RU2379096C2 - Horizontal disc-shaped heat- and mass-transfer apparatus - Google Patents

Horizontal disc-shaped heat- and mass-transfer apparatus Download PDF

Info

Publication number
RU2379096C2
RU2379096C2 RU2008102410/15A RU2008102410A RU2379096C2 RU 2379096 C2 RU2379096 C2 RU 2379096C2 RU 2008102410/15 A RU2008102410/15 A RU 2008102410/15A RU 2008102410 A RU2008102410 A RU 2008102410A RU 2379096 C2 RU2379096 C2 RU 2379096C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
contact
disks
corrugations
channels
packages
Prior art date
Application number
RU2008102410/15A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2008102410A (en
Inventor
Владимир Иванович Бердников (RU)
Владимир Иванович Бердников
Дмитрий Владимирович Бердников (RU)
Дмитрий Владимирович Бердников
Original Assignee
Владимир Иванович Бердников
Дмитрий Владимирович Бердников
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Владимир Иванович Бердников, Дмитрий Владимирович Бердников filed Critical Владимир Иванович Бердников
Priority to RU2008102410/15A priority Critical patent/RU2379096C2/en
Publication of RU2008102410A publication Critical patent/RU2008102410A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2379096C2 publication Critical patent/RU2379096C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Centrifugal Separators (AREA)

Abstract

FIELD: production processes.
SUBSTANCE: invention refers to processes and apparatus of chemical machine industry and may be used in power, petroleum, chemical, food industry and other branches of industry. Apparatus contains cylindrical body with bottoms, in its upper part tubes for gas delivery and extraction are installed, and in its lower part - tubes for delivery and extraction of liquid. Apparatus is provided with circular baffles forming sections with external annular channels, longitudinal shaft and also with transverse solid and circular contact discs (CCD) installed on shaft in alignment to it, these discs are installed with clearance in relation to solid discs, shaft and each other and are partially submerged in liquid, and they form contact packages with central axial channels in them. Circular baffles are rigidly fixed in relation to each other and to body, at that solid contact discs are fixed on shaft together with circular contact discs and with installed between them opposite to circular baffles separatory contact discs forming together rotor of circular contact discs which is installed in body with minimal clearance in relation to surfaces of central holes of circular baffles. Side surfaces of circular contact discs, between which gas-vapor mixture (GVM) flows from central axial channels to external annular channels, are provided with corrugations which form profile of channels of centrifugal contact packages. Profile of corrugations on circular contact discs, along which flow of gas-vapor mixture is directed from external annular channels to central axial channels, is designed analogous to profile forming system of corrugations on contact discs of centrifugal contact packages, and circular contact discs are installed in rotor in such a way, with respect to circular contact discs of centrifugal contact packages, that they form centripetal contact packages.
EFFECT: structure of heat- and mass-transfer apparatus allows to provide high effectiveness of its production, assembling and disassembling, to increase operating characteristics and to improve process efficiency.
11 cl, 11 dwg

Description

Изобретение относится к процессам и аппаратам химического машиностроения и может быть использовано в энергетической, нефтегазовой, химической, пищевой и других отраслях промышленности для мокрой очистки газов, абсорбции, ректификации (перегонки) и т.п. процессов в системе газ - жидкость.The invention relates to processes and apparatuses of chemical engineering and can be used in the energy, oil and gas, chemical, food and 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.Н.Плановский, П.И.Николаев. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии. М., Химия, 1972, с.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.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.N. Planovsky , P. I. Nikolayev. Processes and Apparatuses of Chemical and Petrochemical Technology. M., Chemistry, 1972, p. 322, 323, 329-331, 373). 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.

Известны тепло-массообменные аппараты (ТМОА) 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. св. СССР 262096, кл. В01J 8/10, 1970 г.; Авт. св. СССР 971437, кл. В01D 45/18, 1981 г.) 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.Heat and mass transfer apparatuses (TMOA) are known containing 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 installed in the housing with disks partially immersed in a liquid that is equipped with a drive for rotation (see Aut St. USSR 262096, class B01J 8/10, 1970; Aut. St. USSR 971437, class B01D 45/18, 1981) In this case, the implementation of disks in the form of grids or blades ensures axial gas flow with high enough speed, but does not allow to significantly develop on top contact phase.

Близким к изобретению является механический пленочный тепломассообменный аппарат (см. В.М.Рамм. Абсорбция газов. М.: Химия 1976 г., стр.321-322), содержащий цилиндрический корпус, снабженный разделительными кольцевыми перегородками, образующими секции. 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 и друг друга. 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 проток, а в нижней части - жидкостный проток, что в принципе позволяет эффективно использовать его для тепломассообменных процессов, требующих протяженного контакта газа с пленкой жидкости.Close to the invention is a mechanical film heat and mass transfer apparatus (see V. M. Ramm. Gas Absorption. M .: Chemistry 1976, pp. 321-322), containing a cylindrical body equipped with dividing annular partitions forming sections. In each section, a solid disk is fixed on the shaft, to each of which packets of ring contact disks are mounted on each side, installed with a gap relative to the housing, shaft and each other. 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 apparatus forms a zigzag radial-axial gas duct in the upper part of the body, and a liquid duct in the lower part, which, in principle, makes it possible to use it effectively for heat and mass transfer processes that require extended contact of the gas with a liquid film.

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

Так, с точки зрения повышения эффективности процесса тепло- и массообмена, в аппаратах данного типа необходимо обеспечение минимальных осевых зазоров между крайними (в пакетах) кольцевыми контактными дисками и неучаствующими в процессе тепло- и массообмена разделительными кольцевыми перегородками (так как последние закреплены (вварены) в корпусе и их поверхность не смачивается жидкостью), т.е. величина этих зазоров должна быть не более величины оптимальных зазоров между кольцевыми контактными дисками. Вместе с тем, с точки зрения обеспечения технологичности изготовления и сборки таких аппаратов и их эксплуатации, как показывает практика, при установке, как правило 10-16 разделительных кольцевых перегородок, часть этих зазоров оказывается в 1,5-2 раза больше величины оптимальных зазоров между кольцевыми контактными дисками, что в свою очередь приводит к перетеканию части газа по этим "технологическим" зазорам, минуя процесс массообмена на контактных дисках и, как следствие, к снижению эффективности данных аппаратов.So, from the point of view of increasing the efficiency of the process of heat and mass transfer, in devices of this type it is necessary to ensure minimum axial gaps between the extreme (in packages) ring contact disks and the dividing ring partitions that are not involved in the process of heat and mass transfer (since the latter are fixed (welded) in the housing and their surface is not wetted by liquid), i.e. the size of these gaps should be no more than the value of the optimal gaps between the annular contact disks. At the same time, from the point of view of ensuring the manufacturability and manufacture of such devices and their operation, as practice shows, when installing, as a rule, 10-16 separation ring partitions, part of these gaps is 1.5-2 times greater than the optimal gaps between ring contact disks, which in turn leads to the flow of part of the gas through these "technological" gaps, bypassing the mass transfer process on the contact disks and, as a result, to a decrease in the efficiency of these devices.

