Тепломассообменный аппарат

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 3/2 ц В ГОСУД БРЕТЕНИ АРСТВЕНКЫЙ КОМИТЕТ СССР АМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ПИСАНИЕ И К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ(71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт металлургической теплотехники . цветной металлургии,и огнеупоров "ВНИИэнергоцветмет"(56) 1. Авторское свидетельство СССР У 293617, кл, В 01 Э.З/18, 1971.2. Рамм В.М. Абсорбция газов, М., 1976, с. 426-427.3Стабников В.Н. Расчет и конструирование контактных устройств ректификационных и абсорбционных аппаратов. Киев, "Техника", 1970, с. 132- 133. 801126306(54) (57) ТЕПЛОМАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ, включающий корпус, по высоте которого размещены тарелки с газовыми патрубками, нд которыми размещены направляющие элементы, и изогнутыми перегородками, установленными с внешней стороны патрубков и частично погруженными в жидкость, при этом верхние части перегородок и торцовые стенки направляющих элементов образуют зеркально- симметричные газопромывные каналы, а также переливы, о т л и ч а ю - щ и й с ятем, что, с целью повышения эффективности тепломассообмена путем снижения гидравлического сопротивления, каждый направляющий эле- Ф мент выполнен.в виде вогнутого снизу полого охлаждаемого колпачка с боко- Мф выми изогнутыми стенками, при этом С нижние кромки стенок колпачка расположены ниже верхней кромки газового р патрубка.ЭИзобретение относится к устройствам для проведения тепломассообменных процессов и может быть применено для абсорбции, ректификации,конденсации паров, нагрева или охлаждения жидкостей или газов, а также их очистки от пыли и газообразных примесей (302, ЯО, НР НС 1 и др.).Известйа противоточная барботажная колонна, содержащая последовательно расположенные друг над другом тарелки. Каждая тарелка состоит из царги, съемного кольца, устанавливаемого в горловине и колпака 11 .еф ЧДанное устройство имеет низкую удельную производительность из-за несовершенства организации процессов тепло- и массообмена между гаМом и жидкостью (малые скорости движения фаз, несовершенство аэродинамики, нерациональная форма контактных газопромывных каналов и т,п.).Известен тепломассообменный аппарат,по высоте корпуса которого размещены колпачковые тарелки с входными газовыми патрубками и колпачками, переливы и сливные пороги 2 .Известен тепломассообменный аппарат, по высоте корпуса которого размещены тарелки с газовыми патрубками, над которыми размещены направляющие элементы, и изогнутыми перегородками, установленными с внешней стороны патрубков и частично погруженными в жидкость, при этом верхняя часть перегородок и торцовая стенка направляющего элемента образуют симметричные газопромывные каналы, а также переливы 3. Недостатком известного аппаратаявляется высокое г 1 щравлическое сопротивление (300"700 мм вод.ст.). Известные аппараты могут работать только в режиме малоэффективного низко производительного барботажа - при скорости газа в газопромывных каналах всего 0,4-0,5 м/с. При скоростях 1-1,3 м/с начинается режим газовых струй, при котором происходит разру шение ячеистой пены, длина газовых факелов увеличивается и они выходят без очистки на поверхность слоя. Иач лые скорости газа являются причинои низких коэффициентов тепло- и массо .обмена .(абсорбции, ректификации, пылеулавливания) и низкой удельной производительности аппарата. 10 15 20 25 30 35 40 Цель изобретения - повышение эффективности тепломассообмена путем снижения гидравлического сопротивления.Указанная цель достигается тем, что в тепломассообменном аппарате, включающем корпус, по высоте которого размещены тарелки с газовыми патрубками, над которыми размещены направляющие элементы, и изогнутыми перегородками, установленными с внешней стороны патрубков и частично погруженными в жидкость, при этом верхняя часть перегородок и торцовая стенка направляющего элемента образуют зеркально симметричные газопромывные каналы, а также переливы, каждый направляющий элемент выполнен в виде вогнутого снизу полого охлаждаемого колпачка с боковыми изогнутыми стенками, при этом нижние кром-ки стенок колпачка расположены ниже верхней кромки газового патрубка.На фиг. 1 показан тепломассообменный аппарат, вертикальный разрез," на фиг, 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг, 3 - тарелка, общий вид, на фиг. 4 - вид Б на фиг, 3.В корпусе 1 размещены тарелки 2, состоящие из изогнутых перегородок 3, колпачка 4 и газового патрубка 5. кошенная рабочая поверхность перегородок 3 и торцовая стенка колпачка образуют газопромывные каналы 6. В корпусе 1 также установлены сливные трубы 7, штуцеры для подвода 8 и отвода 9 промежуточного теплоносителя в колпаки тарелок и стойки 10, поддерживающие колпачок над жидкостью.Корпус 1 может иметь круглое, прямоугольное или квадратное сечение в зависимости от давления внутри аппарата и формы тарелок (круглой, прямоугольной или квадратной).