RU130230U1

RU130230U1 - MASS EXCHANGE DEVICE

Info

Publication number: RU130230U1
Application number: RU2012155917/05U
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Васильевич Солодовник; Александр Викторович Литвиненко; Сергей Иванович Бойко; Георгий Геннадьевич Тютюник; Максим Александрович Грицай; Артем Юрьевич Арестенко
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2012-12-21
Publication date: 2013-07-20

Abstract

1. Массообменное устройство, включающее установленное в корпусе основание с, по крайней мере, одним центробежным элементом, включающим цилиндрический патрубок, снабженный в верхней части сепарационным устройством, а в нижней части - тангенциальным завихрителем, закрытым донышком, коаксиальный канал для подачи жидкости на донышко завихрителя, элемент дробления, отличающееся тем, что устройство имеет не менее двух оснований, а коаксиальный канал для подачи жидкости представляет собой питающую трубку, верхний торец которой установлен в вышележащем основании, при этом элемент дробления кольцеобразно расположен на внешней поверхности питающей трубки и/или на внутренней поверхности цилиндрического патрубка.2. Массообменное устройство по п.1, отличающееся тем, что элемент дробления выполнен в виде сетки.3. Массообменное устройство по п.1, отличающееся тем, что элемент дробления выполнен в виде торообразной насадки или набора торообразных насадок.4. Массообменное устройство по п.1, отличающееся тем, что элемент дробления выполнен в виде клинообразной насадки или набора клинообразных насадок.5. Массообменное устройство по любому из пп.2-4, отличающееся тем, что элемент дробления выполнен из гидрофобного материала.6. Массообменное устройство по п.1, отличающееся тем, что элемент дробления выполнен в виде надсечек, нанесенных на поверхность питающей трубки и/или на внутреннюю поверхность цилиндрического патрубка.7. Массообменное устройство по п.1, отличающееся тем, что элементов дробления на внешней поверхности питающей трубки и/или на внутренней поверхности цилиндрического патрубка установлено несколько.8. Массообм1. Mass transfer device, including a base installed in the housing with at least one centrifugal element, including a cylindrical nozzle, equipped with a separation device in the upper part, and a tangential swirler closed in the bottom, a coaxial channel for supplying fluid to the swirl bottom , a crushing element, characterized in that the device has at least two bases, and the coaxial channel for supplying liquid is a feed tube, the upper end of which is installed in elezhaschem basis, the crushing member annularly arranged on the outer surface of the feed tube and / or on the inner surface of the cylindrical patrubka.2. Mass transfer device according to claim 1, characterized in that the crushing element is made in the form of a grid. Mass transfer device according to claim 1, characterized in that the crushing element is made in the form of a toroidal nozzle or a set of toroidal nozzles. The mass transfer device according to claim 1, characterized in that the crushing element is made in the form of a wedge-shaped nozzle or a set of wedge-shaped nozzles. Mass transfer device according to any one of claims 2 to 4, characterized in that the crushing element is made of a hydrophobic material. The mass transfer device according to claim 1, characterized in that the crushing element is made in the form of notches deposited on the surface of the supply tube and / or on the inner surface of the cylindrical pipe. Mass transfer device according to claim 1, characterized in that several crushing elements are installed on the outer surface of the supply tube and / or on the inner surface of the cylindrical pipe. Mass exchange

Description

Полезная модель относится к газовой, газоперерабатывающей, химической и нефтехимической промышленности, и может быть использована в колонных или сепарационных аппаратах установок подготовки и переработки газа.The utility model relates to the gas, gas processing, chemical and petrochemical industries, and can be used in column or separation apparatuses for gas treatment and processing plants.

