RU2200054C1

RU2200054C1 - Heat- and mass-exchange apparatus

Info

Publication number: RU2200054C1
Application number: RU2001134192/12A
Authority: RU
Inventors: В.И. Бердников; М.А. Карташов; Д.А. Баранов; ков О.Д. Бел; О.Д. Беляков
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ИНОТЕХ"
Priority date: 2001-12-19
Filing date: 2001-12-19
Publication date: 2003-03-10

Abstract

FIELD: chemical engineering apparatus. SUBSTANCE: proposed heat- and massexchange apparatus has revolving shaft and cylindrical housing with gas supply and discharge branch pipes mounted in its upper portion and liquid supply and discharge branch pipes mounted in its lower portion; housing is provided with dividing circular partitions. Mounted between extreme partitions are cylindrical inserts; inserts and partitions are fastened together and one extreme partition is fastened with housing. Inserts and partitions form sections in which transversal solid disks are mounted on revolving shaft; secured on side of said disks are stacks of circular contact disks mounted at spaced relation to inserts, shaft, each other and dividing circular partitions; they are partially immersed in liquid, thus forming zigzag, radial-axial and successive and parallel flow of gases. Heat- and mass-exchange process is performed at continuous flow of film of liquid and contact interaction of gas flow with liquid flow. EFFECT: enhanced efficiency. 6 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к процессам и аппаратам химического машиностроения и может быть использовано в энергетической, нефтегазовой, химической, пищевой к других отраслях промышленности для мокрой очистки газов, абсорбции, ректификации (перегонки) и т.п. процессам в системе газ-жидкость. The invention relates to processes and apparatuses of chemical engineering and can be used in energy, oil and gas, chemical, food industry to other industries for wet gas purification, absorption, rectification (distillation), etc. processes in the gas-liquid system.

Из уровня техники широко известно устройство для проведения тепло- и массообменного процесса путем контактного взаимодействия потока газа с потоком жидкости, протекающего на поверхности капель или пленки жидкости в полых (безнасадочных) тарельчатых (каскадных), насадочных пленочных колоннах (см. А. И. Пановский, П.И. Николаев. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии. M.: Химия, 1972, с. 322, 323, 329-331, 373). A device is widely known from the prior art for carrying out a heat and mass transfer process by contacting a gas stream with a liquid stream flowing on the surface of a liquid droplet or film in hollow (non-nozzle) plate (cascade), packed film columns (see A. I. Panovsky , P.I. Nikolaev, Processes and Apparatuses of Chemical and Petrochemical Technology.M .: Chemistry, 1972, p. 322, 323, 329-331, 373).

При этом интенсивность тепло- и массообмена определяется скоростями движения потоков газа и жидкости и в значительной мере зависит от величины и формы поверхности контактирования, однако увеличение (развитие) последней приводит к росту гидравлического сопротивления, уносу капель жидкости, усложнению конструкции и габаритов тепло- и массообменных аппаратов. The intensity of heat and mass transfer is determined by the velocities of the gas and liquid flows and largely depends on the size and shape of the contacting surface, however, an increase (development) of the latter leads to an increase in hydraulic resistance, entrainment of liquid droplets, and complication of the design and dimensions of heat and mass transfer apparatuses.

Близким к изобретению является устройство для проведения процессов тепло- и массообмена путем контактного взаимодействия потока газа с потоком жидкости, стекающей в виде пленки по поверхности вращающихся дисков, частично погруженных в жидкость (см. Авт. св. СССР 223766, кл. В 01 D 45/10, 1968 г.). Close to the invention is a device for carrying out heat and mass transfer processes by contacting a gas stream with a liquid stream flowing in the form of a film on the surface of rotating disks partially immersed in a liquid (see Aut. St. USSR 223766, class B 01 D 45 / 10, 1968).

Основным недостатком данного устройства является то, что интенсивность контактного взаимодействия (газового потока с жидкостью - пленкой на поверхности дисков) определяется скоростью газового потока и частотой вращения дисков, увеличение которых ограничено возможностью срыва пленки и уносом капель. The main disadvantage of this device is that the intensity of contact interaction (gas flow with a liquid - a film on the surface of the disks) is determined by the gas flow rate and the rotational speed of the disks, the increase of which is limited by the possibility of film breakdown and droplet entrainment.