Существенным недостатком таких аппаратов является и их конструктивная сложность, низкая технологичность изготовления и сборки, вызванные проблемами высокой точности изготовления продольно разрезных корпусов, установки и точной фиксации относительно друг друга разделительных перегородок и установки вала с пакетами кольцевых контактных дисков (с заданными осевыми зазорами относительно разделительных перегородок с учетом погрешностей изготовления и сборки), что ведет к увеличению их габаритов, массы конструкции и стоимости (на 60-200%) вплоть до потери их конкурентоспособности.A significant drawback of such devices is their structural complexity, low manufacturability and assembly, caused by problems of high precision manufacturing of longitudinally split housings, installation and precise fixation of separation partitions relative to each other, and installation of a shaft with packages of annular contact disks (with predetermined axial clearances relative to separation partitions taking into account manufacturing and assembly errors), which leads to an increase in their dimensions, design mass and cost (by 60-200%) in flesh before losing their competitiveness.

Близким к предлагаемому изобретению следует отнести тепло- и массообменный аппарат (прототип - патент РФ №2200054, кл. В01D 53/18, 47/18 от 19.12.01 г.), содержащий корпус, состоящий из цилиндрической части корпуса и днищ с, как минимум, одним фланцевым соединением, в верхней части которых установлены патрубки для подвода и отвода газа, а в нижней - патрубки для подвода и отвода жидкости, снабженный набором разделительных кольцевых перегородок, установленных между цилиндрическими вставками, скрепленных между собой с внутренней стороны цилиндрических вставок продольными шпильками, закрепленными с одной стороны в крайней разделительной кольцевой перегородке набора, а с другой - во фланце корпуса, и образующих секции, в каждой из которых на вращающемся валу установлен сплошной диск, на боках которого закреплены пакеты кольцевых контактных дисков, установленные с зазором относительно цилиндрических вставок, вала, друг друга и разделительных кольцевых перегородок и образующих контактные пакеты, которые частично погружены в жидкость и которые совместно с цилиндрическими вставками и разделительными кольцевыми перегородками формируют зигзагообразное радиально-осевое, последовательно-параллельное течение потока газа по проточной части аппарата.Close to the present invention should include heat and mass transfer apparatus (prototype - RF patent No. 2200054, CL B01D 53/18, 47/18 of 12/19/01), containing a housing consisting of a cylindrical part of the housing and bottoms with, as at least one flange connection, 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 installed between cylindrical inserts, fastened to each other on the inside of wok with longitudinal studs, fixed on one side in the extreme separation ring partition of the set, and on the other, in the flange of the housing, and forming sections, in each of which a solid disk is installed on the rotating shaft, on the sides of which are fixed packets of ring contact disks installed with a gap relative to the cylindrical inserts, the shaft, each other and the annular partition walls and forming contact packages that are partially immersed in the liquid and which together with the cylindrical inserts and the section -inflammatory annular partitions formed radially zigzag-axial, series-parallel flow of the gas stream through the flow of the apparatus.

Данный ТМОА обладает всеми выше приведенными достоинствами, присущими горизонтальным дисковым тепломассообменным аппаратам (ГДТМОА).This TMOA has all the above advantages inherent in horizontal disk heat and mass transfer devices (GDTMOA).

Недостатками данного аппарата, как показала практика, являются:The disadvantages of this device, as practice has shown, are:

- низкая технологичность и трудоемкость изготовления высокоточных цилиндрических вставок (по ширине и чистоте обработки торцевых поверхностей) между разделительными кольцевыми перегородками;- low manufacturability and the complexity of manufacturing high-precision cylindrical inserts (in width and purity of the processing of the end surfaces) between the dividing ring partitions;

- сложность совмещения и уплотнения отверстий в цилиндрических вставках (бандажах) с отверстиями в корпусе для подвода и отбора разделяемых однородных жидких смесей из соответствующих секций. Это связано с необходимостью обеспечения двойного герметичного соединения штуцеров как с внешним корпусом, так и с отверстиями в цилиндрических вставках (бандажах), образующих внутренние стенки секций, как следствия сложности обеспечения соосности данных отверстий при их сборке (переборке).- the difficulty of combining and sealing holes in cylindrical inserts (bandages) with holes in the housing for supplying and selecting shared homogeneous liquid mixtures from the corresponding sections. This is due to the need to ensure double tight connection of the fittings both with the outer casing and with the holes in the cylindrical inserts (bandages) that form the inner walls of the sections, as a consequence of the difficulty of ensuring the alignment of these holes during their assembly (bulkhead).

Кроме того, наличие застойных зон между основным корпусом и внутренним корпусом, образованных выступающими частями разделительных кольцевых перегородок относительно цилиндрических вставок и бандажами, создает проблемы при получении особо чистых компонентов или пищевых продуктов, а в комплексе - приводит к ограничению областей их применения, снижению эксплуатационных свойств аппаратов, технологичности их изготовления и увеличению стоимости ГДТМОА.In addition, the presence of stagnant zones between the main body and the inner case, formed by the protruding parts of the separation ring partitions relative to the cylindrical inserts and bandages, creates problems in the production of highly pure components or food products, and when combined, it leads to a limitation of their application, lower performance devices, the manufacturability of their manufacture and the increase in the value of GDTMAA.

К недостаткам этой схемы ГДТМОА следует отнести и отсутствие возможности объективного контроля зазоров между крайними дисками контактных пакетов и разделительными кольцевыми перегородками в ходе их сборки, так как бандажи перекрывают доступ для инструментального измерения зазоров после затягивания шпилек. Это обстоятельство потребовало введения технологических бандажей с "окнами" для предварительной сборки с проведением инструментального контроля, так как обеспечение гарантированного зазора необходимо при работе данных аппаратов во взрывоопасных средах, с целью исключения возможности искрообразования при контакте вращающихся дисков с неподвижными разделительными кольцевыми перегородками.The disadvantages of this scheme are the lack of objective control of the gaps between the extreme disks of the contact packets and the separation ring partitions during their assembly, since the bandages block access for instrumental measurement of the gaps after tightening the studs. This circumstance required the introduction of technological bandages with “windows” for pre-assembly with instrumental control, since ensuring a guaranteed clearance is necessary when operating these devices in explosive atmospheres, in order to exclude the possibility of sparking when rotating disks come in contact with stationary annular partition walls.

