греющей рубашкой 2, в котором расположен ротор, состоящий из вала 3, с закрепленным на нем по числу секций плоскими дисками 4, снабженными верхними 5 и нижними 6 радиальными лопастями. Каждая из этих лопастей выполнена в виде двух пластин 7 и 8, скрепленных между собой. Пластина 7 выполнена перфорированной, причем отверстия 9 перфораций равномерно распределены по всей поверхности пластины. Пластина 8 имеет выдавки, которые после скрепления пластин 7 и 8 образуют по всей длине лопастей 5 и 6 радиальный ряд объемов 10, сообщающихся между собой через отверстия 9 пластины 7.Диски 4 скреплены между собой и с валом 3 дистанционными втулками 11. На каждом диске 4 прикреплено к верхней его стороне, вплотную к лопастям 5, цилиндрическое кольцо 12 со щелями 13 по числу лопастей 5, а к нижней стороне диска при 1 фкреплено вплотную к лопастям 6 цилиндрическое кольцо 14, в верхней части которого выполнены щели 15 по числу лопастей 6.По нижней кромке кольцо 14 снабжено окнами 16 и лопатками 17; расположенными 1 под углом к образуюцей.Внутрь корпуса 1 установлены по числусекций неподвижные сборки, каждая из которых состоит из плоского диска 18, прикрепленногок корпусу аппарата и имеющего в центре отверстие, к кромке которого прикреплен стакан 19. На периферийной частидиска к верхней его стороне прикреплено кольцо 20, имеющее окна для установки коробов 21, прикрепленных к верхней стороне диска 18, и переливные пороги для перелива жидкости. Диски 18 снабжены также окнами 22 для прохода пара и переливными патрубками 23,Аппарат работает следующим образом.Жидкость через входные патрубки аппарата подается внутрь кольца 12 первой походу движения жидкой фазы ступени аппарата, где под действием центробежных сил растекается по его внутренней стенке в видепараболоида вращения и. через щели 13 изливается на перфорированные пластины 7лопастей 5, Через отверстия 9 жидкостьпоследовательно заполняет объемы 10, образованные стенками пластин 7 и 8 лопастей 5, после чего жидкость в виде пленки течет по поверхности перфорированной пластины 7Так как скорость частиц жидкости, движущейся в виде пленки по поверхности перфорированной пластины 7, значительно выше, чем у частиц жидкости, находящейся в объемах 10, что (по закону Бернулли) возникающая разность статических давлений в указанных точках потока будет перемещать жидкость из объемов 10 через отверстия 9 в пленку, стремясь выравнять эту разницу давлений. На место убывающей из объемов 10 жидкости из пленки в объем поступает порция свежей жидкости, компенсирующая потери. Таким образом осуществляется вынужденное перемешивание жидкости, орошающей лопасти, обусловленное действием" инерционных сил, причем жидкость выходит из объемов 10 в пленку через те отверстия, принадлежащие одному и тому же объему, которые более удалены от осивращения ротора и наоборот, заполнять образующийся дефицит будет жидкость из пленки через отверстия, лежащие ближе к оси вращения ротора. Поскольку описанный механизм обмена не может происходить без затрат энергии, то необходимая для этого процесса энергия отнимается у основного потока пленки, вследствие чего средняя скорость ее движения в радиальном направлении падает, а время контакта взаимодействующих фаз возрастает. Кроме того, при заполнении жидкостью объемов 10 с образованием смоченных периметров отверстий 9 пластины 7, равномерно расположенных по всей орошаемой поверхности лопасти, наряду с многократным перераспределением жидкости при последовательном прохождении ею всей цепочки элементов: перфорация - объем - пленка и т. д. повышается равномерность распределения жидкости в пленку и качество орошения поверхности лопастей.