Массообменный аппарат

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК ЯО 1142133 А 14(5 ц В 01 Р 3/26ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУф "фявж .-,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ми, установленными наклонно в кана-лах над соплами.(71) Казанский ордена Трудового Красного Знамени химико-технологический институт им,С.М.Кирова (53) 66.061.5(088.8)(56) 1. Авторское свидетельство СССР В 54 1480, кл. В 01 Р 11/04, 1975.2. Авторское свидетельство СССР У 552984, кл. В 01 Э 3/30, 1976.3. Ченегин И.В. Разработка и исследование контактных прямоточных устройств с соударением потоков, Автореф. канд. дис. КХТИ, Казань, 1975, с.9-1.1.(54) (57) 1. МАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ,включающий корпус, разделенный повысоте контактными прямоточными тарелками с соплами, с установленными наних контактными элементами, каждыйиз которых образован двумя плоскопараллельными пластинами, примыкающими к тарелке, и перевернутым плоско-овальным желобом с отогнутыми внутрьторцовыми кромками, установленнымнад тарелкой с зазором и образующимс плоскопараллельными пластинами два плоских канала, расположенныхнад соплами, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью. интенсификации массообмена, контактные элементыснабжены дополнительными перегородками,установленными между плоскопараллельными пластинами и желобами, приэтом в плоскопараллельных пластинахи перегородках выполнены поперечные окна с наклонными лепестками,прикрепленными к нижним краям окон.2, Аппарат по п.1., о т л и ч а мщ и й с я ем, что окна в дополнительнык перегородках расположеныпо высоте в чередующейся последовательности по отношению к окнам в чплоскопараллельных пластинах.3. Аппарат по п,1, о т л и ч а ю- ЯФщ и й с я тем, что плоскопараллельные пластины, дополнительные перегородки и лепестки выполнены перфорированными. ВаМ4. Аппарат по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что плоскопарал-.лельные пластины установлены на расстоянии от плоскости тарелок.фщф5. Аппарат по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем,что контактные элемен- М.ты снабжены металлическими сетка- МИзобретение относится к конструкциям массообменных аппаратов и может быть использовано при проведении массообменных химических и биологических процессов, очистки микротуманов, аэрозолей улавливания вредных веществ из промьщленных газовых выбросов в системах газ (пар) жидкость,Известен тепломассообменньй аппарат, включающий корпус с размещенными по его высоте контактными тарелками в виде полотна с отверстиями и расположенными в них кольцевыми клапанами, снабженными переливными трубками, трубки выполнены з соединенных между собой втулок, снабженных глухими ерегородками 1,1 1.Недостатком данного изобретения является низкая эффективность процесса масообмена, Это обусловлено тем, что взаимодействие фаз осуществляется лишь в зоне, где один поток пронизывает другой, остальной же объем аппарата для процесса массообмена не используется.Известен также массообенный аппарат, содержащий вертикальньй цилиндрический корпус, горизонтальные перегородки делящие корпус на,кон- ЗО тактные камеры, контактные элементы, выполненные в вчде коаксиальных цилиндров, расположенных в контактных камерах, эавихрители и переточные устройства., завихрители выполне- З 5 ны в виде направляющих цилиндров и размещенных на внутренней их поверхности радиальных вогнутых лопатоки установлены под контактнымиэлементами 2 , 40Недостатками данного аппарата являются сложность конструктивного .оформления и высокое гидравлическоесопротивление движению фаз,Наиболее близким к предлагаемому 45по технической сущности и достигаемому результату является массообмепньй аппарат, включающий корпус,разделенный по высоте прямоточнымитарелками с соплами, с установленными на них контактными элементами, образованными двумя плоскопараллельными пластинами, плотно примыкающими кгоризонтальной перегородке (тарелке) и перевернутым плоскоовальным 55желобом, имеющим отогнутые внутрьторцовые кромки, желоб установленцад горизонтальной перегородкой и оправ унт с л)с ко 41)3,хтеззц)Зь ГГлл"тинами два плоских канала, расоожецных цад сопловыми отверстиями,с торцов каналы перекрываются отогнутыми внутрь кромками желоба, сопловые отверстия ограничены с однойстороны плоскопараллельцыми пластинами, а с другой - вертикальнымн ерегородкац 3 3Недостатком известного контактного устройства является низкая интенсивность процесса массообмена.