RU2122881C1

RU2122881C1 - Heat-and-mass transfer apparatus

Info

Publication number: RU2122881C1
Application number: RU97107234/25A
Authority: RU
Inventors: Юрий Николаевич Лебедев
Original assignee: Юрий Николаевич Лебедев
Priority date: 1997-05-05
Filing date: 1997-05-05
Publication date: 1998-12-10

Abstract

FIELD: heat-and-mass transfer processes in vapor (gas) - liquids systems; rectification and absorption processes; oil refining, petrochemical and other industries. SUBSTANCE: heat-and-mass transfer apparatus includes shell-with vertical plates provided with contact elements; each contact element has swirler surrounded by cylindrical ferrule; besides that, it is provided with separation ferrule located coaxially relative to cylindrical ferrule. Separation ferrule is provided with slots with plates directed inside ferrule. It is also provided with over-flow pipe located in center ferrules. Cylindrical ferrule is arranged inside separation ferrule at some distance and is provided with vertical plates with slots and locking members. Upper edge of cylindrical ferrule is located at level of lower edge of separation ferrule or below it. Separation ferrule is received by slots of vertical plates where it is locked. Lower shear of overflow pipe is located above swirler below edge of ferrules. It is good practice to make overflow pipe in form of truncated cone at downward slope; ratio of diameters of upper and lower sections of cone shall be within 1.1-1.5. Swirler is stamped from panel of plate and is provided with circular projection whose diameter is equal to or more than diameter of overflow pipe in lower section. Overflow pipe is provided with reflector and limiting members. Reflector is located on the pipe outside for motion along overflow pipe; limiters are secured on pipe. EFFECT: increased productivity, improved uniformity of distribution and enhanced efficiency of phase separation. 4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к аппаратам для проведения процессов тепломассообмена в системах газ(пар) - жидкость и может быть использовано в процессах ректификации, абсорбции в нефтеперерабатывающей, нефтехимической и других отраслях промышленности. The invention relates to apparatus for carrying out heat and mass transfer processes in gas (steam) - liquid systems and can be used in rectification, absorption processes in the oil refining, petrochemical and other industries.

Известен вихревой аппарат для осуществления контакта газа (пара) с жидкостью, содержащий корпус и расположенные по его высоте на полотне вихревые элементы, каждый из которых окружен цилиндрической обечайкой, в верхней части которой расположен отбойник, а по центру обечайки установлена переливная труба (см. авт. св. СССР N 182108, B 01 D 3/26, 1964 г.)
Однако в этом аппарате отводящее устройство по жидкости перегружается, уменьшается свободное сечение для прохода газа (пара), что снижает производительность.A vortex apparatus is known for making gas (vapor) contact with a liquid, comprising a casing and vortex elements located along its height on the canvas, each of which is surrounded by a cylindrical shell, in the upper part of which a chipper is located, and an overflow pipe is installed in the center of the shell (see author St. USSR N 182108, B 01 D 3/26, 1964)
However, in this apparatus, the discharge device is overloaded with liquid, the free section for the passage of gas (steam) is reduced, which reduces productivity.

Известно сепарационное устройство для массообменного аппарата, выполненного в виде коаксиально расположенных обечаек, во внутренней обечайке расположен завихритель, наружная обечайка закреплена на внутренней и выполнена с прорезями. На полотне тарелки расположены переливные устройства (см. патент РФ N 2033235, B 01 D 3/30, 1995 г.). A separation device is known for a mass transfer apparatus made in the form of coaxially arranged shells, a swirler is located in the inner shell, the outer shell is fixed to the inside and is made with slots. Overflow devices are located on the plate canvas (see RF patent N 2033235, B 01 D 3/30, 1995).

Однако в этом устройстве не происходит контакт между фазами в самом элементе. Кроме того, при больших значениях L/G из-за того, что площадь переливных труб, расположенных в межэлементном пространстве тарелки, ограничена, резко снижается производительность. However, in this device there is no contact between the phases in the element itself. In addition, at large L / G values, due to the fact that the area of overflow pipes located in the interelement space of the plate is limited, productivity decreases sharply.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является контактное устройство для тепломассообменного аппарата, содержащее завихритель, закрепленный на полотне тарелки, окруженный цилиндрической обечайкой, соосно расположенную относительно цилиндрической обечайки сепарационную обечайку, выполненную с прорезями, снабженными направленными внутрь обечайки пластинами, и переливную трубу, размещенную по центру внутри обечаек (см. авт. св. СССР N 580868, B 01 D 3/30, 1977 г.). Closest to the claimed invention in technical essence and the achieved result is a contact device for a heat and mass transfer apparatus, comprising a swirl mounted on a plate of the plate surrounded by a cylindrical shell, a separation shell coaxially arranged relative to the cylindrical shell, made with slots provided with plates directed inside the shell, and an overflow a pipe centered inside the shells (see ed. St. USSR N 580868, B 01 D 3/30, 1977).