Далее, срываясь с торцов лопастей 5 в виде капель и струй, жидкость орошает поверхность корпуса 1 и пленкой стекает по ней в полость кольца 20, постепенно наполняя его, а затем под действием естественного тока и перепада статического давления, возникающего при вращении ротора между полостями кольца 20 и стакана 19, сообщающихся посредством коробов 21, перетекает по полостям коробов 21 в полость стакана 19, Цндиндрическое кольцо 14, установленное в полости стакана 19 является герметизирующей перегородкой между полостью стакана 19, и препятствует выравниванию давлений между этими полостями иначе, чем по полостям коробов 21, способствуя тем самым максимальному использованию перепада статического давления между указанными полостями для подачи перерабатываемой жидкости от периферии к центру аппарата, что позволяет повысить использование объема аппарата и, соответственно, его раздеЛяющую способность,В полости кольца 20 жидкость через окна 16 цилиндрического кольца 14 попадает иа наклонные лопатки 17, подхватывается ими и поднимается по внутренней поверхности кольца 14 до щелей 15, через которые она подается на лопасти б ротора, остальная часть жидкости из стакана 19 эжектируется наружной поверхностью кольца 14 и также подается на лопасти 6 ротора, где движется от центра к периферии таким же способом, как и по лопастям 5.Далее жидкость диспергируется кромками лопастей 6 и в виде капель и струй бомбардирует жидкостную пленку, образованную ранее на поверхности аппарата жидкостью, прошедшей через лопасти 5, вызывая в ней турбулентные пульсации, оп ределяющие процесс конвективного тепломассообмена в пленке и одновременно способствуя равномерности орошения поверхности корпуса аппарата. Затем жидкость стекает в полость кольца 20, откуда часть жидкости по полостям коробов 21, стакана 19 и цилиндричеаского кольца 14 подается на орошение лопастей 6, а избытоок жидкости из полости кольца 20 через переливные пороги и патрубки 23 перетекает в поПри подаче в полость греющей рубашки 2 теплоносителя аппарат может быть использован для проведения процессов выпаривания и осушки, а также реакции газ - жидкость и жидкость - жидкость. В этом случае способ орошения обогреваемой (охлаждаемой 1 поверхности корпуса аппарата, когда жидкость диспергируемая верхними лопастями 5 ротора, стекая в виде пленки по поверхности корпуса, дополнительно турбу 26 лизируется каплями и струями жидкости,срывающимися с торцов лопастей б ротора,позволяет значительно снизить термическое воздействие на перерабатываемый продукт и добиться высокой разделяющей способности аппарата, а использование рецикла жидкости с помощью цилиндрического кольца4, стакана 19 и коробов 21 для орошения лопастей б позволяет иметь количество жидкости на контактной ступени аппарата, доцстаточное для надежного орошения греющеи поверхности и интенсивного перемешивания стекающей по ней жидкостной пленки. НалиЧие лопастей в виде двух пластин, образующих между собой радиальный ряд объемов, с перфорациями в одной из этих пластин, и диска, к верхней и нижней сторонам которого лопасти прикреплены, а также цилиндрического кольца, снабженного окнами и наклонными лопатками, позволяет увеличить разделяющую способность аппарата и эффективность использования его объема в 1,5 - 2,0 раза. формула изобретения Массообменный аппарат, включающий корпус с расположенным внутри него ротором в виде вала с прикрепленными к нему радиальными лопастями, переливное устройство, выполненное в виде неподвижного диска, прикрепленного к корпусу аппарата и имеющего центральное отверстие, к кромке которого прикреплен стакан, отличающийся тем, что, с целью увеличения разделяющей способности за счет обеспечения равномерного орошения контактных поверхностей, увеличения времени контакта взаимодействующих фаз и дополнительной их турбули 50 Л лость кольца 12 последующей контактной1 г ступени аппарата, где процесс повторяется вновь.704641 15 18 17 4 О 1 зации, лопасти прикреплены к валу посредством диска, имеющего с противоположной стороны лопасти в виде пластин, одна из которых выполнена перфорированной, стакан снабжен установленным на расстоянии цилиндрическим кольцом, прикрепленным верхней кромкой к нижней стороне диска ротора, нижняя кромка цилиндрического кольца выполнена с окнами .и снабжена наклонно установленными лопатками. 3Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР298349, кл, В 01 Р 3/30, 1971.2. Авторское свидетельство СССР363500, кл. В 01 Р 3/30, 1972.3. Авторское свидетельство СССР398257, кл. В 01 0 3/30, 1973.4. Авторское свидетельство СССР524554, кл. В 01 0 3/30, 196 (прототип),704641 11 Составител кий Техред О. Лу Тираж 877 ЦНИИПИ Государственного по делам изобретений 113035, Москва, Ж - 35, Рау нлиал ППП патент, г. Ужго