Наиболее близким к изобретению является тепло- и массообменный аппарат (см. патент РФ №2152245, класс С1, от 10.07.2000 г.), содержащий цилиндрический корпус, в верхней части которого установлены патрубки для подвода и отвода газа, а в нижней - патрубки для подвода и отвода жидкости. Аппарат снабжен вращающимся валом с установленными на нем соосно с корпусом и валом последовательно чередующимися поперечными сплошными дисками и разделительными кольцевыми перегородками с установленными по их внешнему диаметру газодинамическими, гидродинамическими или контактными уплотнениями. Между сплошными контактными дисками и разделительными перегородками установлены соосно им контактные пакеты (КП), состоящие из кольцевых контактных дисков, установленных с зазором относительно корпуса, вала и друг друга и частично погруженные в жидкость и которые совместно формируют зигзагообразное радиально-осевое, последовательно-параллельное течение потоков газа и жидкости. Вал со сплошными контактными дисками, разделительными перегородками и контактными дисками образуют ротор контактных дисков. При этом процесс тепло- и массообмена проводят при контактном взаимодействии потока газа с пленкой жидкости, формирующейся на поверхности вращающихся дисков в условиях безотрывного течения пленки жидкости.Closest to the invention is a heat and mass transfer apparatus (see RF patent No. 2152245, class C1, dated July 10, 2000), containing a cylindrical body, in the upper part of which there are pipes for supplying and discharging gas, and in the bottom - pipes for supply and drainage of liquid. The apparatus is equipped with a rotating shaft with coaxially mounted transverse solid disks and dividing ring partitions sequentially mounted on it coaxially with the body and shaft with gas-dynamic, hydrodynamic or contact seals installed on their outer diameter. Between the continuous contact disks and the separation walls, coaxial contact packages (CP) are installed, consisting of annular contact disks installed with a gap relative to the housing, shaft and each other and partially immersed in the liquid and which together form a zigzag radial-axial, sequentially parallel flow gas and liquid flows. A shaft with solid contact disks, dividing walls and contact disks form a rotor of contact disks. In this case, the process of heat and mass transfer is carried out during the contact interaction of the gas stream with a liquid film that forms on the surface of the rotating disks under the conditions of a continuous flow of the liquid film.

Данное устройство аппарата позволяет увеличить поверхность эффективного контактного взаимодействия газа с пленкой жидкости (за счет вращения и разделительных кольцевых перегородок), обеспечивает возможность организации более интенсивных процессов тепло- и массообмена и, как следствие, существенно более высокую эффективность проведения различных процессов тепло- и массообмена в широком диапазоне сочетания режимных параметров и теплофизических свойств взаимодействующих сред (газа и жидкости), при безотрывном течении пленки жидкости (абсорбция, ректификация, газоочистка) в горизонтальных аппаратах с вращающимися дисками. Кроме того, данная конструкция аппарата обеспечивает наименьшие габаритные и массовые характеристики при высокой технологичности их изготовления и самой низкой стоимости по сравнению с другими известными аппаратами данного класса.This device allows you to increase the surface of the effective contact interaction of gas with a liquid film (due to rotation and dividing annular partitions), provides the ability to organize more intense processes of heat and mass transfer and, as a result, significantly higher efficiency of various processes of heat and mass transfer in a wide range of combination of operating parameters and thermophysical properties of interacting media (gas and liquid), with a continuous flow of a liquid film (absorption, rectification, gas purification) in horizontal devices with rotating disks. In addition, this design of the apparatus provides the smallest overall and mass characteristics with high manufacturability and the lowest cost in comparison with other known devices of this class.

Вместе с тем, как показал опыт создания и эксплуатации установок по данному патенту, данные установки имеют и ряд недостатков, к которым следует отнести:At the same time, as experience in the creation and operation of installations for this patent has shown, these installations have a number of disadvantages, which include:

а) ограниченный удельный расход по абсорбенту, так как с увеличением частоты вращения КП проток абсорбента через аппарат снижается, что накладывает ограничения на частоту вращения КП (до -40-50 об/мин);a) a limited specific consumption for the absorbent, since with an increase in the rotational speed of the KP, the flow of absorbent through the apparatus decreases, which imposes restrictions on the rotational speed of the KP (to -40-50 rpm);

б) увеличение гидравлического сопротивления по рабочему тракту (до 80-140 мм вод. ст.) с увеличением частоты вращения КП, что нежелательно применительно к системам улавливания паров легкокипящих фракций на эстакадах перевалки бензинов и т.п.;b) an increase in hydraulic resistance along the working path (up to 80-140 mm water column) with an increase in the rotational speed of the gearbox, which is undesirable with respect to systems for trapping vapors of low-boiling fractions on gasoline transshipment racks, etc .;

г) при изготовлении аппаратов большой производительности (при диаметрах более 400 мм) возникают трудности обеспечения требуемой точности изготовления цилиндрической части корпуса из-за сложности устранения эллипсности тонкостенных корпусов и обеспечения их соосности с блоком подшипников (для установки вала с контактными пакетами), что автоматически приводит либо к увеличению зазоров между корпусом и лабиринтными уплотнениями по внешнему диаметру разделительных кольцевых перегородок и, как следствие, снижению эффективности данных устройств, либо к увеличению массы корпуса за счет увеличения его толщины (припуска на обработку) и, соответственно, росту его массы, что крайне нежелательно при изготовлении установок большого диаметра из дорогих нержавеющих сталей. Кроме того, обработка внутренней поверхности корпусов большого диаметра и длины требует специального, дорогостоящего оборудования.d) in the manufacture of high-capacity devices (with diameters of more than 400 mm), difficulties arise in ensuring the required accuracy of manufacturing the cylindrical part of the housing due to the difficulty of eliminating the ellipse of thin-walled housings and ensuring their alignment with the bearing block (for installing a shaft with contact bags), which automatically leads or to increase the gaps between the housing and the labyrinth seals along the outer diameter of the annular partition walls and, as a result, reduce the efficiency of these devices roystv or to increase body weight by increasing its thickness (processing allowance), and, accordingly, an increase in its weight, which is highly undesirable in the production plants of large diameter of the expensive stainless steels. In addition, the processing of the inner surface of large diameter casings and lengths requires special, expensive equipment.

Учитывая, что в настоящее время на предприятиях химического машиностроения, пищевой и др. отраслей промышленности до 60% тепломассообменного оборудования выработало свой ресурс и что только 0,5% АЭС и нефтебаз и т.п. оснащены системами улавливания паров углеводородов, а также то, что «ниша» на ТМОА средней и малой производительности практически не заполнена, актуальность создания высокопроизводительных компактных установок данного класса становится очевидной.Considering that at present at the enterprises of chemical engineering, food and other industries up to 60% of heat and mass transfer equipment has exhausted its life and that only 0.5% of nuclear power plants and oil depots, etc. equipped with hydrocarbon vapor recovery systems, as well as the fact that the “niche” at the medium and low productivity solid-state air mass media is practically empty, the relevance of creating high-performance compact plants of this class becomes obvious.