Известно устройство для контакта газа и жидкости, состоящее из основания и коаксиально установленных завихрителя, цилиндрического патрубка, сепарационного устройства и обтекателя. Обтекатель, выполненный в виде параболоида вращения, зафиксирован с цилиндрическим патрубком распорками. В верхней части цилиндрического патрубка имеются отверстия для первичной сепарации жидкости, соединенные с карманом для отвода жидкости. Между завихрителем и цилиндрическим патрубком внутри устройства установлена диафрагма в виде кольца. В нижней части цилиндрического патрубка расположены тангенциальные каналы для подачи жидкости, выполненные в виде отбортованных отверстий, с размерами отбортовок, не превышающими ширину кольца диафрагмы. Кроме того, в верхней части корпуса завихрителя выполнены тангенциальные каналы для подачи газа в виде отбортованных отверстий. Отверстия тангенциальных каналов для подачи жидкости отбортованы в ту же сторону, как и отверстия тангенциальных каналов для подачи газа, и симметричны им относительно основания. (Патент РФ на изобретение №2122880, МПК B01D 3/26, опубл. 10.12.1998)A device for contacting gas and liquid, consisting of a base and a coaxially mounted swirl, a cylindrical pipe, a separation device and a fairing. The fairing, made in the form of a paraboloid of rotation, is fixed with a cylindrical pipe spacers. In the upper part of the cylindrical nozzle there are openings for primary liquid separation connected to a pocket for draining the liquid. A diaphragm in the form of a ring is installed between the swirl and the cylindrical nozzle inside the device. In the lower part of the cylindrical nozzle there are tangential channels for supplying fluid, made in the form of flanged holes, with flanges not exceeding the width of the diaphragm ring. In addition, tangential channels for supplying gas in the form of flanged holes are made in the upper part of the swirl case. The holes of the tangential channels for supplying liquid are flanged in the same direction as the holes of the tangential channels for supplying gas, and are symmetrical with respect to the base. (RF patent for the invention No. 2122880, IPC B01D 3/26, publ. 10.12.1998)

Общими признаками известного технического устройства и предлагаемого являются следующие:Common features of the known technical device and the proposed are the following:

- основание с центробежным элементом;- base with centrifugal element;

- центробежный элемент, состоящий из цилиндрического патрубка, снабженного в верхней части сепарационным устройством, а в нижней части - завихрителем;- a centrifugal element consisting of a cylindrical nozzle equipped in the upper part with a separation device, and in the lower part with a swirl;

- отверстия в верхней части цилиндрического патрубка для первичной сепарации жидкости;- openings in the upper part of the cylindrical nozzle for primary liquid separation;

- каналы для подачи жидкости;- channels for supplying fluid;

- элемент дробления.- crushing element.

Недостатками известного устройства является наличие распорок для фиксации стакана, которые прерывают движение центробежного потока и тем самым ухудшают эффективность устройства. Так же, наличие обтекателя и дистанционных прутков увеличивают сопротивление потоку, тем самым снижается диапазон работы устройства.The disadvantages of the known device is the presence of struts for fixing the cup, which interrupt the movement of the centrifugal flow and thereby degrade the efficiency of the device. Also, the presence of a fairing and distance rods increase the resistance to flow, thereby reducing the range of operation of the device.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому устройству является устройство для контакта газа и жидкости. предназначенное для аппаратов абсорбции, ректификации, включающее основание, установленное в корпусе с патрубками входа и выхода потоков, с размещенными на нем центробежными элементами, каждый из которых состоит из цилиндрического патрубка, снабженного в верхней части сепарационным устройством, а в нижней части - тангенциальным завихрителем. Тангенциальный завихритель закрыт донышком. Устройство снабжено каналами для подачи жидкости на донышко завихрителя. Нижний торец канал подачи жидкости заглушен, при этом боковая часть нижнего торца имеет отверстия выхода жидкости. Коаксиально патрубку над каналом установлен обтекатель, выполненный в виде параболоида вращения. На внутренней поверхности завихрителя выше тангенциальных входов газа установлена, по крайней мере, одна кольцевая переливная перегородка с шириной, определяющей глубину барботажного слоя жидкости. (Патент РФ на изобретение №2192912, МПК В01D 3/26, опубл. 20.11.2002)The closest in technical essence and the achieved result to the proposed device is a device for contacting gas and liquid. designed for absorption and rectification apparatuses, including a base installed in a housing with inlet and outlet branch pipes, with centrifugal elements placed on it, each of which consists of a cylindrical nozzle equipped with a separation device in the upper part and a tangential swirler in the lower part. The tangential swirl is closed by the bottom. The device is equipped with channels for supplying fluid to the bottom of the swirl. The lower end of the fluid supply channel is muffled, while the lateral part of the lower end has fluid outlet openings. A coaxial nozzle above the channel has a fairing made in the form of a paraboloid of revolution. On the inner surface of the swirl above the tangential gas inlets, at least one annular overflow partition is installed with a width that determines the depth of the bubble layer of the liquid. (RF patent for the invention No. 2192912, IPC B01D 3/26, publ. November 20, 2002)