Известны тепло-массообменные аппараты, содержащие корпус с газовым каналом и патрубками для подвода и отвода газа. нижняя часть которого заполнена жидкостью, и установленный в корпусе горизонтальный вал с дисками, частично погруженными в жидкость, который снабжен приводом для вращения (см. Авт. СССР 262096, кл В 01 J 8/10, 1970 г.; Авт. св. СССР 971437, кл. В 01 D 45/18, 1981 г). Known heat and mass transfer apparatus comprising a housing with a gas channel and nozzles for supplying and discharging gas. the lower part of which is filled with liquid, and a horizontal shaft mounted in the housing with disks partially immersed in the liquid, which is equipped with a drive for rotation (see Aut. USSR 262096, class B 01 J 8/10, 1970; Aut. St. USSR 971437, class B 01 D 45/18, 1981).

При этом выполнение дисков в виде сеток или лопастей обеспечивает осевое течение газового потока с достаточно большой скоростью, но не дает возможности существенно развивать поверхность контакта фаз. Moreover, the implementation of the disks in the form of grids or blades provides the axial flow of the gas stream at a sufficiently high speed, but does not allow the development of the phase contact surface.

Известен также тепломасообменный аппарат, содержащий корпус с газовым каналом и патрубками для подвода и отвода газа, в нижней части которого расположена ванна с жидкостью, и вращающийся горизонтальный вал с приводом, снабженный дисками, частично погруженными а жидкость (см. Авт. св. СССР 223766, кл. В 01 D 45/10, 1968 г.). A heat and mass transfer apparatus is also known, comprising a housing with a gas channel and nozzles for supplying and discharging gas, in the lower part of which there is a bath with a liquid, and a rotating horizontal shaft with a drive equipped with disks partially immersed in liquid (see Aut. St. USSR 223766 , CL B 01 D 45/10, 1968).

Вал в данном аппарате установлен поперек газового канала, т.е. в плоскости, направленной поперек газового потока, что увеличивает поверхность контакта газа с жидкостью и формирует продольное обтекание дисков с низким гидравлическим сопротивлением, но ограничивает функциональные возможности устройства, т. к. не позволяет эффективно использовать его для массообменных процессов, требующих протяженного контакта газа с жидкостью. The shaft in this unit is installed across the gas channel, i.e. in a plane directed across the gas flow, which increases the gas-liquid contact surface and forms a longitudinal flow around the disks with low hydraulic resistance, but limits the device’s functionality, since it does not allow its effective use for mass transfer processes requiring extended gas-liquid contact .

Известен также телло-массообменный аппарат (см. патент РФ 2152245, кл. В 01 D 53/18. 47/18 от 29.06.98 г.), содержащий цилиндрический корпус, в верхней части которого установлены патрубки для подвода и отвода газа, а в нижней -патрубки для подвода и отвода жидкости, снабженный вращающимся валом с установленными на нем соосно корпусу и валу и с возможностью совместного вращения с ним последовательно чередующимися поперечными сплошными дисками и разделительными кольцевыми перегородками с установленными по их внешнему диаметру (газодинамическими, гидродинамическими или контактными) уплотнениями, между которыми установлены пакеты, состоящие из кольцевых контактных дисков, установленными с зазором относительно корпуса, вала и друг друга и частично догруженными в жидкость и которые совместно формируют зигзагообразное радиально-осевое, последовательно-параллельное течение потоков газа. При этом процесс тепло- и массообмена проводят в условиях безотрывного течения пленки жидкости при контактном взаимодействии потока газа с потоком жидкости, стекающей в виде пленки по поверхности вращающихся дисков. Данный аппарат технологичен, обладает высокой эффективностью, малыми габаритами и низкой стоимостью. Also known is a mass transfer apparatus (see RF patent 2152245, class B 01 D 53/18. 47/18 of 06/29/98), containing a cylindrical body, in the upper part of which there are pipes for supplying and discharging gas, and in the lower part there are tubes for supplying and discharging liquids, equipped with a rotating shaft mounted coaxially with the body and shaft and with the possibility of joint rotation with it of successively alternating transverse solid disks and dividing annular partitions with installed on their outer diameter (gas-dynamic, hydrodynamic nomic or contact) seals between which packets composed of the annular contact discs mounted with clearance relative to the housing, the shaft and to each other and dogruzhennymi partially into the liquid and which together form a radial-axial zigzag, series-parallel flow of the gas streams. In this case, the process of heat and mass transfer is carried out under conditions of an uninterrupted flow of a liquid film during contact interaction of a gas stream with a liquid stream flowing in the form of a film on the surface of rotating disks. This unit is technological, has high efficiency, small size and low cost.

