RU100426U1

RU100426U1 - HORIZONTAL MASS TRANSFER APPARATUS

Info

Publication number: RU100426U1
Application number: RU2010130286/05U
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Александрович Балашов; Александр Борисович Голованчиков; Леонид Вадимович Кетат; Дарья Андреевна Милова; Денис Сергеевич Мурзенков
Priority date: 2010-07-19
Filing date: 2010-07-19
Publication date: 2010-12-20

Abstract

Горизонтальный массообменный аппарат, содержащий распылительное устройство, контактную трубу и сепаратор для отделения пара от жидкости, при этом сепаратор и контактная труба образуют корпус в виде горизонтальной цилиндрической поверхности, а контактная труба выполнена в виде объемной спирали, которая соединена с патрубком подвода жидкости, отличающийся тем, что контактная труба заполнена высокопроницаемой насадкой в области между патрубком подвода жидкости и сепаратором. A horizontal mass transfer apparatus comprising a spray device, a contact pipe and a separator for separating steam from the liquid, the separator and the contact pipe forming a body in the form of a horizontal cylindrical surface, and the contact pipe is made in the form of a volumetric spiral, which is connected to the fluid supply pipe, characterized in that the contact tube is filled with a highly permeable nozzle in the area between the fluid supply pipe and the separator.

Description

Полезная модель относится к массообменным процессам химической технологии и может найти применение в химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности, в экологических процессах и других отраслях промышленного производства для разделения гомогенных жидко-, газо- и парообразных систем в процессах ректификации, абсорбции, десорбции и использоваться в газожидкостных реакторных процессах.The utility model relates to the mass transfer processes of chemical technology and can be used in the chemical, petrochemical and oil refining industries, in environmental processes and other industries for the separation of homogeneous liquid, gas and vapor systems in the processes of rectification, absorption, desorption and used in gas-liquid reactor processes.

Известен контактный аппарат, содержащий горизонтальный цилиндрический корпус, расположенный внутри корпуса горизонтальный вал с закрепленными на нем перфорированными дисками, патрубки для подвода и отвода жидкой и газовой фаз [Рамм В.М. Абсорбция газов. М.: Химия, 1976, стр.322, рис.IV-17]Known contact apparatus containing a horizontal cylindrical housing located inside the housing of a horizontal shaft mounted on it with perforated discs, pipes for supplying and discharging liquid and gas phases [Ramm V.M. Gas absorption. M.: Chemistry, 1976, p. 322, Fig. IV-17]

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата отнсится невысокая скорость массообмена из-за малой величины коэффициента массопередачи и малой поверхности контакта фаз, образующейся в виде пленки при вращении дисков, касающихся жидкости, частично заполняющей горизонтальный цилиндрический корпус, и наличие вращающихся частей, усложняющих конструкцию аппарата и вызывающих дополнительный расход энергии.The reasons that impede the achievement of the desired technical result include the low mass transfer rate due to the small mass transfer coefficient and the small phase contact surface formed in the form of a film during rotation of the disks touching the fluid partially filling the horizontal cylindrical body, and the presence of rotating parts complicating the apparatus design and causing additional energy consumption.

Известна конструкция контактного аппарата, содержащего корпус, трубу с оросителями, установленную по оси и соединенную с патрубком ввода жидкости, винтовое устройство с лопастями, сепаратор, патрубки ввода и вывода газа и жидкости. Внутренняя поверхность корпуса имеет ребра, а труба с оросителями в ее нижней части снабжена установленными между лопастями винтового устройства козырьками, расположенными напротив ребер, при этом внутренняя поверхность трубы с оросителями сообщена с внутренней полостью винтового устройства. Труба с оросителями выполнена в виде эллипса, лопасти винтового устройства выполнены перфорированными, и винтовое устройство выполнено двухзаходным. [см. а.с. СССР №1214124, кл В01Д 3/32, 47/04]A known design of the contact apparatus, comprising a housing, a pipe with sprinklers, mounted axially and connected to the fluid inlet pipe, a screw device with blades, a separator, gas and liquid inlet and outlet pipes. The inner surface of the casing has ribs, and the pipe with sprinklers in its lower part is equipped with visors located between the blades of the screw device, located opposite the ribs, while the inner surface of the pipe with sprinklers is in communication with the internal cavity of the screw device. The pipe with sprinklers is made in the form of an ellipse, the blades of the screw device are made perforated, and the screw device is made two-way. [cm. A.S. USSR No. 1214124, cl V01D 3/32, 47/04]