- корпус;- housing;

- центробежный элемент, состоящий из цилиндрического патрубка, снабженного в верхней части сепарационным устройством, а в нижней части - тангенциальным завихрителем;- a centrifugal element, consisting of a cylindrical nozzle equipped with a separation device in the upper part, and a tangential swirler in the lower part;

- тангенциальный завихритель, закрытый донышком;- tangential swirl closed by the bottom;

- канал для подачи жидкости на донышко завихрителя;- a channel for supplying fluid to the bottom of the swirl;

- элемент дробления.- crushing element.

Недостатками известной конструкции является узкий диапазон устойчивой работы устройства, т.к. эффективность зависит от формируемого цилиндрического вращающегося слоя жидкости газовым потоком с помощью кольцевой переливной перегородки с заданной шириной, которая и определяет глубину барботажного слоя жидкости.The disadvantages of the known design is a narrow range of stable operation of the device, because the efficiency depends on the formed cylindrical rotating layer of liquid by gas flow using an annular overflow partition with a given width, which determines the depth of the bubble layer of the liquid.

Техническим результатом предлагаемого решения является повышение эффективности массообменных процессов между газом и жидкостью в широком диапазоне технологических задач.The technical result of the proposed solution is to increase the efficiency of mass transfer processes between gas and liquid in a wide range of technological problems.

Этот результат достигается тем, что в массообменном устройстве, включающем установленное в корпусе основание, с, по крайней мере, одним центробежным элементом, включающим цилиндрический патрубок, снабженный в верхней части сепарационным устройством, а в нижней части - тангенциальным завихрителем, закрытым донышком, коаксиальный канал для подачи жидкости на донышко завихрителя, элемент дробления, новым является то, что устройство имеет не менее двух оснований, а коаксиальный канал для подачи жидкости представляет собой питающую трубку, верхний торец которой установлен в вышележащем основании, при этом элемент дробления кольцеобразно расположен на внешней поверхности питающей трубки и/или на внутренней поверхности цилиндрического патрубка.This result is achieved by the fact that in the mass transfer device including a base installed in the housing, with at least one centrifugal element including a cylindrical nozzle equipped with a separation device in the upper part and a tangential swirler closed in the bottom, a coaxial channel for supplying liquid to the bottom of the swirler, the crushing element, it is new that the device has at least two bases, and the coaxial channel for supplying liquid is a feed tube, The upper end of which is installed in the overlying base, while the crushing element is ring-shaped located on the outer surface of the supply tube and / or on the inner surface of the cylindrical pipe.

Кроме того, элемент дробления выполнен в виде сетки.In addition, the crushing element is made in the form of a grid.

Кроме того, элемент дробления выполнен в виде торообразной насадки или набора горообразных насадок.In addition, the crushing element is made in the form of a toroidal nozzle or a set of mountain nozzles.

Кроме того, элемент дробления выполнен в виде клинообразной насадки или набора клинообразных насадок.In addition, the crushing element is made in the form of a wedge-shaped nozzle or a set of wedge-shaped nozzles.

Кроме того, элемент дробления выполнен из гидрофобного материала.In addition, the crushing element is made of hydrophobic material.

Кроме того, элемент дробления выполнен в виде надсечек, нанесенных на поверхность питающей трубки и/или на внутреннюю поверхность цилиндрического патрубка.In addition, the crushing element is made in the form of notches deposited on the surface of the supply tube and / or on the inner surface of the cylindrical pipe.

Кроме того, элементов дробления на внешней поверхности питающей трубки и/или на внутренней поверхности цилиндрического патрубка установлено несколько.In addition, there are several crushing elements on the outer surface of the supply tube and / or on the inner surface of the cylindrical pipe.