Однако, как показала практика, область использования таких аппаратов несколько ограничена по производительности, что вызвано сложностью обработки удлиненных цилиндрических поверхностей большего диаметра (более 400 мм). Последнее обстоятельство (применительно к высокопроизводительным ректификационным аппаратам) может приводить и к снижению качества разгонки по фракциям. However, as practice has shown, the area of use of such devices is somewhat limited in performance, which is caused by the complexity of processing elongated cylindrical surfaces of larger diameter (more than 400 mm). The latter circumstance (in relation to high-performance distillation apparatus) can lead to a decrease in the quality of distillation by fractions.

Наиболее близким к изобретению является механический пленочный тепломассообменный аппарат (см. В. М. Рамм. Абсорбция газов. М.: Химия, 1976, с. 321-322), содержащий цилиндрический корпус, снабженный образующими секции разделительными кольцевыми перегородками, закрепленными в корпусе. В каждой секции на валу закреплен сплошной диск, к каждому из которых по бокам прикреплены пакеты кольцевых контактных дисков, установленных с зазором относительно корпуса, вала, друг друга и разделительных кольцевых перегородок. В верхней части корпуса установлены патрубки для подвода и отвода газа, а в нижней - патрубки для подвода и отвода жидкости. Вал снабжен приводом для вращения. Контактные диски частично погружены в жидкость. Такое устройство аппарата формирует в верхней части корпуса зигзагообразный радиально-осевой газовый канал, а в нижней части - жидкостной канал, что, в принципе, позволяет эффективно использовать его для тепломассообменных процессов, требующих протяженного контакта газа с пленкой жидкости. Closest to the invention is a mechanical film heat and mass transfer apparatus (see V. M. Ramm. Gas Absorption. M: Chemistry, 1976, p. 321-322), comprising a cylindrical body equipped with separating annular partitions secured in the body forming sections. In each section, a solid disk is fixed on the shaft, to each of which packets of annular contact disks are mounted on each side, which are installed with a gap relative to the housing, shaft, each other and the separation ring partitions. In the upper part of the body there are pipes for supplying and discharging gas, and in the lower part there are pipes for supplying and discharging liquid. The shaft is equipped with a drive for rotation. The contact discs are partially immersed in liquid. Such a device of the apparatus forms a zigzag radial-axial gas channel in the upper part of the body, and a liquid channel in the lower part, which, in principle, allows its efficient use for heat and mass transfer processes requiring extended contact of the gas with a liquid film.

Однако в таких аппаратах возникает противоречие между эффективностью организации процесса тепломассообмена и крайней сложностью его конструктивной реализации. However, in such devices, a contradiction arises between the efficiency of organizing the heat and mass transfer process and the extreme complexity of its constructive implementation.

Так, с точки зрения повышения эффективности процесса тепломассообмена в аппаратах данного типа необходимо обеспечение минимально возможных осевых зазоров между крайними (в пакетах) кольцевыми контактными дисками и не участвующими в процессе тепло- и массообмена разделительными кольцевыми перегородками, т. к. последние закреплены в корпусе и их поверхность не покрыта пленкой жидкости. Из практики известно, что величина этих зазоров должна быть по крайней мере не более половины величины оптимальных зазоров между кольцевыми контактными дисками. Однако, с точки зрения технологичности изготовления, сборки и эксплуатации таких аппаратов, как показывает практика, при установке всего 10-16 разделительных кольцевых перегородок эти зазоры, как правило, уже более чем в 3 раза превышают их оптимальную величину, что, в свою очередь, приводит к перетоку до 50% газа по этим "технологическим зазорам", минуя процесс тепло- и массообмена на контактных дисках и, как следствие, - ведет к снижению эффективности данных аппаратов. So, from the point of view of increasing the efficiency of the heat and mass transfer process in devices of this type, it is necessary to ensure the minimum possible axial gaps between the extreme (in packages) ring contact disks and the separation ring partitions not involved in the process of heat and mass transfer, since the latter are fixed in the housing and their surface is not covered with a film of liquid. From practice it is known that the size of these gaps should be at least not more than half the value of the optimal gaps between the ring contact disks. However, from the point of view of the manufacturability, manufacture and operation of such devices, as practice shows, when only 10-16 separation ring partitions are installed, these gaps, as a rule, are already more than 3 times their optimal value, which, in turn, leads to the flow of up to 50% of gas through these "technological gaps", bypassing the process of heat and mass transfer on the contact disks and, as a result, leads to a decrease in the efficiency of these devices.

