RU2201277C1

RU2201277C1 - Apparatus for performing heat and mass exchange processes

Info

Publication number: RU2201277C1
Application number: RU2002101377A
Authority: RU
Inventors: В.В. Евграшенко; Г.А. Скворцов
Priority date: 2002-01-23
Filing date: 2002-01-23
Publication date: 2003-03-27

Abstract

FIELD: foam-type high-velocity straight-flow heat- and mass-exchange apparatus for performing absorption, chemical sorption, humidification and dust separation processes. SUBSTANCE: proposed apparatus intended for operation in gas-and-liquid system in straightflow mode has vertical cylindrical housing, plate with contact branch pipe in its center and reflector with plates located on upper end of contact branch pipe. Plate and overflow pipes are horizontal in form. Overflow pipes are mounted in lower portion of contact branch pipe projecting inside it; ratio of diameter of contact branch pipe to its height is equal to (0.8-1.5):1 and ratio of section of contact branch pipe to total section of overflow pipes is equal to (10-20): 1. EFFECT: enhanced efficiency and reliability. 2 cl, 2 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к пенным скоростным прямоточным тепломассообменным аппаратам для проведения процессов абсорбции, хемосорбции, увлажнения и пылеулавливания. The invention relates to foam high-speed ramjet heat and mass transfer apparatus for carrying out processes of absorption, chemisorption, humidification and dust collection.

Известен аппарат для проведения тепломассообменных процессов в системе газ - жидкость в прямоточном режиме, включающий вертикальный корпус, тарелку, в центре которой установлен контактный патрубок, конусный отражатель с лопатками, расположенный на верхнем торце контактного патрубка (авт.свид. СССР 413954, В 01 D 5/32, 1972 г.). A known apparatus for conducting heat and mass transfer processes in a gas-liquid system in a straight-through mode, including a vertical housing, a plate, in the center of which a contact pipe is installed, a conical reflector with blades, located on the upper end of the contact pipe (ed. Certificate. USSR 413954, B 01 D 5/32, 1972).

Аппарат имеет низкую эффективность, большой брызгоунос и узкий диапазон рабочих скоростей по газу из-за невозможности обеспечить хорошее разделение газожидкостного потока в сепарационной зоне. The apparatus has a low efficiency, large spray nozzle and a narrow range of operating speeds for gas due to the inability to ensure good separation of the gas-liquid flow in the separation zone.

Наиболее близким к описываемому по технической сущности и достигаемому результату является другой известный аппарат для проведения тепломассообменных процессов в системе газ - жидкость в прямоточном режиме, включающий вертикальный цилиндрический корпус, тарелку, в центре которой установлен контактный патрубок с переточными трубами, отражатель с лопатками, расположенный на верхнем торце контактного патрубка. В этом аппарате тарелка снабжена изогнутыми переточными трубами, верхние концы которых расположены на уровне нижнего торца патрубка, а тарелка установлена с наклоном по отношению к патрубку. Лопатки отражателя выступают за контактный патрубок на расстояние 0,25-0,4 диаметра его, при этом каждая лопатка заходит на 1/3 последующей при высоте лопаток 0,2-0,3 высоты патрубка. Это позволяет повысить эффективность тепломассообмена за счет расширения диапазона рабочих скоростей по газу и уменьшить брызгоунос (авт. свид. 839094, кл. В 01 D 3/26, публ. бюл. 45, 1986 г.). Closest to the described technical essence and the achieved result is another known apparatus for conducting heat and mass transfer processes in a gas-liquid system in a direct-flow mode, including a vertical cylindrical body, a plate, in the center of which there is a contact pipe with transfer pipes, a reflector with blades located on the upper end of the contact pipe. In this apparatus, the plate is equipped with curved transfer pipes, the upper ends of which are located at the level of the lower end of the nozzle, and the plate is installed with an inclination with respect to the nozzle. The blades of the reflector protrude beyond the contact nozzle at a distance of 0.25-0.4 of its diameter, with each blade entering 1/3 of the next at a height of the blades of 0.2-0.3 nozzle height. This makes it possible to increase the efficiency of heat and mass transfer by expanding the range of operating speeds for gas and to reduce splashing noise (ed. Certificate 839094, class B 01 D 3/26, publ. Bull. 45, 1986).

Однако данный аппарат обладает следующими недостатками. При использовании его в промышленных условиях, при сильно-сильно запыленных газах и загрязненных жидкостях, поступающих в больших количествах, происходит зарастание тарелки и переточных труб, что приводит к частым остановкам аппарата на чистку и соответственно снижается его эффективность. Кроме того, при промышленном использовании такого аппарата снижается эффективность тепломассообмена. However, this unit has the following disadvantages. When used in an industrial environment, with very heavily dusty gases and contaminated liquids entering in large quantities, the plate and transfer pipes overgrow, which leads to frequent stops of the unit for cleaning and, accordingly, its efficiency decreases. In addition, the industrial use of such an apparatus reduces the efficiency of heat and mass transfer.