Однако в этом устройстве нарушаются условия перетока жидкости и не обеспечивается эффективная дегазация жидкости после контакта с паром (газом). В результате переливные трубы и межэлементное пространство заполняются пеной и тарелка "захлебывается". However, in this device, the conditions of fluid flow are violated and effective degassing of the liquid after contact with steam (gas) is not ensured. As a result, overflow pipes and inter-element space are filled with foam and the plate "chokes".

Целью изобретения является увеличение производительности аппарата и интенсификация процесса за счет обеспечения эффективности дегазации жидкости в межэлементном пространстве и увеличения времени контакта фаз и улучшения условий разделения. The aim of the invention is to increase the productivity of the apparatus and the intensification of the process by ensuring the effectiveness of degassing the liquid in the inter-element space and increasing the contact time of the phases and improving the separation conditions.

Сущность изобретения состоит в том, что в тепломассообменном аппарате, включающем корпус и расположенные по высоте тарелки с контактными элементами, каждый из которых содержит завихритель, окруженный цилиндрической обечайкой, и соосно расположенную относительно цилиндрической обечайки сепарационную обечайку, выполненную с прорезями, снабженными направленными внутрь обечайки пластинами, переливную трубу, размещенную по центру внутри обечаек, цилиндрическая обечайка размещена в сепарационной обечайке на расстоянии от нее и снабжена вертикальными пластинами с пазами и фиксирующими элементами, при этом верхняя кромка цилиндрической обечайки расположена на уровне или выше нижней кромки сепарационной обечайки, установленной в пазах вертикальных пластин с возможностью ее фиксации, а нижний срез переливной трубы размещен над завихрителем ниже кромок обечаек. The essence of the invention lies in the fact that in a heat and mass transfer apparatus including a housing and height-arranged plates with contact elements, each of which contains a swirler surrounded by a cylindrical shell and a separation shell coaxially located relative to the cylindrical shell, made with slots provided with plates directed towards the inside of the shell , an overflow pipe located centrally inside the shells, a cylindrical shell placed in the separation shell at a distance from it and equipped vertical plates with grooves and fixing elements, while the upper edge of the cylindrical shell is located at or above the lower edge of the separation shell installed in the grooves of the vertical plates with the possibility of fixation, and the lower section of the overflow pipe is placed above the swirl below the edges of the shells.

Целесообразно в тепломассообменном аппарате переливную трубу выполнять в виде усеченного конуса с уклоном книзу, при этом соотношение диаметров верхнего и нижнего сечений конуса должно составлять 1,1 - 1,5; завихритель целесообразно выштамповывать из полотна тарелки и выполнять с кольцевым выступом, диаметр которого равен или больше диаметра переливной трубы в нижнем сечении; переливную трубу снабжать отражателем и ограничительными элементами, при этом отражатель располагать снаружи трубы и устанавливать с возможностью свободного перемещения вдоль переливной трубы, а ограничители закреплять на трубе. It is advisable in the heat and mass transfer apparatus to transfer the overflow pipe in the form of a truncated cone with a downward slope, while the ratio of the diameters of the upper and lower sections of the cone should be 1.1 - 1.5; it is advisable to stamp the swirler out of the plate web and perform with an annular protrusion whose diameter is equal to or greater than the diameter of the overflow pipe in the lower section; the overflow pipe should be equipped with a reflector and restrictive elements, while the reflector should be placed outside the pipe and installed with the possibility of free movement along the overflow pipe, and the limiters should be fixed on the pipe.

На фиг.1 изображен продольный разрез аппарата,
на фиг.2 - вид сверху,
на фиг. 3 - продольный разрез аппарата, в котором переливная труба выполнена в виде усеченного конуса,
на фиг.4 - выполнение завихрителя с кольцевым выступом.Figure 1 shows a longitudinal section of the apparatus,
figure 2 is a top view,
in FIG. 3 is a longitudinal section of an apparatus in which an overflow pipe is made in the form of a truncated cone,
figure 4 - the implementation of the swirler with an annular protrusion.