Однако главными недостатками таких аппаратов являются их конструктивная сложность и низкая технологичность, вызванные проблемами обеспечения высокой точности при изготовлении и сборке корпуса с закрепленными в нем разделительными кольцевыми перегородками. Комплекс этих обстоятельств приводит к резкому росту их стоимости (на 60-200%), габаритов (осевых более чем на 40-60%), сложности в эксплуатации, снижению эффективности и, как следствие, потере их рентабельности и конкурентоспособности. However, the main disadvantages of such devices are their structural complexity and low manufacturability, caused by the problems of ensuring high accuracy in the manufacture and assembly of the housing with the annular partition walls fixed therein. The complex of these circumstances leads to a sharp increase in their cost (by 60-200%), dimensions (axial by more than 40-60%), difficulties in operation, reduced efficiency and, as a result, loss of their profitability and competitiveness.

Изобретение направлено на создание высокоэффективного, дешевого контактного тепломассообменного аппарата с расширенным диапазоном по производительности и широкими функциональными возможностями как за счет резкого повышения его технологичности, так и за счет уменьшения перетекания газа по "технологическим" зазорам и, как следствие, увеличения эффективного контактного взаимодействия газа с пленкой жидкости, т.е. организации более интенсивного и стабильного процесса тепломассообмена при контактном взаимодействии газа с пленкой жидкости. The invention is directed to the creation of a highly efficient, cheap contact heat and mass transfer apparatus with an extended range in productivity and wide functional capabilities, both due to a sharp increase in its manufacturability and due to a decrease in gas flow over "technological" gaps and, as a result, an increase in the effective contact interaction of gas with liquid film, i.e. organization of a more intense and stable heat and mass transfer process during contact interaction of a gas with a liquid film.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в тепломассообменном аппарате, содержащем корпус, состоящий из цилиндрической части и двух фланцев, в верхней части которого установлены патрубки для подвода и отвода газа, а в нижней - патрубки для подвода и отвода жидкости, снабженный набором закрепленных в нем разделительных кольцевых перегородок, образующих секции, в каждой из которых на вращающемся валу установлен поперечный сплошной диск, к каждому из которых по бокам прикреплены пакеты кольцевых контактных дисков, установленные с зазором относительно корпуса, вала, друг друга и разделительных кольцевых перегородок, частично погруженные в жидкость, которые совместно формируют зигзагообразное радиально-осевое, последовательно-параллельное течение потоков газа, согласно изобретению между крайними разделительными кольцевыми перегородками набора, внутри цилиндрической части, установлены цилиндрические вставки, между которыми размещены остальные разделительные кольцевые перегородки набора, образующие совместно секции, причем цилиндрические вставки и кольцевые перегородки скреплены между собой и, как минимум, одна крайняя кольцевая перегородка набора скреплена с корпусом. The solution to this problem is ensured by the fact that in a heat and mass transfer apparatus containing a housing consisting of a cylindrical part and two flanges, in the upper part of which there are pipes for supplying and discharging gas, and in the lower part there are pipes for supplying and discharging liquid, equipped with a set of dividing annular partitions, forming sections, in each of which a transverse solid disk is mounted on a rotating shaft, to each of which are attached packets of annular contact disks, installed on each side with a gap relative to the housing, the shaft, each other and the annular partition walls, partially immersed in the liquid, which together form a zigzag radial-axial, sequentially parallel flow of gas flows, according to the invention, cylindrical inserts are installed between the outermost partition ring partitions of the set, inside the cylindrical part between which the remaining dividing ring partitions of the set are placed, forming sections together, with cylindrical inserts and a ring s partition and bonded to each other, at least one extreme annular baffle set is fastened to the housing.