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата относится низкая производительность по массопередаче вследствие недостаточно развитой поверхности контакта фаз, создаваемой разбрызгиванием жидкости в виде капель и вспениванием только за счет скорости потока газа или пара при входе в слой жидкости, величина которой всегда будет зависеть от расхода газа или пара. Кроме того, необходимость регулирования в процессе работы аппарата высоты пенного слоя в каждом межвитковом пространстве усложняет обслуживание аппарата.The reasons that impede the achievement of a given technical result include low mass transfer productivity due to an insufficiently developed phase contact surface created by spraying liquid in the form of drops and foaming only due to the gas or vapor flow rate at the entrance to the liquid layer, the value of which will always depend on the gas flow rate or a couple. In addition, the need to regulate during operation of the apparatus the height of the foam layer in each interturn space complicates the maintenance of the apparatus.

Наиболее близкой по совокупности признаков и принятой за прототип является конструкция горизонтального массообменного аппарата, содержащего распылительное устройство пульверизационного типа, контактную трубу и сепаратор для отделения пара от жидкости, при этом сепаратор и контактная труба образуют корпус в виде горизонтальной цилиндрической поверхности, а контактная труба выполнена в виде объемной спирали, которая соединена с распылительным устройством и патрубком подвода жидкости. [см. Свидетельство на полезную модель РФ №19267, В01Д 3/32, 2001]The closest in combination of features and adopted for the prototype is the design of a horizontal mass transfer apparatus containing a spray device of spray type, a contact pipe and a separator for separating steam from the liquid, while the separator and contact pipe form a body in the form of a horizontal cylindrical surface, and the contact pipe is made in in the form of a volumetric spiral, which is connected to a spray device and a fluid supply pipe. [cm. Certificate for a utility model of the Russian Federation No. 19267, V01D 3/32, 2001]

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата относится то, что в спиралевидной контактной трубе поток пара с каплями жидкости закручивается, и капли под действием центробежной силы осаждаются на ее поверхности, уменьшая тем самым поверхность контакта фаз и образуя пленочное течение на ее поверхности. Негативное проявление этого эффекта возрастает с увеличением скорости пара, что и приводит к недостаточной эффективности массопередачи, снижению производительности аппарата по распределяемому компоненту и сужению диапазона его работы по скорости пара.The reasons that impede the achievement of a given technical result include the fact that in a spiral contact tube the steam flow with liquid droplets swirls, and the droplets under the action of centrifugal force are deposited on its surface, thereby reducing the phase contact surface and forming a film flow on its surface. The negative manifestation of this effect increases with increasing steam speed, which leads to insufficient mass transfer efficiency, a decrease in the productivity of the apparatus with respect to the distributed component, and a narrowing of the range of its operation in terms of steam speed.

Техническим результатом предлагаемой конструкции является увеличение диапазона работы горизонтального массообменного аппарата по скорости пара и интенсификация процесса массопередачи за счет предотвращения коалесценции капель и создания высокой поверхности контакта фаз в дисперсно-капельном и эмульгационном режимах.The technical result of the proposed design is to increase the operating range of the horizontal mass transfer apparatus in terms of steam velocity and to intensify the mass transfer process by preventing droplet coalescence and creating a high phase contact surface in the dispersed-droplet and emulsification modes.

Поставленный технический результат достигается тем, что в горизонтальном массообменном аппарате, содержащем распылительное устройство, контактную трубу и сепаратор для отделения пара от жидкости, причем сепаратор и контактная труба образуют корпус в виде горизонтальной цилиндрической поверхности, а контактная труба выполнена в виде объемной спирали, которая соединена с патрубком подвода жидкости, при этом кольцевая труба заполнена высокопроницаемой насадкой в области между патрубком подвода жидкости и сепаратором.The technical result is achieved in that in a horizontal mass transfer apparatus comprising a spray device, a contact tube and a separator for separating steam from the liquid, the separator and the contact tube forming a body in the form of a horizontal cylindrical surface, and the contact tube is made in the form of a volumetric spiral that is connected with a fluid supply pipe, wherein the annular tube is filled with a highly permeable nozzle in the region between the fluid supply pipe and the separator.