Тепломассообменный аппарат содержит корпус 1 с расположенными по высоте тарелками 2, полотно каждой тарелки снабжено контактными элементами, каждый из которых включает завихритель 3, окруженный цилиндрической обечайкой 4, расположенной в сепарационной обечайке 5 на расстоянии от нее; сепарационная обечайка выполнена с прорезями 6, снабженными направленными внутрь обечайки пластинами 7; контактный элемент содержит переливную трубу 8, размещенную внутри обечаек по центру; верхняя кромка 9 цилиндрической обечайки расположена на уровне или выше нижней кромки 10 сепарационной обечайки; нижний срез 11 переливной трубы расположен над завихрителем ниже кромок обечаек. The heat and mass transfer apparatus comprises a housing 1 with plates 2 located in height, the canvas of each plate is equipped with contact elements, each of which includes a swirler 3, surrounded by a cylindrical shell 4, located in the separation shell 5 at a distance from it; the separation shell is made with slots 6 provided with plates 7 directed towards the inside of the shell; the contact element contains an overflow pipe 8 located inside the shells in the center; the upper edge 9 of the cylindrical shell is located at or above the lower edge 10 of the separation shell; the lower section 11 of the overflow pipe is located above the swirl below the edges of the shells.

Переливная труба в тепломассообменном аппарате снабжена отражателем 12, установленным снаружи переливной трубы, ограничителями 13 ее перемещения, закрепленными на трубе. The overflow pipe in the heat and mass transfer apparatus is equipped with a reflector 12 mounted outside the overflow pipe, its movement limiters 13 mounted on the pipe.

Завихритель может быть выштампован из полотна тарелки и выполнен с кольцевым выступом 14, диаметр которого φ равен или больше диаметра переливной трубы в нижнем ее сечении. The swirl can be stamped from the plate and made with an annular protrusion 14, the diameter of which φ is equal to or greater than the diameter of the overflow pipe in its lower section.

Снаружи цилиндрической обечайки в каждом контактном элементе расположены вертикальные пластины 15, выполненные с пазами 16, в которые вставляется сепарационная обечайка, зажимаемая фиксирующими элементами 17. Outside of the cylindrical shell in each contact element there are vertical plates 15 made with grooves 16 into which a separation shell clamped by the locking elements 17 is inserted.

Целесообразно переливную трубу выполнять в виде усеченного конуса с уклоном книзу, при этом соотношение диаметров верхнего φ₂ и нижнего φ₁ сечений конуса должно составлять 1,1-1,5.It is advisable to make the overflow pipe in the form of a truncated cone with a downward slope, while the ratio of the diameters of the upper φ ₂ and lower φ ₁ cone sections should be 1.1-1.5.

Сверху сепарационной обечайки установлен отбойник 18. On top of the separation shell installed fenders 18.

Тепломассообменный аппарат работает следующим образом. Heat and mass transfer apparatus operates as follows.

Газ (пар) и жидкость поступают на тарелку противотоком: газ (пар) снизу, жидкость сверху. Восходящий поток газа (пара) поступает на завихритель 3, где закручивается и контактирует с жидкостью, поступающей сверху через переливную трубу 8. Поскольку нижний срез 11 переливной трубы 8 расположен над завихрителем ниже кромок обечаек, газовый поток не препятствует сливу жидкости из трубы, а наоборот подхватывает ее для контакта. Газожидкостная смесь закручивается и отбрасывается центробежной силой к стенкам цилиндрической обечайки, при этом увеличивается время взаимодействия фаз. Далее, закрученная газожидкостная смесь поступает в сепарационную обечайку 5, где проконтактировавшая жидкость центробежной силой отбрасывается на стенку обечайки, отделяется от газа и стекает через прорези и кольцевую щель между сепарационной обечайкой 5 и цилиндрической обечайкой 4. Gas (steam) and liquid enter the plate in countercurrent flow: gas (steam) from below, liquid from above. An upward flow of gas (steam) enters the swirl 3, where it swirls and contacts the fluid flowing from above through the overflow pipe 8. Since the lower cut 11 of the overflow pipe 8 is located above the swirl below the edges of the shells, the gas flow does not interfere with the discharge of fluid from the pipe, but rather picks her up for contact. The gas-liquid mixture is twisted and discarded by centrifugal force to the walls of the cylindrical shell, while the phase interaction time is increased. Then, the swirling gas-liquid mixture enters the separation shell 5, where the contacted liquid is centrifuged by force to the shell wall, is separated from the gas and flows through the slots and the annular gap between the separation shell 5 and the cylindrical shell 4.

Наличие на пути движения газожидкостной смеси вертикальных пластин 15 обеспечивает затухание вращательного ее движения. В результате происходит эффективная дегазация жидкости в межэлементом пространстве. The presence on the path of movement of the gas-liquid mixture of vertical plates 15 provides attenuation of its rotational movement. As a result, there is an effective degassing of the liquid in the space between the elements.

Вертикальные пластины, установленные снаружи цилиндрической обечайки, приводят к затуханию вращательного движения фаз на выходе из сепарационной обечайки и препятствуют проскоку газовой фазы через переливную трубу на нижерасположенную тарелку, что обеспечивает увеличение производительности тарелки. Vertical plates mounted outside the cylindrical shell lead to attenuation of the rotational movement of the phases at the outlet of the separation shell and prevent the passage of the gas phase through the overflow pipe to the downstream plate, which increases the performance of the plate.