Указанные недостатки обусловленытем, что в известном контактномустройстве процесс массообмена интенсивно протекает в начальном участке плоских каналов и в зоне соударения потоков. На участке же плоских каналов, следующих за входным(начальным участком) вплоть до зонысоудареция потоков интенсивностьпроцесса гадает, ибо процесс взаимодействия фаз протекает здесь в основном на поверхности газ - жидкостнаяпленка, поднимающаяся по поверхности цлоскопараллельцых пластин и перевернутому плоскоовальному желобу.Малая межразная поверхность пленкии ее быстрая насыщаемость снижаютэффективность работы контактного устройства.Цель изобретения - интенсификация процесса массообмена.Поставленная цель достигаетсятем, что в массообменном аппарате,включающем корпус, разделенный повысоте контактными прямоточными тарелками с соплами, с установленнымина них контактными элементами, каждый из которых образован двумя плоскопараллельными пластинами, примыкающими к тарелке, и перевернутымплоскоовальным желобом с отогнутымивнутрь торцовыми кромками, установ-.ленным над тарелкой с зазором и образующим с плоскопараллельными пластинами два плоских канала, расположенных над соплами, контактные элементы снабжены дополнительными перегородками, установленными междуплоскопараллельными пластинами и желобами, при этом в плоскопараллельных пластинах и перегородках выполнены поперечные окна с наклоннымилепестками, прикрепленными к нижним краям окон,11 42 3нах расположены по высоте в чередующейся последовательности.Плоскопараллельные пластины, дополнительные перегородки и лепестки . выполнены перфорированными. 5Кроме того, плоскопараллельные пластины установлены на расстоянии от плоскости к тарелки.Контактные элементы снабжены металлическими сетками, установленными 10 наклонно в каналах над соплами.Выполнение плоскопараллельных пластин с поперечными окнами и снабжение последних лепестками, прикрепленными к нижним краям окон и уста новленных наклонно, позволяет разорвать сформировавшуюся пленку жидкос-., ти, движущуюся вверх по поверхностиплоскопараллельных пластин, и направить ее по лепестку через окно по каналу, образованному двумя плоско - параллельными пластинами, снова на . тарелку. Таким образом, создаются замкнутые циркуляционные циклы для жид-. кости на элементе. Установка допол нительных перегородок с поперечными окнами, снабженными лепестками, позволяет создать циркуляционные циклы для жидкости между этими дополнительными перегородками и переверну- З 0 тыми плоскоовальными желобами. Установление металлических меток в каналах, выполнение плоскопараллельных пластин, дополнительных перегородок и лепестков перфорированными или чешуйчатыми способствует обновлению поверхности массообмена и, следовательно, интенсифицирует процесс.На фиг. 1 изображен предлагаемый аппарат, продольный разрез; на фиг;2 - 40 контактный элемент,плоскопараллельные пластины выполнены с поперечными окнами и снабжены лепестками, прикрепленными к нижним краям окон и установленными наклонно; на фиг.3 .45 то же, (между плоскопараллельными пластинами и перевернутыми плоско-. овальными желобами установлены дополнительные перегородки с поперечными окнами, снабженными лепестками, 50 окна расположены в чередующейся последовательности по отношению к окнам на плоскопараллельных пластинах), на фиг.4 - элемент перегородки с перфорацией (форма перфорацийБ может быть округлой, овальной, квадратной, прямоугольной, трапециодальной, ромбической, секторной, сегмент 133ной и т.д.);:.а Фиг.5 - элемент перегородки с поперечными окнами, снабженными лепестками; на фиг.6 - вариант исполнения, когда лепесток выполнен перфорированным; на фиг.7 элемент перегородки, когда перфорации выполнены чешуйчатыми; на фиг.8 - разрез А-А на фиг.7; на фиг.9 - гидродинамическая картина в контактном элементе; на фиг.10 - узел 1 на фиг.1; на фиг.11 - контактный элемент с сетками, установленными наклонно.