Настоящее изобретение направлено на создание более эффективного, дешевого и компактного горизонтального дискового тепло- и массообменного аппарата для решения, преимущественно, задач абсорбции, десорбции, концентрации и массообмена, обеспечивающего равномерное и более интенсивное протекание процессов тепло- и массообмена на всех КД с одновременной прокачкой ПГС по рабочему тракту ГДТМОА при увеличении эффективности (КПД) контактных дисков, снижения потерь на перетекание ПГС по "технологическим" зазорам, минуя процесс массообмена на контактных дисках, а также направлено на снижение толщины и массы корпуса и элементов конструкции ГДТМОА, повышение технологичности изготовления и уменьшения времени сборки ГДТМОА.The present invention is directed to the creation of a more efficient, cheap and compact horizontal disk heat and mass transfer apparatus for solving, primarily, the problems of absorption, desorption, concentration and mass transfer, providing a uniform and more intense flow of heat and mass transfer on all CDs with simultaneous pumping of ASG along the working path of the GDTMOA with an increase in the efficiency (Efficiency) of contact disks, reduction of losses due to overflow of ASG along the “technological” gaps, bypassing the mass transfer process to ontact disks, and is also aimed at reducing the thickness and weight of the housing and structural elements of the GDTMOA, increasing the manufacturability of manufacturing and reducing the assembly time of the GDTMOA.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в горизонтальном дисковом тепломассообменном аппарате (ГДТМОА), содержащем цилиндрический корпус, в верхней части которого установлены патрубки для подвода и отвода газа, а в нижней - патрубки для подвода и отвода жидкости, снабженный разделительными кольцевыми перегородками, образующими секции с внешними кольцевыми каналами, продольный вал, установленный с возможностью вращения в блоках подшипников с уплотнениями в днищах корпуса, а также установленными на валу и соосно ему поперечными сплошными и кольцевыми контактными дисками, которые установлены с зазором относительно сплошных дисков, вала и друг друга и частично погруженными в жидкость, которые образуют контактные пакеты с центральными осевыми каналами, согласно изобретению разделительные кольцевые перегородки жестко закреплены относительно друг друга и корпуса распорными трубками, установленными на продольных шпильках, которые закреплены в корпусе, при этом сплошные контактные диски закреплены на валу совместно с контактными дисками и установленными между ними напротив разделительных кольцевых перегородок разделительными контактными дисками, образующими совместно ротор контактных дисков, который установлен в корпусе соосно разделительным кольцевым перегородкам с минимальным зазором относительно поверхностей их центральных отверстий, при этом на боковых поверхностях контактных дисков выполнены гофры, причем гофры, выполненные на контактных дисках, между которыми ПГС протекает от центральных осевых каналов к внешним кольцевым каналам, формируют профиль каналов течения ПГС между КД, подобный профилю каналов центробежных насосов, а эти КД образуют центробежные контактные пакеты, при этом сплошные, кольцевые и разделительные контактные диски совместно с разделительными кольцевыми перегородками и корпусом формируют зигзагообразное, радиально-осевое, последовательно-параллельное течение потоков газа и жидкости.The solution to this problem is provided by the fact that in a horizontal disk heat and mass transfer apparatus (GDTMOA) 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 pipes for supplying and discharging liquid, equipped with dividing ring partitions forming sections with external annular channels, a longitudinal shaft mounted for rotation in bearing blocks with seals in the ends of the housing, as well as mounted on the shaft and transverse to it solid and annular contact disks, which are installed with a gap relative to the solid disks, the shaft and each other and partially immersed in the liquid, which form contact packages with central axial channels, according to the invention, the separation ring partitions are rigidly fixed relative to each other and the housing by spacer tubes installed on the longitudinal studs that are fixed in the housing, while the solid contact disks are mounted on the shaft together with the contact disks and installed between opposite the dividing annular partitions, they have dividing contact disks, which together form the rotor of the contact disks, which is installed in the housing coaxially with the dividing annular partitions with a minimum clearance relative to the surfaces of their central holes, while corrugations are made on the lateral surfaces of the contact disks, and the corrugations made on the contact disks between which the ASG flows from the central axial channels to the outer annular channels, form a channel profile of the ASG flow between K Similar profile channels of the centrifugal pump and the centrifugal contact KD form packages, the continuous, annular contact disks and spacer together with dividing septa ring and the housing are formed zigzag, radial-axial, series-parallel flow of the gas and liquid flows.

Заявленное конструктивное выполнение тепломассообменных аппаратов, по сравнению с прототипом, позволяет:The claimed constructive implementation of heat and mass transfer apparatuses, in comparison with the prototype, allows you to:

- уменьшить перетекание газа и жидкости по "технологическим" зазорам между секциями: по зазору между корпусом и разделительными кольцевыми перегородками в 3÷5 раз и в 2-3 раза по зазору между разделительными контактными дисками ротора и разделительными кольцевыми перегородками;- to reduce the flow of gas and liquid along the “technological” gaps between the sections: by a gap between the housing and the separation ring partitions by 3–5 times and by 2-3 times the gap between the separation contact disks of the rotor and the separation ring partitions;

- обеспечить одновременность процессов тепло- и массообмена на всех КД с одновременной (принудительной) центробежной прокачкой ПГС по рабочему тракту ГДТМОА (при увеличении эффективности (КПД) контактных элементов, т.е. контактных дисков);- ensure the simultaneous processes of heat and mass transfer on all CDs with simultaneous (forced) centrifugal pumping of ASG along the working path of the GDTMOA (with an increase in the efficiency (Efficiency) of contact elements, i.e. contact disks);

- резко упростить технологию изготовления и сборки ротора контактных пакетов и всего ТМОА;- dramatically simplify the manufacturing and assembly technology of the rotor of contact bags and the entire TMOA;

- уменьшить массу и стоимость ТМОА на 10-20%, а время их изготовления - на 30-40%.- to reduce the mass and cost of TMOA by 10-20%, and the time of their manufacture - by 30-40%.

Целесообразно гофры на КД выполнить прерывистыми, при этом расстояние (L) между гофрами, формирующими профили каналов течения ПГС между КД, не должно превышать 3-кратной величины зазора (Н) между КД.It is advisable that the corrugations on the CD be discontinuous, while the distance (L) between the corrugations forming the profiles of the ASG flow channels between the CD should not exceed 3 times the gap (N) between the CD.

Выполнение гофр прерывистыми или в виде системы ячеек позволяет достигнуть оптимальной турбулентности потока ПГС, обеспечить требуемый захват (подъем) жидкости на контактные диски (без «захлебывания» сечений каналов течения ПГС) при заданной частоте вращения ротора и, тем самым, обеспечить максимум интенсивности процессов тепло- и массообмена на контактных дисках (и их КПД) без существенного снижения эффективности центробежных пакетов, как низконапорных вентиляторов для прокачки ПГС.The implementation of the corrugations as discontinuous or in the form of a system of cells allows us to achieve optimal turbulence of the ASG flow, to provide the required capture (rise) of liquid on the contact disks (without “choking” the sections of the ASG flow channels) at a given rotor speed and, thus, to ensure maximum heat intensity of the processes - and mass transfer on contact disks (and their efficiency) without a significant decrease in the efficiency of centrifugal packages, as low-pressure fans for pumping ASG.

Целесообразно профиль (систему) гофр на КД, по которым течение ПГС направлено от внешних кольцевых каналов к центральным осевым каналам, выполнять аналогично профилю, образованному системой гофр на контактных дисках центробежных контактных пакетов, а сами контактные диски устанавливать в роторе обратной стороной по отношению к центробежным КП.It is advisable that the corrugation profile (system) on the CD along which the ASG flow is directed from the external annular channels to the central axial channels be performed similarly to the profile formed by the corrugation system on the contact disks of the centrifugal contact packets, and the contact disks themselves should be installed in the rotor with the reverse side to the centrifugal KP.