Поставлена задача - создать аппарат, позволяющий повысить эффективность тепломассообмена при одновременном увеличении его надежности при использовании в многотоннажном производстве (например, в производстве минеральных удобрений). The task is to create an apparatus that allows to increase the efficiency of heat and mass transfer while increasing its reliability when used in large-tonnage production (for example, in the production of mineral fertilizers).

Поставленная задача решена в предложенной конструкции аппарата для проведения тепломассообменных процессов в системе газ - жидкость в прямоточном режиме, включающем вертикальный цилиндрический корпус, тарелку, в центре которой установлен контактный патрубок с переточными трубами, отражатель с лопатками, расположенный на верхнем торце контактного патрубка, в котором тарелка и переточные трубы выполнены горизонтальными. Переточные трубы установлены в нижней части контактного патрубка и выступают внутрь его. При этом соотношение диаметра контактного патрубка и его высоты составляет (0,8-1,5):1, а соотношение сечения контактного патрубка и суммарного сечения переточных труб - (10-20):1. Соотношение диаметра отражателя и длины хорды лопатки - (1,5-1,8):1. The problem is solved in the proposed design of the apparatus for conducting heat and mass transfer processes in a gas-liquid system in a straight-through mode, including a vertical cylindrical body, a plate in the center of which a contact pipe with transfer pipes, a reflector with blades located on the upper end of the contact pipe, in which plate and transfer pipes are horizontal. The transfer pipes are installed in the lower part of the contact pipe and protrude inside it. The ratio of the diameter of the contact pipe and its height is (0.8-1.5): 1, and the ratio of the cross section of the contact pipe and the total cross-section of the transfer pipes is (10-20): 1. The ratio of the diameter of the reflector and the length of the chord of the scapula is (1.5-1.8): 1.

Сущность способа заключается в следующем. Так как данный аппарат предназначен для многотоннажного производства, то соответственно в него поступают большие объемы сильнозагрязненных газов и жидкости. Следовательно, в нем не должно быть узлов и деталей, создающих застойные зоны. Горизонтальные переточные трубы и горизонтальная тарелка позволяют их избежать. При этом необходимо добиться не только снижения зарастания осадками аппарата, но и высокой его эффективности. Высокая эффективность обеспечивается при высокой плотности орошения в контактном патрубке, которая определяется суммарным сечением переточных труб. Наилучшие результаты по улавливанию аммиака и пыли были получены при условиях, когда отношение сечения контактного патрубка к суммарному сечению переточных труб находилось в интервале 10 -20. Отношение диаметра контактного патрубка к его высоте в пределах 0,8-1,5 обеспечивает высокотурбулизированный газожидкостной слой. The essence of the method is as follows. Since this unit is designed for large-tonnage production, accordingly, large volumes of heavily contaminated gases and liquids enter it. Consequently, it should not have nodes and parts that create stagnant zones. Horizontal overflow pipes and a horizontal plate allow to avoid them. At the same time, it is necessary to achieve not only a reduction in overgrowing by precipitation of the apparatus, but also its high efficiency. High efficiency is ensured with a high density of irrigation in the contact pipe, which is determined by the total cross-section of the transfer pipes. The best results in capturing ammonia and dust were obtained under conditions when the ratio of the cross section of the contact pipe to the total cross section of the transfer pipes was in the range of 10 -20. The ratio of the diameter of the contact pipe to its height in the range of 0.8-1.5 provides a highly turbulent gas-liquid layer.

Отношение диаметра отражателя к длине хорды лопатки, равное 1,5-1,8, обеспечивает наименьший брызгоунос из аппарата. Все предложенные параметры узлов аппарата были определены из проведенных исследований по массообмену. Результаты исследований приведены в табл.1-3. The ratio of the diameter of the reflector to the length of the chord of the scapula, equal to 1.5-1.8, provides the smallest spray out of the apparatus. All the proposed parameters of the apparatus nodes were determined from studies on mass transfer. The research results are given in table 1-3.

Из табл. 1 видно, что максимальная интенсивность массоотдачи контактной ступени наблюдается в диапазоне изменения отношения d/H от 0,8 до 1,5. При выходе за границы интервала коэффициенты массоотдачи падают, что можно объяснить снижением запаса жидкости в рабочей зоне. From the table. 1 shows that the maximum intensity of the mass transfer of the contact stage is observed in the range of changes in the ratio d / H from 0.8 to 1.5. When going beyond the boundaries of the interval, the mass transfer coefficients fall, which can be explained by a decrease in the liquid supply in the working area.