На чертежах схематично представлен общий вид тепломассообменного аппарата. The drawings schematically shows a General view of the heat and mass transfer apparatus.

Тепломассообменный аппарат (см. фиг. 1-2) содержит цилиндрический корпус (состоящий из цилиндрической части 1 и двух фланцев 2, 3), в котором с возможностью вращения установлен горизонтальный вал 4. Внутри цилиндрической части корпуса 1 расположен набор 5 разделительных кольцевых перегородок 6. Между крайними разделительными кольцевыми перегородками 6 установлены вставки 7, которые могут быть выполнены, например, в виде цилиндрических обечаек. Остальные разделительные кольцевые перегородки 6 набора 5 размещены между вставками 7 и образуют секции 8. Вставки 7 и разделительные кольцевые перегородки 6 скреплены между собой, например, при помощи стягивания продольными шпильками 9, закрепленными в крайних разделительных кольцевых перегородках 6 набора 5, а одна из крайних разделительных кольцевых перегородок 6 закреплена в корпусе аппарата между его цилиндрической частью 1 и одним из фланцев - на фиг.1, 2 поз. 3. В образованных перегородками 6 секциях 8 установлены поперечные сплошные диски 10, к которым по бокам прикреплены пакеты 11, набранные из кольцевых контактных дисков 12. Поперечные сплошные диски 10 закреплены на валу 4, а кольцевые контактные диски 12 установлены с зазором относительно вставок 7, вала 4, друг друга и разделительных кольцевых перегородок 6. В верхней части корпуса образован продольный, относительно вала 4, газовый канал 13 с патрубками 14 и 15 для подвода и отвода газа, а в нижней части корпуса образован жидкостной канал 16 с входным и выходным патрубками 17 и 18 для подвода и отвода жидкости, который заполнен жидкостью. The heat and mass transfer apparatus (see Fig. 1-2) contains a cylindrical housing (consisting of a cylindrical part 1 and two flanges 2, 3), in which a horizontal shaft 4 is mounted rotatably. Inside the cylindrical part of the housing 1 there is a set of 5 dividing annular partitions 6 Between the extreme dividing annular partitions 6, inserts 7 are installed, which can be made, for example, in the form of cylindrical shells. The remaining dividing ring partitions 6 of set 5 are placed between the inserts 7 and form sections 8. The inserts 7 and dividing ring partitions 6 are fastened together, for example, by tightening with longitudinal studs 9, fixed in the extreme dividing ring partitions 6 of set 5, and one of the extreme dividing annular partitions 6 is fixed in the housing of the apparatus between its cylindrical part 1 and one of the flanges - in Fig.1, 2 pos. 3. In the sections 6 formed by the partitions 8, transverse solid disks 10 are installed, to which packets 11 assembled from the annular contact disks 12 are attached to the sides. The transverse solid disks 10 are mounted on the shaft 4, and the annular contact disks 12 are installed with a gap relative to the inserts 7, a shaft 4, each other and dividing annular partitions 6. In the upper part of the housing, a longitudinal, relative to the shaft 4, gas channel 13 with pipes 14 and 15 for supplying and discharging gas is formed, and in the lower part of the housing, a liquid channel 16 with an inlet and output nozzles 17 and 18 for supplying and discharging liquid that is filled with liquid.

Газовый канал 13 образован зазорами между цилиндрическими вставками 7 (в виде обечаек), поперечными сплошными дисками 10, кольцевыми контактными дисками 12 и разделительными кольцевыми перегородками 6, формирующими многоходовое зигзагообразное радиально-осевое, последовательно-параллельное течение потока газа. Аналогично с нижней части корпуса образован жидкостной канал 16. Вращение горизонтального вала 4 со сплошными дисками 10, кольцевыми контактными дисками 12 обеспечивается приводом (не показано). The gas channel 13 is formed by the gaps between the cylindrical inserts 7 (in the form of shells), transverse solid disks 10, annular contact disks 12 and dividing annular partitions 6, forming a multi-pass zigzag radial-axial, sequentially parallel flow of gas flow. Similarly, a liquid channel 16 is formed from the lower part of the housing. The rotation of the horizontal shaft 4 with solid disks 10, ring contact disks 12 is provided by a drive (not shown).