Выполнение профиля (системы) гофр на КД, по которым осуществляется течение ПГС от внешних кольцевых каналов к центральным осевым каналам, аналогично профилю системы гофр на контактных дисках, образующих центробежные контактные пакеты, с установкой контактных дисков в роторе обратной стороной по отношению к центробежным КП позволяет увеличить интенсивность процессов тепло- и массообмена на этих КД с усилением эффекта прокачки ПГС по рабочему тракту ГДТМОА за счет (принудительного) проталкивания гофрами (аналогами лопаток) захваченной ПГС из междисковой области в центральный осевой канал, особенно на участке погружения гофр КД в жидкость. Контактные диски с такой системой гофр образуют центростремительные контактные пакеты.The execution of the corrugation profile (system) on the CD along which the ASG flow from the external annular channels to the central axial channels is carried out, similar to the profile of the corrugation system on the contact disks forming centrifugal contact packets, with the contact disks in the rotor being installed with the reverse side in relation to the centrifugal gearbox to increase the intensity of heat and mass transfer processes on these CDs with an increase in the effect of pumping ASG along the working path of the GDTMOA due to the (forced) pushing of the captured P by corrugations (analogs of the blades) With interdisk region of the central axial bore, particularly in the area of corrugations KD immersion in liquid. Contact disks with such a corrugation system form centripetal contact packets.

Целесообразно более 70% гофр на соседних КД в каждом контактном пакете выполнять эквидистантными.It is advisable that more than 70% of the corrugations on adjacent CDs in each contact package are equidistant.

Выполнение более 70% гофр на соседних КД эквидистантными позволяет достигнуть оптимальной турбулентности ПГС без существенного увеличения гидравлического сопротивления между КД при сохранении эффективности центробежных пакетов как низконапорных вентиляторов для прокачки ПГС, использовать минимальное количество штампов (от двух) для изготовления всех гофр на КД.Performing more than 70% of the corrugations at equidistant CDs allows us to achieve optimal ASG turbulence without a significant increase in hydraulic resistance between the CDs while maintaining the efficiency of centrifugal bags as low-pressure fans for pumping ASGs, and use the minimum number of dies (from two) for the manufacture of all corrugations on the CDs.

Целесообразно, чтобы высота гофр составляла не более половины величины зазора между контактными дисками, а ширина (диаметр) основания гофр составляла не более 2-кратной величины зазора (Н) между КД.It is advisable that the height of the corrugations was not more than half the size of the gap between the contact disks, and the width (diameter) of the base of the corrugations was not more than 2 times the size of the gap (H) between the CD.

Выполнение гофр с геометрическими характеристиками, не превышающими указанных относительных размеров, позволяет избежать (при вращении КД) избыточного захвата жидкости, режимов «захлебывания» и каплепереноса при удовлетворительной производительности по прокачке ПГС по рабочему тракту.The implementation of the corrugations with geometric characteristics not exceeding the indicated relative sizes, allows you to avoid (when rotating the CD) excessive fluid capture, “flooding” and droplet transfer modes with satisfactory performance for pumping ASG along the working path.

Целесообразно высоту гофр, их ширину (диаметр) и их количество на контактных дисках пакетов, по которым протекает ПГС от внешних кольцевых каналов к центральным осевым каналам, выполнять меньшей(-им), чем на КД центробежных пакетов.It is advisable that the height of the corrugations, their width (diameter) and their number on the contact disks of the packages through which the CBC flows from the external annular channels to the central axial channels, be less (than) than on the CD of centrifugal packages.

Это объясняется тем, что напор ПГС, получаемый на центробежных пакетах, и их эффективность, как системы прокачки ПГС (аналогов системы последовательно установленных низконапорных вентиляторов - водокольцевых насосов), существенно выше, чем на (центростремительных) пакетах, по которым ПГС протекает от внешних кольцевых каналов к центральным осевым каналам. В связи с этим роль гофр на них сводится, в основном, к функции увеличения турбулентности потока ПГС и увеличению захвата жидкости и, попутно, как системе прокачки ПГС, что позволяет скомпенсировать гидравлическое сопротивление ПГС по рабочему тракту при вращении ротора и, соответственно, уменьшить энергетические затраты на его вращение на 15-25%.This is explained by the fact that the ASG pressure obtained on centrifugal bags and their efficiency as pumping systems for ASGs (analogues of a system of sequentially installed low-pressure fans - liquid ring pumps) are significantly higher than on (centripetal) bags through which ASG flows from external ring channels to the central axial channels. In this regard, the role of the corrugations on them is reduced mainly to the function of increasing the turbulence of the ASG flow and increasing the liquid entrainment and, simultaneously, as the ASG pumping system, which makes it possible to compensate the hydraulic resistance of the ASG along the working path during rotor rotation and, accordingly, reduce energy the cost of its rotation by 15-25%.

Целесообразно на распорных трубках между разделительными кольцевыми перегородками в секциях установить лопатки направляющего аппарата.It is advisable to install vanes of the guide apparatus on the spacer tubes between the dividing annular partitions in the sections.

Установка лопаток направляющего аппарата на распорных трубках в секциях между разделительными кольцевыми перегородками позволяет решить следующие задачи:The installation of guide vanes on spacer tubes in sections between the dividing annular partitions allows us to solve the following problems:

- в жидкостном канале - блокировать тангенциальную закрутку жидкости в секциях, приводящую к резкому уменьшению осевого протока жидкости (абсорбента) вдоль аппарата и, тем самым, при необходимости, увеличить расход абсорбента через аппарат. Одновременно, за счет формирования волны от заторможенного потока, увеличивается поверхность смачивания дисков, а на выходе дисков из жидкости - блокируется избыточный вынос капель с поверхности КД при больших частотах вращения дисков (порядка 70-100 об/мин);- in the fluid channel - to block the tangential swirl of fluid in the sections, leading to a sharp decrease in the axial flow of fluid (absorbent) along the apparatus and, thereby, if necessary, increase the flow rate of absorbent through the apparatus. At the same time, due to the formation of a wave from an inhibited flow, the wetting surface of the disks increases, and at the outlet of the disks from the liquid, the excess removal of droplets from the CD surface is blocked at high rotational speeds of the disks (about 70-100 rpm);

- во внешнем кольцевом газовом канале лопатки выполняют функцию направляющего лопаточного аппарата, который может состоять из 2-6 лопаток, устанавливаемых, преимущественно, в зоне погружения дисков в жидкостный канал (при их вращении) и предназначенных для уменьшения потерь напора ПГС на входе в зазоры (центростремительных) контактных пакетов.- in the external annular gas channel, the blades perform the function of a guide vanes, which can consist of 2-6 blades installed mainly in the zone of immersion of the disks in the liquid channel (during their rotation) and designed to reduce the pressure loss of the ASG at the entrance to the gaps ( centripetal) contact packages.