На производительность тарелки существенное влияние оказывает отражатель 12, который дополнительно закручивает поток газа и обеспечивает эффективную сепарацию капель жидкости из потока газа. За счет выполнения отражателя с возможностью перемещения вдоль переливной трубы можно регулировать оптимальную высоту установки отражателя от полотна тарелки в зависимости от нагрузки по газу. The performance of the plate is significantly affected by the reflector 12, which additionally swirls the gas stream and ensures the effective separation of liquid droplets from the gas stream. Due to the performance of the reflector with the ability to move along the overflow pipe, it is possible to adjust the optimal installation height of the reflector from the plate blade depending on the gas load.

Таким образом, в предложенном устройстве обеспечивается многостадийный контакт фаз. Thus, in the proposed device provides a multi-stage contact phase.

После контакта газ выводится с верхней части аппарата, а жидкость - с нижней части аппарата. After contact, gas is discharged from the upper part of the apparatus, and liquid from the lower part of the apparatus.

Выполнение завихрителя штамповкой из полотна тарелки с кольцевым выступом, диаметр которого равен или больше диаметра переливной трубы в нижнем ее сечении, приводит к изменению траектории движения жидкости перед завихрителем и способствует равномерному распределению жидкости по периметру завихрителя, уменьшает провал жидкости через лопатки завихрителя при низких нагрузках по газу, что приводит к увеличению эффективности разделения. The performance of the swirl by stamping from the plate of the plate with an annular protrusion, the diameter of which is equal to or greater than the diameter of the overflow pipe in its lower section, leads to a change in the trajectory of the fluid in front of the swirl and contributes to an even distribution of fluid along the perimeter of the swirl, reduces fluid failure through the swirl blades at low loads gas, which leads to an increase in separation efficiency.

Выполнение вертикальных пластин, установленных снаружи цилиндрической обечайки, с пазами и фиксирующими элементами обеспечивает соосность сепарационной обечайки и завихрителя и упрощает монтаж. The execution of vertical plates mounted outside the cylindrical shell, with grooves and locking elements ensures alignment of the separation shell and swirl and simplifies installation.

Расположение нижнего среза переливной трубы и ее выполнение в виде усеченного конуса с уклоном книзу с соотношением диаметров верхнего и нижнего сечений 1,1-1,5 приводят к уменьшению гидравлического сопротивления, увеличению пропускной способности и производительности за счет увеличения скорости перетока и направленного ввода жидкости на кольцевой выступ завихрителя, обеспечивая равномерность распределения. The location of the lower cut of the overflow pipe and its implementation in the form of a truncated cone with a downward slope with a ratio of the diameters of the upper and lower sections 1.1-1.5 lead to a decrease in hydraulic resistance, an increase in throughput and productivity due to an increase in the flow rate and directional fluid inlet annular protrusion of the swirl, providing uniform distribution.

Таким образом, применение массообменного аппарата приводит к увеличению производительности, интенсификации процесса за счет обеспечения эффективной дегазации жидкости в межэлементном пространстве, увеличения равномерности распределения и повышения эффективности разделения фаз. Thus, the use of mass transfer apparatus leads to an increase in productivity, intensification of the process by ensuring effective degassing of the liquid in the inter-element space, increasing the uniformity of distribution and increasing the efficiency of phase separation.

Claims

1. Heat and mass transfer apparatus, comprising a housing and plates located at a height with contact elements, each of which contains a swirler surrounded by a cylindrical shell, and a separation shell coaxially located relative to the cylindrical shell, made with slots provided with plates directed into the shell, an overflow pipe placed centered inside the shells, characterized in that the cylindrical shell is placed in the separation shell at a distance from each other and is equipped with a vertical GOVERNMENTAL plates with grooves and fixing members, wherein the upper edge of the cylindrical shell is at or above the bottom edge of the separation shell, separating shell is mounted in slots of vertical plates, with fixing it, and the lower section of the overflow pipe is arranged above the swirler lower edges of the shells.

2. The apparatus according to claim 1, characterized in that the overflow pipe is made in the form of a truncated cone with a downward slope, while the ratio of the diameters of the upper and lower sections of the cone is 1.1 - 1.5.

3. The apparatus according to claims 1 and 2, characterized in that the swirl is stamped from the plate web and made with an annular protrusion, the diameter of which is equal to or greater than the diameter of the overflow pipe in the lower section.

4. The apparatus according to claims 1 to 3, characterized in that the overflow pipe is equipped with a reflector and restrictive elements, while the reflector is located outside the pipe and is installed with the possibility of free movement along the overflow pipe, and the stops are fixed to the pipe.