Для обеспечения более интенсивного потока жидкости в жидкостном канале тепломассообменного аппарата и, соответственно, получения более эффективного процесса тепломассообмена, в нижней, погруженной в жидкость, части разделительных кольцевых перегородок 6 выполнены отверстия (фиг.3). To ensure a more intense liquid flow in the liquid channel of the heat and mass transfer apparatus and, accordingly, to obtain a more efficient heat and mass transfer process, holes are made in the lower part of the annular partition walls 6 immersed in the liquid (Fig. 3).

На фиг. 1 схематично представлен общий вид тепломассообменного аппарата который, как правило, используется как ректификационный и десорбционный. т. е. при относительно высоких давлениях. В этом случае для обеспечения прочности его корпуса используются полусферические фланцы 2, 3. Если же тепломассообменный аппарат используется в системах абсорбции, т. е. при работе в областях низких давлений, то фланцы его корпуса можно сделать плоскими и, следовательно, на одном из них закрепить шпильки 9, которые стягивают вставки 7 и разделительные кольцевые перегородки 6 набора 5 (см. фиг.4). In FIG. 1 schematically shows a General view of the heat and mass transfer apparatus which, as a rule, is used as distillation and desorption. i.e. at relatively high pressures. In this case, to ensure the strength of its body, hemispherical flanges 2, 3 are used. If the heat and mass transfer apparatus is used in absorption systems, that is, when working in low pressure areas, then the flanges of its body can be made flat and, therefore, on one of them fix the studs 9, which tighten the insert 7 and the separation ring partitions 6 of the set 5 (see figure 4).

На фиг. 5 представлен вариант исполнения тепломассообменного аппарата в котором в нижней, погруженной в жидкость, части цилиндрических вставок 7 выполнены отверстия, а по внешнему диаметру разделительных кольцевых перегородок 6 установлены уплотнения 19. В данном исполнении реализуется получение изолированных друг от друга секций 8 тепломассообменного аппарата, с возможностью отвода из этих секций жидкости через дополнительные патрубки 20, т.е. для разделения жидкости на фракции при перегонке нефтепродуктов или ректификации в системе этанол-вода. In FIG. 5 shows an embodiment of a heat and mass transfer apparatus in which openings are made in the lower part of the cylindrical inserts 7 and seals 19 are installed on the outer diameter of the separation ring partitions 6. In this design, sections 8 of the heat and mass transfer apparatus isolated from each other are realized, with the possibility of drain from these sections of fluid through additional nozzles 20, i.e. to separate the liquid into fractions during the distillation of petroleum products or distillation in an ethanol-water system.

Процесс тепло-и массообмена осуществляется следующим образом. The process of heat and mass transfer is as follows.

Поток газа поступает в газовый канал 13 через патрубок 14, проходит по полости первой (по ходу движения газа) секции 8, далее по радиальным зазорам между (поперечными) перегородками первого пакета вращающихся кольцевых контактных дисков 12 и дисков 10, вступая в контактное взаимодействие с потоком жидкости, стекающей в виде пленки с поверхности вращающихся дисков 10, 12, которые при вращении частично погружаются в смачивающую их жидкость из жидкостного канала 16, далее газ разворачивается на 180^o и поступает в радиальные зазоры между перегородками второго пакета вращающихся кольцевых контактных дисков и т.д., до его выхода из аппарата через патрубок 15.The gas stream enters the gas channel 13 through the pipe 14, passes through the cavity of the first (along the gas) section 8, then along the radial gaps between the (transverse) partitions of the first packet of rotating annular contact disks 12 and disks 10, coming into contact with the stream liquid flowing in the form of a film from the surface of the rotating disks 10, 12, which during rotation are partially immersed in the wetting liquid from the liquid channel 16, then the gas is turned around 180 ^o and enters the radial gaps between the partitions the second package of rotating annular contact disks, etc., until it leaves the apparatus through the pipe 15.