Целесообразно напротив каждого сплошного контактного диска в ГДТМОА, в части жидкостного канала корпуса, установить дополнительные разделительные полукольцевые перегородки.It is advisable to install additional dividing semicircular partitions opposite to each continuous contact disk in GDTMOA, in the part of the liquid channel of the housing.

Установка дополнительных разделительных полукольцевых перегородок в ГДТМОА напротив каждого сплошного контактного диска позволяет в 2 раза увеличить число секций (ступеней разделения - аналогов тарелок в вертикальных ТМОА) и обеспечить более высокую степень разделения компонентов при меньшей длине ГДТМОА.The installation of additional dividing semicircular partitions in the GDTMOA opposite each continuous contact disk allows a 2-fold increase in the number of sections (separation stages - plate analogs in vertical TMAA) and to provide a higher degree of separation of components with a shorter GDTMAA length.

Целесообразно в горизонтальном дисковом тепло- и массообменном аппарате установить сплошные диски, контактные диски и разделительные контактные диски с зазором относительно друг друга с помощью распорных шайб, установленных между контактными дискам на продольные спицы.It is advisable to install solid disks, contact disks and separation contact disks in the horizontal disk heat and mass transfer apparatus with a gap relative to each other using spacers installed between the contact disks on the longitudinal spokes.

Такое конструктивное решение обеспечивает высокую жесткость ротора, технологичность изготовления и сборки ротора КП за счет использования стандартных калиброванных прутков и дешевых шайб требуемого сортамента, серийно выпускаемых промышленностью; позволяет увеличить длину ротора, т.е. увеличить число секций в одном блоке ГДТМОА.This design solution provides high rigidity of the rotor, the manufacturability of the manufacture and assembly of the rotor KP through the use of standard calibrated rods and cheap washers of the required range, commercially available from industry; allows to increase the length of the rotor, i.e. increase the number of sections in one block GDTMOA.

Целесообразно выполнять зазоры между сплошными дисками, контактными дисками и разделительными кольцевыми дисками за счет упора в симметрично выполненные на КД гофры, а жесткое соединение между собой обеспечивать за счет стягивания КД между собой с помощью продольных спиц.It is advisable to make gaps between the solid disks, contact disks, and separation ring disks due to the emphasis on the corrugations symmetrically made on the CD, and to provide a rigid connection between each other by tightening the CD between themselves using longitudinal knitting needles.

Такое конструктивное решение в неответственных изделиях (например, в абсорберах для очистки воздуха, дымных газов или улавливания аммиака из ПВС) обеспечивает возможность отказаться от распорных шайб, уменьшить массу ротора КП и его стоимость, резко сократить время на его сборку.Such a constructive solution in non-essential products (for example, in absorbers for purifying air, flue gases or trapping ammonia from PVA) provides the ability to refuse spacers, reduce the mass of the rotor of the gearbox and its cost, and dramatically reduce the time it takes to assemble it.

Целесообразно при проведении процесса абсорбции в нижней части разделительных дисков и дополнительных разделительных полукольцевых перегородках выполнить отверстия для протока абсорбента, а на распорных трубках между разделительными кольцевыми перегородками в секциях в жидкостном канале установить лопатки направляющего аппарата.It is advisable during the absorption process in the lower part of the separation discs and additional dividing semicircular partitions to make holes for the duct of the absorbent, and on the spacer tubes between the dividing ring partitions in the sections in the liquid channel to install the vanes of the guide apparatus.

Данное конструктивное решение обеспечивает в 2-10 раз большую пропускную способность абсорбента по жидкостному тракту ГДТМОА, что позволяет достигнуть более высокую степень улавливания различных паров и газов из ПГС в абсорбционных блоках без увеличения их габаритов.This design solution provides 2-10 times greater absorbent throughput through the GDTMOA liquid path, which allows to achieve a higher degree of capture of various vapors and gases from ASG in the absorption blocks without increasing their dimensions.

Таким образом, совокупность предложенных технических решений позволяет обеспечить более равномерный по всей длине ротора и интенсивный процесс тепло- и массообмена при контактном взаимодействии газа с пленкой жидкости (за счет обеспечения одинаковых зазоров между всеми КД, уменьшения потерь от перетекания сред между секциями и за счет введения гофр), увеличить поверхность эффективного контактного взаимодействия фаз (за счет обеспечения образования пленки жидкости и на вращающихся разделительных дисках), одновременную прокачку ПГС по рабочему тракту ГДТМОА (за счет введения системы последовательно установленных центробежных и центростремительных контактных пакетов) при увеличении эффективности (КПД) контактных элементов (контактных дисков) и, соответственно, эффективности проведения различных процессов тепло- и массообмена в широком диапазоне сочетания режимных параметров и теплофизических свойств взаимодействующих сред. Одновременно достигается высокая технологичность изготовления и сборки ротора и всего ГДТМОА.Thus, the totality of the proposed technical solutions makes it possible to provide a more uniform heat and mass transfer process along the entire length of the rotor during contact interaction of the gas with the liquid film (by ensuring the same gaps between all CDs, reducing losses from the flow of media between sections and due to the introduction of corrugation), to increase the surface of effective contact interaction of phases (by ensuring the formation of a liquid film on rotating spinning discs), simultaneous pumping of ASG by GDTMOA working path (due to the introduction of a system of sequentially installed centrifugal and centripetal contact packages) while increasing the efficiency (COP) of contact elements (contact disks) and, accordingly, the efficiency of various heat and mass transfer processes in a wide range of combination of operating parameters and thermal properties of interacting wednesday At the same time, high manufacturability of the manufacture and assembly of the rotor and the entire GDTMOA is achieved.

Данные ГДТМОА могут быть использованы в технологических схемах с разнообразными жидкими и газообразными веществами, например, при проведении процессов разделения компонентов (ректификации), массообмена, газоочистки, абсорбции паров углеводородов (фенола, формальдегида, бензина и т.п.) из паровоздушных смесей, вместо громоздких вертикальных колонн с высоким гидравлическим сопротивлением, выделения «жирных» газов из попутных нефтяных газов и т.д.GDTMOA data can be used in technological schemes with various liquid and gaseous substances, for example, during separation of components (rectification), mass transfer, gas purification, absorption of hydrocarbon vapors (phenol, formaldehyde, gasoline, etc.) from steam-air mixtures, instead bulky vertical columns with high hydraulic resistance, the release of "fatty" gases from associated petroleum gases, etc.