Кроме того, в верхней части цилиндрического патрубка на равном расстоянии друг от друга выполнены прорези.In addition, slots are made in the upper part of the cylindrical pipe at an equal distance from each other.

Кроме того, на поверхности питающей трубки перед сепарационным устройством установлена экранирующая насадка.In addition, a shielding nozzle is installed on the surface of the supply tube in front of the separation device.

Заявляемая совокупность признаков, а именно, наличие не менее двух оснований и установка верхнего торца питающей трубки в вышележащем основании, и расположение элемента дробления кольцеобразно на внешней поверхности питающей трубки и/или на внутренней поверхности цилиндрического патрубка, позволяет обеспечить эффективное дробление жидкости, поступающей с вышележащего основания, которая под действием центробежных сил скапливается и поднимается по поверхности питающей и/или по внутренней поверхности цилиндрического патрубка, а также позволяет получить зону эффективного массообмена между контактирующими потоками газа и жидкости. Причем зона эффективного контакта может быть организована как единичными элементами дробления, так и несколькими элементами, что расширяет возможности применения данного устройства в широком диапазоне технологических задач, как по нагрузкам по жидкости и газу, так и по качеству получаемых потоков.The inventive combination of features, namely, the presence of at least two bases and the installation of the upper end of the supply tube in the overlying base, and the location of the crushing element in an annular shape on the outer surface of the supply tube and / or on the inner surface of the cylindrical pipe, allows for efficient crushing of the fluid coming from the overlying base, which under the action of centrifugal forces accumulates and rises along the surface of the supply and / or on the inner surface of the cylindrical pipe, as well as It allows to obtain the effective mass transfer area between the contacting gas and liquid streams. Moreover, the effective contact zone can be organized as single crushing elements, as well as several elements, which expands the possibilities of using this device in a wide range of technological problems, both in terms of liquid and gas loads and the quality of the resulting flows.

Выполнение элемента дробления в виде сетки или в виде торообразной или клинообразной насадки, причем из гидрофобного материала, позволяет обеспечить эффективное дробление жидкости при различных вариантах исполнения элемента дробления, что расширяет также технологические возможности изготовления устройства при обеспечении его эффективной работы.The implementation of the crushing element in the form of a grid or in the form of a toroidal or wedge-shaped nozzle, moreover from a hydrophobic material, allows efficient crushing of the liquid in various versions of the crushing element, which also extends the technological capabilities of manufacturing the device while ensuring its efficient operation.

Выполнение элемента дробления в виде надсечек на поверхности питающей трубки и/или на внутренней поверхности цилиндрического патрубка также повышает эффективность дробления жидкости и обеспечивает эффективный массообмен между потоками.The implementation of the crushing element in the form of notches on the surface of the supply tube and / or on the inner surface of the cylindrical pipe also increases the efficiency of crushing the liquid and provides effective mass transfer between flows.

Наличие прорезей в верхней части цилиндрического патрубка на равном расстоянии друг от друга обеспечивает отвод жидкости, которая под действием центробежных сил движется по внутренней поверхности цилиндрического патрубка из зоны контакта, что позволяет обеспечить эффективную работу устройства при значительных нагрузках по жидкости.The presence of slots in the upper part of the cylindrical nozzle at an equal distance from each other ensures the removal of liquid, which, under the action of centrifugal forces, moves along the inner surface of the cylindrical nozzle from the contact zone, which ensures efficient operation of the device under significant fluid loads.

Установка экранирующей насадки на поверхности питающей трубки перед сепарационным устройством способствует уменьшению уноса жидкости из сепарационного элемента.The installation of a shielding nozzle on the surface of the supply tube in front of the separation device helps to reduce the entrainment of liquid from the separation element.

На фигуре 1 представлено массообменное устройство с элементом дробления, выполненным в виде сетки.The figure 1 presents the mass transfer device with a crushing element, made in the form of a grid.

На фигуре 2 представлен центробежный элемент с элементом дробления, выполненным в виде набора горообразных насадок.The figure 2 presents a centrifugal element with a crushing element, made in the form of a set of mountain nozzles.