При этом контактное взаимодействие фаз происходит при радиальном течении потока газа, который, протекая в целом по аппарату в осевом направлении, при последовательном переходе из полостей одного пакета радиальных зазоров - хода газового канала 13 через полость (очередной по ходу газа) секции 8 в следующую, меняет свое (радиальное) направление движения на противоположное, обтекая контактные элементы (вращающиеся диски 10, 12) - с обеих сторон, т. е. совершает в пределах газового канала 13 многоходовое, зигзагообразное радиально-осевое, последовательно-параллельное движение. In this case, the contact interaction of the phases occurs during a radial gas flow, which, flowing along the apparatus in the axial direction as a whole, during a sequential transition from the cavities of one packet of radial gaps - the passage of the gas channel 13 through the cavity (next along the gas) of section 8 to the next, changes its (radial) direction of movement in the opposite direction, flowing around the contact elements (rotating disks 10, 12) - on both sides, i.e., it makes a multi-pass, zigzag radial-axial, within the gas channel 13, elnno-parallel movement.

Безотрывное течение пленки жидкости по поверхности вращающихся дисков 9, 12 и реализация центробежного сепарирующего эффекта за счет поворота потока газа исключает возможность возникновения каплеуноса, что приводит к уменьшению габаритов аппарата, поскольку при этом отпадает необходимость в создании значительного сепарационного пространства. Кроме того, наличие конвективных потоков жидкости в стекающей пленке, возникающих при определенной частоте вращения дисков 10 в условиях достаточно сложной перекрестно-смешанной организации относительного движения потоков фаз, в сочетании с допустимым диапазоном скоростей потока газа в зоне контактного взаимодействия фаз системы газ-жидкость (т. е. при радиальном течении в оптимальных зазорах между поперечными сплошными дисками 10, кольцевыми контактными дисками 12 и разделительными кольцевыми перегородками 6), обуславливает повышение коэффициентов теплопередачи и массопередачи при переходе вещества через поверхность контакта фаз в различных технологических процессах. The continuous flow of the liquid film along the surface of the rotating disks 9, 12 and the implementation of the centrifugal separating effect due to the rotation of the gas flow eliminates the possibility of droplet formation, which leads to a decrease in the dimensions of the apparatus, since there is no need to create a significant separation space. In addition, the presence of convective fluid flows in the flowing film that occur at a certain rotational speed of the disks 10 under conditions of a rather complicated cross-mixed organization of the relative motion of the phase flows, in combination with an allowable range of gas flow velocities in the zone of contact interaction of the phases of the gas-liquid system (t i.e., with radial flow in the optimal gaps between the transverse solid disks 10, the annular contact disks 12 and the dividing annular partitions 6), it causes an increase oeffitsientov heat transfer and mass transfer during the transition phase material through the contact surface in various processes.

Установка разделительных кольцевых перегородок 6 между вставок 7 позволяет не только резко упростить конструкцию тепломассообменного аппарата, обеспечить высокую технологичность сборки и разборки без специальной высокоточной оснастки и, следовательно, повысить эксплуатационные характеристики, резко снизить стоимость аппарата, но и получить высокую эффективность процесса тепломассообмена в аппарате за счет обеспечения требуемых оптимальных зазоров между кольцевыми контактными дисками и разделительными кольцевыми перегородками. Достигается это тем, что цилиндрические вставки, имеющие относительно небольшие линейные размеры, проще изготовить с необходимой точностью, что соответственно позволяет, при сборке секций с размещенными в них пакетами кольцевых контактных дисков (вне цилиндрического корпуса), более просто и точно установить требуемые оптимальные зазоры между дисками и перегородками (с возможностью объективного инструментального контроля зазоров). The installation of annular partition walls 6 between the inserts 7 allows not only to greatly simplify the design of the heat and mass transfer apparatus, to ensure high manufacturability of assembly and disassembly without special high-precision equipment and, therefore, to increase operational characteristics, to sharply reduce the cost of the apparatus, but also to obtain high efficiency of the heat and mass transfer process in the apparatus for by providing the required optimal gaps between the annular contact disks and the dividing annular partitions. This is achieved by the fact that cylindrical inserts having relatively small linear dimensions are easier to manufacture with the necessary accuracy, which accordingly allows, when assembling sections with packs of annular contact disks (outside the cylindrical housing), to be installed, it is more simple and accurate to establish the required optimal gaps between disks and partitions (with the possibility of objective instrumental control of gaps).