Перегородки 3 имеют продольную или круглую форму, выполнены со скошенной рабочей поверхностью под углом 30 - 60 к вертикальной оси тарелки 2 расположены по обе стороны газового патрубка 5 тарелки 2 зеркально симметрично относительно ее оси и частично погружены в жидкость. Высота перегородки при этом определяется соотношениемН= Р+02 м (1) гдеР - гидравлическое сойротивление газопромывного канала (контактного канала),образованного рабочей поверхностью перегородки иторцовой стенкой колпака. г гд=( - ц- тгЧ где Я 1 ф 2 соответственно коэффициенты местного гидравлического сопротивления, создаваемого контактным. каналом без орошения и с орошением жидкостью удельный Вес соотВетс венно газа и жидкости,/з Ф - скорость газожидкостного потока в контактных каналах тарелки,обычно 15-300 м/с;- ускорение силы тяжести, равное 9,81 м/сЯ,ш - удельное количествожидкости,эасасываемое 25газовым потоком внутрьконтактных каналовв расчете на 1 нм,объема этих газов,равное 0,1-30 кг/кггаза (оптимальноезначение 0,5 кг/кг).При скорости газового потока вконтактном канале 30-50 м/с и т0,5 кг/кг газа гидравлическое соп 35ротивление контактных каналов составляет 1,5-3 кПа (150-30 мм вод.ст.)Регулирование величины ЬР в широких пределах (от 1,5 до 50 кПа)производится изменением расхода гаэа, подаваемого в каналы, и уровнемжидкости на тарелках 2,Высота перегородки 3 обычно составляет 0,5 м, а расстояние отее нижнего конца до тарелки 2 0,050,1 м для обеспечения условий автоматической рециркуляции жидкости вокруг перегородки 3 навстречу газовому потоку.Длину контактного канала Е по ре Озультатам экспериментальных исследований рекомендуется находитьиз соотношения Ь = 0,1-0,3 м, а ширинуВ 4 0,1-0,2 м. При гидравлическом сопротивлении 55контактного канала1,5 кПа одинпогонный метр его длины промывает20 тыс. нм /ч газов или паров. Колпачок содержит полость для циркуляции холодного или нагретого промежуточного теплоносителя (фреон,вода, пар, расплавленные соли системы КЮ - МаИО - ИаМО 2 с температурой плавления 150-200 С и т.п.).оМежду торцовой поверхностью колпачка 4 и перегородками 3 при этомобразуются гаэопромывные каналы (контактные каналы) 6 для промывки парови газов жидкостью, стекающей по сливным трубам 7 сверху аппарата навстручу парам и газам, поднимающимсяснизу тепломассообменного устройства.Скорость парогазового потока в патрубках 5 равна 10-15 м/с.Угол раскрытия канала 6 составляет 6-12 к его оси. При большихозначениях угла происходит отрыв парогаэового потока от стенок канала иухудшение процессов тепло- и массообмена.Контактные каналы 6 предназначеныдля перемешивания паров и газов сжидкостью и проведения процессов тепло- и массообмена между ними,Сливные трубы 7 имеют прямоугольное или круглое сечение и предназначены для подачи жидкости с верхней части колонны навстручу парогаэовому потоку, Сечение этих каналов рассчи-тывается иэ условия скорости движения жидкости в их сечении 0,5-1 м/с.Телломассообменный аппарат работает следующим образом.Парогазовый поток поднимается снизу аппарата, например ректификационной колонны, и через патрубки 5 распределяется по контактным каналам 6, образованным перегородками 3 и торцовыми стенками колпачка 4, Входя в эти каналы, парогазовый поток механически за счет сил газожидкостного трения захватывает с собой верхний слой жидкости, мгновенно дробит его на мельчайшие капли и пену с высокоразвитой активной гетерогенной поверхностью, что обеспечивает необходимые условия для высокоэффективного, быстрого и высокопроизводительного протекания тепломассообменных процессов, например, для очистки газов от Б, НР и т.п.Очищенный от паров или газов газовый поток отводится из верхней части аппарата, отработанная жидкость по сливным трубам 7 стекает в нижние1 О ступени тепломассообменного аппарата.При работе аппарата создается режим турбулентной диффузии, характеризующейся высокими коэффициентами 5 диффузии, пОперечного тепло- и массо- обмена, высокой скоростью химических процессов и высокой удельной производительностью (5-20 раз выше, чем в современных колоннах барботажного типа с ситчатыми или колпачковыми тарелками,у которых скорость газа в промывных каналах ие превышает 1-5 и/сПредлагаемый аппарат высокопроизводителен, так как рабочие скорости газожидкостного потока в контактных каналах аппарата составляют15-300 м/с и более, при этом всережимы промывки газа аэрогидродинамически устойчивы, что обеспечиваетпростоту и надежность его пуска, наладки и эксплуатации. Аппарат может быть применен в абсорбционных и ректификационных колоннах для переработки нефтяного сырья, а также для проведения различных химических и теплоэнергетических процессов очистки газов и жидкостей, их нагрева или охлаждения.1126306 Составитель Г.УрусоваРедактор Л.Пчелинская Техред Т.Маточка Корректор И,Минск Тираж 681 осударственного коми лам изобретений и отк Москва, Ж, Раушск Подписноеета СССР Патент", г,Ужгород, ул.Проектная или аказ 858/5 ВНИИПИ Г по де 113035