На фигуре 3 представлен центробежный элемент с элементом дробления, выполненным в виде набора клинообразных насадок.The figure 3 presents a centrifugal element with a crushing element, made in the form of a set of wedge-shaped nozzles.

Массообменное устройство содержит не менее двух оснований 1, установленных в корпусе 2. Основание 1 имеет, по крайней мере, один центробежный элемент. Центробежный элемент включает цилиндрический патрубок 3, снабженный в верхней части сепарационным устройством 4, выполненный в виде каплесъемника, а в нижней части - тангенциальным завихрителем 5. Тангенциальный завихритель 5 закрыт донышком 6. Устройство снабжено коаксиальным каналом для подачи жидкости на донышко 6 тангенциального завихрителя 5. Коаксиальный канал для подачи жидкости представляет собой питающую трубку 7, верхний торец 8 которой установлен в вышележащем основании 9, а нижний торец 10 заглушен, при этом боковая часть нижнего торца 10 имеет отверстия 11.The mass transfer device contains at least two bases 1 installed in the housing 2. The base 1 has at least one centrifugal element. The centrifugal element includes a cylindrical nozzle 3, equipped in the upper part with a separation device 4, made in the form of a dropper, and in the lower part - a tangential swirl 5. The tangential swirl 5 is closed by a bottom 6. The device is equipped with a coaxial channel for supplying fluid to the bottom 6 of the tangential swirl 5. The coaxial fluid supply channel is a supply tube 7, the upper end 8 of which is installed in the overlying base 9, and the lower end 10 is plugged, while the side of the lower end face 10 has openings 11.

В нижней части цилиндрического патрубка 3 может быть расположен кольцеобразно элемент дробления 12 на внутренней поверхности цилиндрического патрубка 3 и/или элемент дробления 13 на внешней поверхности питающей трубки 7. Элементы дробления 12, 13 могут быть выполнены различной формы: на Фиг.1 элементы дробления 12, 13 выполнены в виде сетки, а на фиг.2 - в виде торообразной насадки, на фиг.3 - в виде конусообразной насадки. Элементы дробления 12, 13 могут быть выполнены в виде надсечек, нанесенных на поверхность питающей трубки и/или на внутреннюю поверхность цилиндрического патрубка, соответственно (на фиг. не показано). Причем, если установлены элементы дробления 12 и элемент дробления 13, то последний устанавливается выше, чем элемент дробления 12. При установке нескольких элементов дробления 12 и элементов дробления 13 они располагаются в шахматном порядке (фиг.1).In the lower part of the cylindrical pipe 3, a crushing element 12 can be arranged in an annular manner on the inner surface of the cylindrical pipe 3 and / or a crushing element 13 on the outer surface of the supply tube 7. The crushing elements 12, 13 can be made of various shapes: in FIG. 1, crushing elements 12 , 13 are made in the form of a grid, and in figure 2 - in the form of a toroidal nozzle, in figure 3 - in the form of a cone-shaped nozzle. The crushing elements 12, 13 can be made in the form of notches deposited on the surface of the supply tube and / or on the inner surface of the cylindrical pipe, respectively (not shown in Fig.). Moreover, if the crushing elements 12 and the crushing element 13 are installed, the latter is installed higher than the crushing element 12. When installing several crushing elements 12 and crushing elements 13, they are staggered (Fig. 1).