Принципиальная схема и особенности конструкции ГДТМОА приведены на чертежах. На фиг.1 схематично представлен общий вид ГДТМОА. На фиг.2 представлено сечение ГДТМОА (А-А, на фиг.1) с видом на разделительную кольцевую перегородку со стягивающими шпильками и контактный диск со тягивающими спицами. На фиг.3 схематично представлен фрагмент продольного сечения ГДТМОА с видом (В, на фиг.1) на КД с распорными шайбами и стягивающей спицей, разделительные кольцевые перегородки со стягивающей продольной шпилькой с установленной на ней распорной втулкой и закрепленной на ней направляющей лопаткой. На фиг.4 схематично представлены ротор контактных пакетов, установленный в съемном днище (а) и корпус ГДТМОА (б) в вертикальном положении для проведения их сборки, а также сечения С-С и Д-Д ротора и корпуса. На фиг.5 и 6 представлены поперечные сечения Б-Б и Ж-Ж ГДТМОА (см. фиг.1) в вариантах с непрерывными гофрами на КД (фиг.5) и прерывистыми гофрами (фиг.6) в варианте с направляющими лопатками. На фиг.7 (вид Е на фиг.1) схематично представлены варианты исполнения гофр на КД и варианты формирования зазоров - за счет упора в симметрично выполненные гофры (вариант 1), односторонние гофры (вариант 2) и распорные шайбы (вар. 3). На фиг.8 представлены поперечные сечения Б-Б и Ж-Ж ГДТМОА (см. фиг.1) в варианте с прерывистыми гофрами и в виде системы ячеек, а также варианты установки направляющих лопаток в жидкостном канале и по всему периметру кольцевого канала. На фиг.9 схематично представлены варианты (фрагменты) продольных сечений (Г-Г на фиг.1 по КП) исполнения гофр на КД и варианты контактных пакетов. На фиг.10 схематично представлен вариант (фрагмент продольного сечения (Е-Е на фиг.8 по КП) в исполнении ячеистых гофр на КД и вариант контактных пакетов). На фиг.11 представлена зависимость эффективности η контактного элемента от доли перепуска газа Дп между секциями по зазорам.Schematic diagram and design features GDTMOA shown in the drawings. Figure 1 schematically shows a General view of GDTMAA. Figure 2 presents the cross section GDTMAA (AA, figure 1) with a view of the dividing ring partition with tightening pins and a contact disk with pulling spokes. Figure 3 schematically shows a fragment of a longitudinal section of the GDTMAA with a view (B, in Figure 1) on a CD with spacer washers and a tightening spoke, dividing ring partitions with a pulling longitudinal pin with a spacer sleeve mounted on it and a guide blade fixed to it. Figure 4 schematically shows the rotor of the contact packages installed in the removable bottom (a) and the housing ГДТМОА (b) in the vertical position for assembly, as well as the cross section С-С and Д-Д of the rotor and the housing. Figures 5 and 6 show cross-sections B-B and MJ GDTMAA (see Fig. 1) in versions with continuous corrugations on the CD (Fig. 5) and intermittent corrugations (Fig. 6) in the embodiment with guide vanes. In Fig. 7 (view E in Fig. 1), diagrams of the corrugations on the CD and the formation of gaps are schematically presented due to the emphasis on symmetrically made corrugations (option 1), one-sided corrugations (option 2) and spacers (var. 3) . On Fig presents cross-sections BB and MJ GDTMOA (see figure 1) in the variant with discontinuous corrugations and in the form of a system of cells, as well as installation options for guide vanes in the liquid channel and around the perimeter of the annular channel. Figure 9 schematically presents options (fragments) of longitudinal sections (G-D in figure 1 by KP) of the corrugation design on CD and options for contact packages. Figure 10 schematically shows a variant (a fragment of a longitudinal section (EE in Fig. 8 in terms of KP) performed by cellular corrugations on a CD and a variant of contact packets). Figure 11 shows the dependence of the efficiency η of the contact element on the fraction of gas bypass D p between the gaps between the sections.

Горизонтальный дисковый тепло- и массообменный аппарат (см. фиг.1-10) содержит цилиндрический корпус 1, в верхней части которого установлены патрубки для подвода 2 и отвода газа 3, а в нижней - патрубки 4 и 5 соответственно для подвода и отвода жидкости, и снабжен разделительными кольцевыми перегородками 6, образующими секции 7, и съемным днищем 8, в котором с возможностью вращения установлен горизонтальный вал 9 с закрепленными на нем поперечными сплошными дисками 10 посредством, например, распорных втулок 11. Между сплошными контактными дисками (СКД) 10 жестко закреплены посредством стягивающих спиц 12 и распорных шайб 13 (см. фиг.2) контактные диски (КД) 14 и разделительные диски (РД) 15, которые вместе с валом образуют ротор контактных дисков (РКД) 16. КД 14 могут быть выполнены, например, гладкими, шероховатыми, гофрированными, перфорированными, ребристыми, сетчатыми и т.п.The horizontal disk heat and mass transfer apparatus (see FIGS. 1-10) contains a cylindrical housing 1, in the upper part of which there are pipes for supplying 2 and gas 3, and in the bottom - pipes 4 and 5, respectively, for supplying and removing liquid, and is equipped with dividing annular partitions 6, forming sections 7, and a removable bottom 8, in which the horizontal shaft 9 is mounted rotatably with transverse solid disks 10 fixed thereon by means of, for example, spacer sleeves 11. Between solid contact disks (C D) 10 are rigidly fixed by means of tightening knitting needles 12 and spacer washers 13 (see figure 2) contact disks (CD) 14 and separation discs (RD) 15, which together with the shaft form a rotor of contact disks (RKD) 16. KD 14 can be made, for example, smooth, rough, corrugated, perforated, ribbed, mesh, etc.

Разделительные кольцевые перегородки 6 жестко закреплены относительно друг друга и корпуса 1 распорными трубками 17, установленными на продольных шпильках 18, которые закреплены, например, во фланце 19 корпуса 1.The dividing annular partitions 6 are rigidly fixed relative to each other and the housing 1 by spacer tubes 17 mounted on the longitudinal studs 18, which are fixed, for example, in the flange 19 of the housing 1.

Ротор контактных дисков 16 установлен с возможностью вращения в блоках подшипников с уплотнениями 20 в съемном днище 8 и (эллиптическом) днище 22 корпуса соосно разделительным кольцевым перегородкам с минимальным зазором относительно поверхностей их центральных отверстий.The rotor of the contact disks 16 is mounted to rotate in bearing blocks with seals 20 in the removable bottom 8 and the (elliptical) bottom 22 of the housing coaxially with the dividing annular partitions with a minimum clearance relative to the surfaces of their central holes.

Каждый сплошной контактный диск (СКД) 10 совместно с разделительным диском (РД) 15 и установленными между ними контактными дисками (КД) 14 образуют контактные пакеты 23 (фиг.3) с осевыми каналами 24 и щелевыми междисковыми зазорами, которые совместно с внешними кольцевыми каналами 25, образованными разделительными кольцевыми перегородками 6, формируют продольный, относительно вала 9, проточный канал (см фиг.1).Each continuous contact disk (ACS) 10 together with the separation disk (RD) 15 and the contact disks (CD) 14 installed between them form contact packets 23 (Fig. 3) with axial channels 24 and slotted inter-disk gaps, which together with external ring channels 25, formed by the dividing annular partitions 6, form a longitudinal, relative to the shaft 9, flow channel (see figure 1).