Заполнение кольцевой трубы высокопроницаемой насадкой в области между патрубком и подвода жидкости и сепаратором приводит к появлению фильтрационного парожидкостного потока. При этом в зависимости от соотношения расходов пара и жидкости возможно существование как дисперсно-капельного, так и эмульгационного режимов течения. В условиях дисперсно-капельного фильтрационного потока снижается действие центробежной силы на капли жидкости и исключается возможность их коалесценции. Дисперсно-капельный и эмульгационный режимы парожидкостного потока интенсифицируют массообменные процессы между паром и жидкостью за счет образования большой поверхности массопередачи и скорости ее обновления. Это позволяет увеличить интенсивность массопередачи и производительность аппарата по распределяемому компоненту, повысить степень разделения гомогенной смеси, предотвратить коалесценсию капель жидкости и увеличить диапазон устойчивой работы аппарата при колебании расходов жидкости и газа. Заполнение области между патрубком и сепаратором высокопроницаемой насадкой позволяет также при малом гидравлическом сопротивлении усилить эрлифтный эффект. Вовлечение потоком газа жидкости в фильтрационный поток при затоплении ею высокопроницаемой насадки в области поступления газа в насадку исключает необходимость установки пульверизатора, что упрощает конструкцию аппарата.Filling the annular pipe with a highly permeable nozzle in the area between the nozzle and the fluid supply and the separator leads to the appearance of a vapor-liquid filtration stream. Moreover, depending on the ratio of the flow rates of steam and liquid, the existence of both a dispersed-droplet and emulsification flow regimes is possible. Under the conditions of a dispersed-drop filtration stream, the effect of centrifugal force on liquid droplets decreases and the possibility of their coalescence is excluded. Dispersion-droplet and emulsification modes of a vapor-liquid flow intensify mass transfer processes between steam and liquid due to the formation of a large mass transfer surface and the rate of its renewal. This allows you to increase the mass transfer intensity and the productivity of the apparatus by the distributed component, increase the degree of separation of a homogeneous mixture, prevent the coalescence of liquid droplets and increase the range of stable operation of the apparatus with fluctuating flow rates of liquid and gas. Filling the area between the pipe and the separator with a highly permeable nozzle also allows for a low hydraulic resistance to enhance the airlift effect. The involvement of a liquid gas stream into the filtration stream when it floods a highly permeable nozzle in the region where the gas enters the nozzle eliminates the need to install a spray gun, which simplifies the design of the apparatus.

На фиг.1 представлен общий вид горизонтального массообменного аппарата предлагаемой конструкции, на фиг.2 - схема заполнения кольцевой трубы высокопроницаемой насадкой в области между патрубком подвода жидкости и сепаратором, на фиг.3 и фиг.4 - устройство контактной трубы без изображения сепарационной части аппарата.Figure 1 presents a General view of the horizontal mass transfer apparatus of the proposed design, figure 2 is a diagram of the filling of the annular tube with a highly permeable nozzle in the area between the fluid supply pipe and the separator, Fig. 3 and Fig. 4 - contact pipe device without an image of the separation part of the apparatus .

Горизонтальный массообменный аппарат состоит из корпуса 1 в виде цилиндрической поверхности, расположенной горизонтально и образованной сепаратором 2 и контрактной трубой 3, выполненной в виде объемной спирали, контактная труба 3 соединена с патрубком подвода жидкости 4 и сообщается с соседними сепараторами 2. Контактная труба заполнена высокопроницаемой насадкой 5, изготовленной, например, из высокопористых ячеистых материалов. Сепаратор соединен с патрубком для отвода жидкости 6. Контактная труба 3 и сепаратор 2 образуют ступень аппарата, количество таких ступеней в составе аппарата определяется требуемой степенью разделения исходной гомогенной смеси. Пространства соседних ступеней разделены перегородками 7. Патрубки соседних ступеней для подвода и отвода жидкости 4 и 6 соединены трубой 8 для перетекания жидкости между ними.The horizontal mass transfer apparatus consists of a housing 1 in the form of a cylindrical surface located horizontally and formed by a separator 2 and a contract pipe 3 made in the form of a volumetric spiral, the contact pipe 3 is connected to the fluid supply pipe 4 and communicates with adjacent separators 2. The contact pipe is filled with a highly permeable nozzle 5 made, for example, of highly porous cellular materials. The separator is connected to the nozzle for draining the liquid 6. The contact tube 3 and the separator 2 form a stage of the apparatus, the number of such steps in the apparatus is determined by the required degree of separation of the initial homogeneous mixture. The spaces of adjacent steps are separated by partitions 7. The nozzles of adjacent steps for supplying and discharging liquid 4 and 6 are connected by a pipe 8 for fluid flow between them.