Массообменный аппара- состоит из корпуса 1, с установленными коаксиально ему с зазором, образующим кольцевую щель 2, обечайками 3, с перфорациями 4, выполненными в верхней части. Аппарат секционирован по высоте прямоточными тарелками 5 с установленными на них контактными элементами 6. Над контактными элементами в каждой секции установлены: 1завихритель 7, сепаратор 8, выполненный в виде набора радиальных криволинейных пластин с устаногленным по,оси конусом 9, расширитель, являющийся по назначению инерционным сепаратором 10. Входящая внутрь расширителя обечачка имеет сплошную стенку и примыкает к сепаратору. Штуцеры 11 и 12 предназначены для входа и выхода газа 13 и 14 соответственно для жидкости. Контактный элемент 6 образован перевернутым плоскоовальным желобом 15, имеющим отогнутые внутрь торцовые кромки 6, Внутри элемента установлены плоско- параллельные пластины 17. Последние могут быть выполнены в виде П-образной одной пластины с окном 18 в ее верхней части. Плоскопараллельные пластины 17 и желоб 15 установлены на тарелке 5 с зазором 19 и 20 соответственно. Пластины 17 выполнены с поперечными окнами 21 и снабжены лепестками 22, прикрепленньпи к нижним краям окон. В каналах 23, образованных пластинами 17 и желобами 15, могут устанавливаться дополнительные перегородки 24 с поперечными окнами 2 1, снабженными лепестками 22 и образующие каналы 25. Окна 21 пластин 17 и перегородок 24 расположены в чередующейся последовательности, В каналах 23 может быть установлен наклонно металлическая сетка 26, Торцовые стороны кон 1142133тактного элемента прикрыты стенками27. Контактный элемент устанавливается над соплами 28 на тарелках 5и крепится к последним с помощьюпятачков 29 (например, контактной 5сваркой, болтовым соединением и т.д.)Величина зазора 30 между тарелками 5и обечайками 3 регулируется перемещением тарелки 5 по штанге 31.Герметичность узла достигается посредством уплотнительного элемента 32и фланцевого соединения 33.Аппарат работает следующим образом.Газ подают через штуцер 11 в нижнюю часть аппарата, откуда зн черезсопла 28 поступает в контактныйэлемент 6, инжектируя поступающуюна тарелку жидкость. Основная частьгазожидкостного потока (эмульсии) 20по каналам 23 движется вверх, достигнув верхней (овальной) части желоба, потоки в элементе направляютсянавстречу друг другу и соударяются,В результате резкого аэродинамического торможения происходит интенсивное взаимодействие потоков,взаимопроникновение, дробление икоалесценция капель. При этом частицы газожидкостного потока в момент 30удара приобретают знакопеременноеускорение, многократно переходя из . одной структурной единицы объема потока в другую. Часть жидкости в виде пленки поднимается по поверхности 35 пластин 17 и желоба 15, контактируя с газом через поверхность пленки.Достигнув верхней кромки лепестков 22, жидкость срывается с них, .дробит . ся .на капли с образованием дополни тельной поверхности массообмена и уносится с газожидкостным потоком жидкости в виде пленки, огибает лепесток и через окно 21 в виде пленки опускается по обратной стороне плас тин 17 на тарелку, откуда снова инжектируется газовым потоком далее весь процесс повторяется. В случае установки в контактном эле. :те дополнительных перегородок 24 процесс 50 протекает аналогично вышеописанному, с той лишь разницей, что нисходящее движение пленки здесь происходит и в канале 25.Металлическая сетка (размер 55 ячеек 5 х 5, 7 х 7 с толщиной проволоки 0,5-1 мм), установленная в каналах 23, способствует дроблению и коалесценции капель эмульсии, т,е. дополнительной интенсификации процесса масообмена.Выйдя из контактного элемента газожидкостной поток в виде мелкодисперсной насыщенной эмульсии по- ступает в завихритель 7, закручивается, и обтекая корпус 9, поступает в сепаратор 8. При движении в криволинейных радиальных каналах сепаратора за счет действия центробежных сил из газожидкостного потока отде,ляется жидкость и собирается в нижней части кожуха сепаратора 1 О, откуда по штуцеру жидкость поступает на нижеследующую ступень. Дополнительно очищенный в инерционном сепараторе 10 газ поступает в вышележащую секцию. При выходе из завихрителя 7 в закрученном газо- жидкостном потоке часть жидкости под действием центробежных сил сепарируется и в виде пленки по обечайке 3 движется вверх. Достигнув перфораций 4 верхней части обечаек 3, жидкость поступает в кольцевой канал 2 и по нему на тарелку, где снова инжектируется газовым потоком в контактном элементе. Изменением величины зазора 30 регулируется количество рециркулируемой жидкости в секции.