Заявленное конструктивное выполнение тепломассообменных аппаратов обеспечивает:
- уменьшение более чем в 5 раз перетекания газа по технологическим зазорам между секциями (в зоне разделительных кольцевых перегородок);
- существенно упрощает конструкцию аппаратов, уменьшает на 30-80% их длину и массу, на 60-200% - стоимость их изготовления.The claimed design of heat and mass transfer apparatus provides:
- a decrease of more than 5 times the flow of gas through the technological gaps between the sections (in the area of the annular separation partitions);
- significantly simplifies the design of the apparatus, reduces their length and weight by 30-80%, and the cost of their manufacture by 60-200%.

Таким образом, предложенное техническое решение позволяет обеспечить организацию более интенсивных процессов тепло- и массообмена и, как следствие, рост удельной производительности аппаратов данного типа, а в совокупности обеспечивает существенно более высокую эффективность проведения различных процессов тепло- и массообмена в широком диапазоне сочетания режимных параметров и теплофизических свойств взаимодействующих двух разнофазных сред (газа и жидкости) при безотрывном течении пленки жидкости (абсорбция, ректификация, газоочистка) в горизонтальных аппаратах с вращающимися дисками, которые обуславливают минимальные габариты аппарата и стоимость, позволяет использовать их в технологических схемах с разнообразными жидкими и газообразными веществами, например для очистки воздуха от твердых частиц и примесей, ректификации нефтегазопродуктов, абсорбции паров углеводородов (фенола, формальдегида, бензина и т.п.) из воздуха, перегонки в системе зтанол-вода и т. п., вместо громоздких колонн с высоким гидравлическим сопротивлением, в высоко рентабельном режиме работы. Thus, the proposed technical solution allows for the organization of more intense processes of heat and mass transfer and, as a result, an increase in the specific productivity of devices of this type, and together provides a significantly higher efficiency of various processes of heat and mass transfer in a wide range of combination of operating parameters and thermophysical properties of the interacting two different-phase media (gas and liquid) in the continuous flow of a liquid film (absorption, rectification, gas treatment k) in horizontal devices with rotating disks, which determine the minimum dimensions of the device and cost, it can be used in technological schemes with various liquid and gaseous substances, for example, for purifying air from solid particles and impurities, rectification of oil and gas products, absorption of hydrocarbon vapors (phenol, formaldehyde gasoline, etc.) from air, distillation in a zanol-water system, etc., instead of bulky columns with high hydraulic resistance, in a highly cost-effective mode of operation.

Claims

1. Heat and mass transfer apparatus, comprising a housing consisting of a cylindrical part and two flanges, in the upper part of which there are nozzles for supplying and discharging gas, and in the lower part, nozzles for supplying and discharging liquid, equipped with a set of dividing annular partitions fixed in it forming sections, in each of which a transverse continuous disk is mounted on the rotating shaft, to each of which are attached packets of annular contact disks installed with a gap relative to the housing, shaft, each other and separating annular partitions and partially immersed in a liquid, forming a zigzag radial-axial, sequentially parallel flow of gas flow, characterized in that between the extreme dividing annular partitions of the set, cylindrical inserts are installed inside the cylindrical part of the body, between which the remaining dividing ring partitions of the set are installed, sections forming together, with cylindrical inserts and annular partitions fastened together and at least one cr The outer dividing ring partition of the kit is attached to the housing.

2. Heat and mass transfer apparatus according to claim 1, characterized in that the cylindrical inserts and dividing ring partitions are fastened by longitudinal studs fixed in the extreme dividing ring partitions of the set.

3. Heat and mass transfer apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the inserts are made in the form of cylindrical shells.

4. Heat and mass transfer apparatus according to claim 1 or 3, characterized in that the cylindrical inserts and the separation ring partitions are fastened with longitudinal studs fixed on one side in the extreme separation ring partition of the set, and on the other in the housing flange.

5. The heat and mass transfer apparatus according to claim 1, characterized in that holes are made in the lower part of the dividing ring partitions.

6. Heat and mass transfer apparatus according to claim 1, 2, or 3, characterized in that holes are made in the lower part of the cylindrical inserts, and seals are installed on the outer diameter of the dividing ring partitions.