Горизонтальный массообменный аппарат работает следующим образом.Horizontal mass transfer apparatus operates as follows.

В контактную трубу 3 по патрубку 4 поступает жидкость из последующей по ходу пара ступени, заполняя ее нижнюю часть, а из сепаратора предыдущей по ходу пара ступени поступает освобожденный от капель жидкости пар. Пар вытесняет жидкость в область, заполненную высокопроницаемой насадкой, и поступает в насадку вместе с жидкостью, создавая в контактной трубе восходящее фильтрационное течение парожидкостного потока в режиме эмульгирования. Кроме режима эмульгирования может иметь место режим фильтрационного течения двухфазного потока, в котором сплошной фазой, в зависимости от соотношения расходов пара и жидкости, будет пар или жидкость. В фильтрационном парожидкостном потоке независимо от гидродинамического режима всегда будет наблюдаться интенсивное диспергирование раздробленной фазы, приводящее к увеличению поверхности контакта фаз и интенсивному ее обновлению, что и позволяет существенно увеличить интенсивность массообменного процесса в широком диапазоне изменения нагрузки контактного аппарата по пару и жидкости.In the contact tube 3 through the nozzle 4, the liquid enters from the next step along the steam of the stage, filling its lower part, and the steam released from the liquid droplets from the separator of the previous step along the steam of the stage. The vapor displaces the liquid into the region filled with a highly permeable nozzle and enters the nozzle together with the liquid, creating an upward filtration flow of the vapor-liquid flow in the contact tube in the emulsification mode. In addition to the emulsification mode, a filtration flow of a two-phase flow can take place, in which a continuous phase, depending on the ratio of the flow rate of steam to liquid, will be steam or liquid. Regardless of the hydrodynamic regime, the dispersed vapor-liquid flow will always exhibit intense dispersion of the fragmented phase, which leads to an increase in the contact surface of the phases and its intensive renewal, which can significantly increase the intensity of the mass transfer process in a wide range of changes in the load of the contact apparatus in vapor and liquid.

После выхода парожидкостного потока из контактной трубы в сепаратор жидкость отделяется от пара под действием сил тяжести и столкновения с поверхностью корпуса. Освобожденный от капель жидкости пар поступает из сепаратора в следующую контактную трубу, а отделившаяся жидкость отводится через патрубок 6 по трубе 8 в предыдущую по ходу пара контактную трубу, обеспечивая тем самым противоточное движение пара и жидкости в пределах контактного аппарата.After the vapor-liquid flow leaves the contact tube into the separator, the liquid is separated from the vapor by gravity and collision with the surface of the housing. The steam released from the liquid droplets enters the next contact tube from the separator, and the separated liquid is discharged through the pipe 6 through the pipe 8 to the contact pipe, which is previous along the steam, thereby providing countercurrent movement of the steam and the liquid within the contact apparatus.

Предлагаемая полезная модель по сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями обеспечивает более высокую эффективность массообменного процесса вследствие высоких значений коэффициента массопередачи и поверхности контакта фаз при работе аппарата в режиме эмульгирования.The proposed utility model in comparison with the prototype and other known technical solutions provides higher efficiency of the mass transfer process due to the high values of the mass transfer coefficient and the contact surface of the phases when the apparatus is in emulsification mode.

Кроме того, предлагаемая конструкция увеличивает диапазон нагрузок по пару и жидкости из-за возможности существования высокодисперсного потока с развитой поверхностью контакта фаз в случае, когда раздробленной фазой может быть как жидкая, так и паровая фаза, а также уменьшает гидравлическое сопротивление горизонтального массообменного аппарата вследствие действия эрлифтного эффекта.In addition, the proposed design increases the load range for steam and liquid due to the possibility of the existence of a finely dispersed flow with a developed phase contact surface in the case when the fragmented phase can be either liquid or vapor phase, and also reduces the hydraulic resistance of the horizontal mass transfer apparatus due to the action airlift effect.

Claims

A horizontal mass transfer apparatus comprising a spray device, a contact pipe and a separator for separating steam from the liquid, the separator and the contact pipe forming a body in the form of a horizontal cylindrical surface, and the contact pipe is made in the form of a volumetric spiral, which is connected to the fluid supply pipe, characterized in that the contact tube is filled with a highly permeable nozzle in the area between the fluid supply pipe and the separator.