В верхней части цилиндрического патрубка 3 на равном расстоянии друг от друга выполнены прорези 14, снабженные направляющими элементами для дополнительного отвода жидкости. Кроме того, на поверхности питающей трубки 7 перед сепарационным устройством 4 установлена экранирующая насадка 15.In the upper part of the cylindrical pipe 3, at equal distance from each other, slots 14 are provided, equipped with guide elements for additional fluid drainage. In addition, on the surface of the supply tube 7 in front of the separation device 4, a shielding nozzle 15 is installed.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Газовый поток поступает внутрь центробежного элемента через тангенциальный завихритель 5, приобретает вращательное движение, в результате чего формируется закрученный поток. Для осуществления массообмена с вышележащего основания 9, установленного в корпусе 2, через верхний торец 8 питающей трубки 7 подается жидкость на донышко 6 тангенциального завихрителя 5. С помощью распределительных отверстий 11, выполненных на боковой части нижнего торца 10 питающей трубки 7, жидкость попадает в зону действия центробежных сил. В результате смешения происходит дробление жидкости и образование вращающегося газожидкостного потока. Далее капли жидкости полем центробежных сил отбрасываются к стенке цилиндрического патрубка 3 и сливаются в пленку, которая попадает на элемент дробления 12, дробится на мелкие частицы и отталкивается на питающую трубку 7. Далее частицы жидкости попадают на элемент дробления 13, установленный на питающей трубке 7, в результате чего они также дробятся и отскакивают на гладкую поверхность цилиндрического патрубка 3, где, формируясь в пленку, направляются в сепарационное устройство 4.The gas stream enters the centrifugal element through the tangential swirl 5, acquires a rotational movement, as a result of which a swirling flow is formed. To carry out mass transfer from the overlying base 9, installed in the housing 2, through the upper end 8 of the supply tube 7, liquid is supplied to the bottom 6 of the tangential swirler 5. Using the distribution holes 11 made on the side of the lower end 10 of the supply tube 7, the liquid enters the zone action of centrifugal forces. As a result of mixing, the liquid is crushed and a rotating gas-liquid flow is formed. Next, the liquid droplets are discarded by the centrifugal force field to the wall of the cylindrical pipe 3 and merge into the film, which enters the crushing element 12, is crushed into small particles and repelled by the feeding tube 7. Next, the liquid particles fall onto the crushing element 13 mounted on the feeding tube 7, as a result, they also crush and bounce onto the smooth surface of the cylindrical pipe 3, where, forming into the film, they are sent to the separation device 4.

Часть капель после дробления под действием центробежных сил сливается в пленку на поверхности питающей трубки 7, поднимается вверх и, попадая на экранирующую насадку 15, эта жидкость отбрасывается на поверхность цилиндрического патрубка 3.Part of the drops after crushing under the action of centrifugal forces merges into the film on the surface of the supply tube 7, rises up and, falling on the shielding nozzle 15, this liquid is thrown onto the surface of the cylindrical pipe 3.

Жидкость отводится из центробежного элемента через прорези 14, а также через кольцевой зазор между цилиндрическим патрубком 3 и сепарационным устройством 4. Газ отводится из центробежного элемента через центральное отверстие сепарационного устройства 4.The liquid is discharged from the centrifugal element through the slots 14, as well as through the annular gap between the cylindrical pipe 3 and the separation device 4. Gas is discharged from the centrifugal element through the central opening of the separation device 4.

Claims

1. Mass transfer device, including a base installed in the housing with at least one centrifugal element, including a cylindrical nozzle, equipped with a separation device in the upper part, and a tangential swirler closed in the bottom, a coaxial channel for supplying fluid to the swirl bottom , a crushing element, characterized in that the device has at least two bases, and the coaxial channel for supplying liquid is a feed tube, the upper end of which is installed in elezhaschem basis, the crushing member annularly arranged on the outer surface of the feed tube and / or on the inner surface of the cylindrical pipe.

2. Mass transfer device according to claim 1, characterized in that the crushing element is made in the form of a grid.

3. Mass transfer device according to claim 1, characterized in that the crushing element is made in the form of a toroidal nozzle or a set of toroidal nozzles.

4. The mass transfer device according to claim 1, characterized in that the crushing element is made in the form of a wedge-shaped nozzle or a set of wedge-shaped nozzles.

5. Mass transfer device according to any one of claims 2 to 4, characterized in that the crushing element is made of hydrophobic material.

6. The mass transfer device according to claim 1, characterized in that the crushing element is made in the form of notches deposited on the surface of the supply tube and / or on the inner surface of the cylindrical pipe.

7. Mass transfer device according to claim 1, characterized in that several crushing elements are installed on the outer surface of the supply tube and / or on the inner surface of the cylindrical pipe.

8. The mass transfer device according to claim 1, characterized in that the slots are made in the upper part of the cylindrical pipe at an equal distance from each other.

9. The mass transfer device according to claim 1, characterized in that a shielding nozzle is installed on the surface of the supply tube in front of the separation device.