Из табл. 2 следует, что наибольшая интенсивность массообмена аппарата (20-21 1/с) соответствует такому сечению переточных труб, при котором отношение S_кп/S_тр составляет 10-20. Это объясняется оптимальными плотностью орошения и запасом жидкости в указанном диапазоне.From the table. 2 it follows that the greatest intensity of mass transfer of the apparatus (20-21 1 / s) corresponds to such a cross-section of the transfer pipes, in which the ratio S _CP / S _Tr is 10-20. This is explained by optimal irrigation density and liquid supply in the indicated range.

Табл. 3 показывает, что оптимальное соотношение диаметра отражателя к длине хорды лопатки, при котором наблюдается наименьший брызгоунос, составляет 1,5-1,8. Это связано с влиянием геометрии и длины лопатки на степень закручивания газожидкостного потока и брызгоунос. Tab. 3 shows that the optimal ratio of the diameter of the reflector to the length of the chord of the scapula, at which the smallest mudguard is observed, is 1.5-1.8. This is due to the influence of the geometry and length of the scapula on the degree of twisting of the gas-liquid flow and the spray nozzle.

На фиг.1 представлен продольный разрез предлагаемого аппарата; на фиг.2 - поперечный разрез по сечению А-А. Figure 1 presents a longitudinal section of the proposed apparatus; figure 2 is a cross section along section aa.

Аппарат включает вертикальный цилиндрический корпус 1, горизонтальную тарелку 2, в центре которой установлен контактный патрубок 3. На верхнем торце контактного патрубка расположен отражатель 4 с криволинейными лопатками 5. В контактном патрубке на уровне нижнего обреза закреплены горизонтальные переточные трубы 6. В корпусе имеются штуцера 7 и 8 для подвода и отвода газа, штуцера 9 и 10, 11 для подвода и отвода жидкости соответственно. The apparatus includes a vertical cylindrical body 1, a horizontal plate 2, in the center of which a contact pipe 3 is installed. At the upper end of the contact pipe there is a reflector 4 with curved blades 5. Horizontal transfer pipes 6 are fixed in the contact pipe at the bottom edge. and 8 for supplying and discharging gas, a fitting 9 and 10, 11 for supplying and discharging liquid, respectively.

Аппарат работает следующим образом. Газ поступает в цилиндрический корпус аппарата 1 через штуцер 7, проходит в контактный патрубок 3 и диспергирует жидкость, поступающую в контактный патрубок по переточным трубам 6. В контактном патрубке образуется пенный газожидкостной поток, который поднимается вверх, ударяется об отражатель 4 и проходит между лопатками 5, закручивается и отбрасывается к стенке корпуса. За счет центробежного эффекта закрученная жидкость сепарируется, стекает по стенке корпуса вниз и направляется повторно по переточным трубам 6 в контактный патрубок. Свежая жидкость поступает в аппарат через штуцер 9, отработанная жидкость сливается через переливочный штуцер по тарелке 2. Часть жидкости выводится через штуцер 11, газ выходит из аппарата через штуцер 8. The device operates as follows. Gas enters the cylindrical body of the apparatus 1 through the nozzle 7, passes into the contact pipe 3 and disperses the liquid entering the contact pipe through the transfer pipes 6. A foam gas-liquid flow is formed in the contact pipe, which rises, hits the reflector 4 and passes between the blades 5 , twists and is thrown to the wall of the body. Due to the centrifugal effect, the swirling liquid is separated, flows down the wall of the housing and is sent again via transfer pipes 6 to the contact pipe. Fresh liquid enters the apparatus through the nozzle 9, the spent liquid is discharged through the overflow nozzle on the plate 2. A part of the liquid is discharged through the nozzle 11, the gas leaves the apparatus through the nozzle 8.

Claims

1. Apparatus for carrying out heat and mass transfer processes in a gas-liquid system in a straight-through mode, including a vertical cylindrical body, a plate in the center of which a contact pipe with transfer pipes, a reflector with blades located on the upper end of the contact pipe, characterized in that the plate and the transfer pipes are horizontal, the transfer pipes are installed in the lower part of the contact pipe and protrude inside it, while the ratio of the diameter of the contact pipe and its height is S THE (0.8-1.5): 1, and the ratio of the cross section of the contact tube and the total sectional downcomers - (10-20): 1.

2. The apparatus according to claim 1, characterized in that the ratio of the diameter of the reflector and the length of the chord of the blade is (1.5-1.8): 1.