Таким образом, в данной конструкции аппарата имеется два независимых рециркуляционных контура: один на контактном элементе, другой по секции. Наличие рециркуляционных контуров позволяет значительно снизить расход исходной жидкости в целом по аппарату, не снижая объемного соотношения потоков в контактном элементе и по секциям, что особенно важно при дефиците или высокй стоимости жидкой фазы.. Расположение окон, снабженных лепестками, на пластинах 17 и дополнительных перегородках 24 в чередующейся последовательности, при незначительном гидравлическом сопротивленииспособствует многократному изменению .направления движения газожидкостного потока, что ведет к перераспределению скоростей потока, созданию дополнительных вихревых зон за лепестками. Все это способствует интенсификации процесса массообмена.При выполнении пластин, дополнительных перегородок и лепестков перфо.рированными либо чешуйчатыми дополнительная интенсификация процесса массообмена достигается за счет проникновения части газожидкостного потока (в основном газовой фазы) в пер форации с последующим взаимодействием и разрушением стекающей пленки жидкости.Эффект инжекции в сочетании с эф- фектом соударения потоков, многократной -рециркуляцией жидкости в контактном элементе и по секциям в сочетании с вышеописанными эффектами способствуют интенсификации процессов, протекающих в аппарате. 15К достоинствам данного аппарата следует отнести и возможность по- элементного моделирования контактной зоны аппарата, что позволяет создать аппараты любых размеров, прак тически неограниченные производительности беэ нарушения гидродинамики в контактных элементах.Движение фаз: прямоток в контактном элементе и по секции с общим 25 противотоком в аппарате. Количество секций в аппарате определяется требованиями технологии процесса.Была изготовлена лабораторная модель аппарата диаметром 350 мм с щ одной ступенью контакта. Исследования проводились на системе газ жидкость; десорбция кислорода из воды воздухом. Проведенные исследования показали, что эффективность массообмена возросла на 46-573 посравнению с данными, опубликованными в периодической печати для случая Скруббера, трубы Вентури и тарельчатой колонны. Результаты 4 О экспериментальных исследований свидетельствуют о преимуществе предлагаемой модели аппарата по отношению к прототипу. В настоящее время в промышленности для очистки отходящих газов от 80 при обработке серосодержащих мийералов (свинцовая, цинковая, медная, оловянная и др.) растворами аммиака, ксилидина, диметиланилина широко применяются насадочные колонны с насадками: кольца Рашига, Лессинга, Поля и Диксона, седлами Макмагона. Так для очистки отходящих газов цеха обжига цинковой обманки морской водой фирмы "Электролитик Зинк Ко" (Рисдон, Австралия) работают 4 круглых. башни с деревянной насадкой площадью 12,1 мкаждая,диаметром 5 м, и высотой 5 м, достигаемая при этом эффективность более 957 при расходе газа 8 10 м /час и расходе4 3воды 3,25 10 кг/ч.По совокупности показателей его качества, эти башни с деревянной насадкой приняты за базовый объект, К достоинствам указанных колонн следует отнести простоту конструкции и низкую их стоимость на изготовление. Недостатком данных колонн является высокое гидравлическое сопротивление и низкая интенсивность процесса. Это обусловлено тем, что большая часть объема контактной зоны занята деревянными досками, брусками. Массообмен протекает в основном на границе стекающей по насадке плен- . ке, быстрая насыщаемость последней снижает интенсивность процесса.Применение данного устройства по сравнению с базовым объектом позво- лит организовать интенсивный гидро- динамический режим в аппарате, до минимума сократить продольное перемешивание по газу и интенсифицировать процесс массообмена.1)42133 Составитель А.Мироновктор Л.Авраменко Техред С.Мигунова ректо г Заказ н 4/ лиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная 95/7 Тираж 659ВНИИПИ Государственно по делам изобретений 113035, Москва,Ж,Подпикомитета ССткрытийшская наб.,