Верхняя часть проточного канала совместно с патрубками 2 и 3 (для подвода и отвода газа), внешними кольцевыми каналами 25, поперечными сплошными дисками 10, зазорами между кольцевыми контактными дисками 14, разделительными дисками 15 и осевыми каналами 24 образуют газовый проточный канал, формирующий многоходовое зигзагообразное радиально-осевое, последовательно- параллельное течение потока газа. Аналогично в нижней части корпуса, заполненной жидкостью, совместно с входным и выходным патрубками 4 и 5 образован жидкостный проточный канал 26. Вращение вала 9 ротора контактных дисков 16, обеспечивается приводом (на чертеже не показан) через шкив или звездочку 27.The upper part of the flow channel together with nozzles 2 and 3 (for supplying and discharging gas), external annular channels 25, transverse solid disks 10, gaps between the annular contact disks 14, spacer disks 15 and axial channels 24 form a gas flow channel forming a multi-way zigzag radial-axial, sequentially parallel flow of gas flow. Similarly, in the lower part of the housing filled with liquid, together with the inlet and outlet pipes 4 and 5, a liquid flow channel 26 is formed. The rotation of the shaft 9 of the rotor of the contact disks 16 is provided by a drive (not shown) through a pulley or sprocket 27.

Для обеспечения принудительной прокачки ПГС по газовому проточному каналу 25 и увеличения турбулентности газового потока в зазорах между КД на боковых поверхностях контактных дисков выполнены гофры 28 (см. фиг.5-10). При этом гофры, выполненные на контактных дисках, по которым ПГС протекает от центральных осевых каналов 24 к внешним кольцевым каналам 25, формируют профиль каналов течения ПГС между КД 14, подобный профилю каналов центробежных насосов, а эти КД образуют центробежные контактные пакеты 29. Гофры могут быть непрерывными 28 (фиг.5), прерывистыми 30 (фиг.6) или виде системы ячеек 31 (фиг.8) и др.To ensure forced pumping of ASG through the gas flow channel 25 and to increase the turbulence of the gas flow in the gaps between the CDs, corrugations 28 are made on the lateral surfaces of the contact disks (see FIGS. 5-10). At the same time, the corrugations made on the contact disks through which the ASG flows from the central axial channels 24 to the external annular channels 25 form the channel profile of the ASG flow between the KD 14, similar to the channel profile of the centrifugal pumps, and these KD form centrifugal contact packets 29. The corrugations can be continuous 28 (Fig. 5), discontinuous 30 (Fig. 6) or a view of a system of cells 31 (Fig. 8), etc.

Формирование зазоров между КД может осуществляться за счет упора в симметрично выполненные гофры (см. фиг.7, вариант 1), за счет односторонних гофр (см. фиг.7, вариант 2) или распорных шайб (см. фиг.7, вар. 3).The formation of gaps between the CD can be carried out due to the stop in symmetrically made corrugations (see Fig. 7, option 1), due to one-sided corrugations (see Fig. 7, option 2) or spacers (see Fig. 7, var. 3).

В зависимости от отношения ширины (диаметра) гофр их донной части (d), к ширине (диаметру) (D) у их основания, т.е. d/D, изменяется захват жидкости гофрами при вращении контактных дисков и турбулентность потока ПГС. С увеличением отношения d/D захват жидкости увеличивается. Оптимальным соотношением d/D является такое, при котором угол φ (см. фиг.7) составляет φ=15-35° (зависит от частоты вращения ротора КД).Depending on the ratio of the width (diameter) of the corrugations of their bottom part (d) to the width (diameter) (D) at their base, i.e. d / D, the liquid capture by the corrugations during the rotation of the contact disks and the turbulence of the ASG flow change. As the d / D ratio increases, fluid uptake increases. The optimal d / D ratio is such that the angle φ (see Fig. 7) is φ = 15-35 ° (depends on the rotational speed of the rotor KD).

В варианте для проведения процессов ректификации (разделения) компонентов, часть секций ГДТМОА оснащается датчиками температуры 32, патрубками отбора компонентов 33 с электроклапанами 34 для отбора компонентов.In an embodiment for carrying out the rectification (separation) processes of components, part of the sections of the GDTOA is equipped with temperature sensors 32, nozzles for selecting components 33 with electrovalves 34 for selecting components.

С целью блокирования тангенциальной закрутки жидкости в секциях, приводящей к уменьшению осевого протока жидкости (абсорбента) вдоль аппарата, целесообразна установка лопаток 35 направляющего аппарата на распорных трубках 17 в секциях (в жидкостном канале) между разделительными кольцевыми перегородками. Это позволяет, при необходимости, увеличить расход абсорбента в 5-10 раз (в том числе через дополнительные отверстия 41 для протока абсорбента в разделительных кольцевых перегородках 6 и полукольцевых перегородках 36). Одновременно, за счет формирования волны от заторможенного потока, увеличить поверхность смачивания дисков, а на выходе дисков из жидкости - блокировать избыточный вынос капель с поверхности КД (при частотах вращения КД порядка 70-100 об/мин); во внешнем кольцевом газовом канале лопаточный аппарат 35 предназначен для уменьшения потерь напора ПГС на внешнем входе в ротор КП.In order to block the tangential swirl of fluid in the sections, leading to a decrease in the axial flow of fluid (absorbent) along the apparatus, it is advisable to install the blades 35 of the guide apparatus on the spacer tubes 17 in the sections (in the fluid channel) between the dividing annular partitions. This allows, if necessary, to increase the consumption of absorbent 5-10 times (including through additional openings 41 for the flow of absorbent in the dividing ring partitions 6 and semicircular partitions 36). At the same time, due to the formation of a wave from a blocked flow, to increase the wetting surface of the disks, and at the outlet of the disks from the liquid, to block the excess removal of droplets from the CD surface (at CD rotation frequencies of about 70-100 rpm); in the external annular gas channel, the blade apparatus 35 is designed to reduce the pressure loss of the ASG at the external input to the rotor of the gearbox.

Установка дополнительных разделительных полукольцевых перегородок 36 жидкостного канала 26 в ГДТМОА напротив каждого сплошного контактного диска позволяет в 2 раза увеличить число секций (ступеней разделения - аналогов тарелок в вертикальных ТМОА) и обеспечить более высокую степень разделения компонентов при меньшей длине ГДТМОА.The installation of additional dividing semicircular partitions 36 of the liquid channel 26 in the GDTMA opposite each continuous contact disk allows a 2-fold increase in the number of sections (separation steps — plate analogs in vertical TMAAs) and to provide a higher degree of separation of the components with a shorter GDMAA length.

Введение внутреннего (относительно диаметра корпуса) фланца 19 с уплотнением 39 и болтовым креплением 40 позволяет на 19% уменьшить диаметр корпуса и на 8% его массу.The introduction of the inner (relative to the diameter of the casing) flange 19 with a seal 39 and bolt fastening 40 allows to reduce the casing diameter and its mass by 8%.

Процесс тепло- и массообмена (в варианте абсорбции) осуществляется следующим образом. Поток парогазовой смеси (ПГС) проступает в газовый канал через патрубок 2, проходит по зазорам между КД 14 и дисков 10 и 15 первого (по ходу движения ПГС) пакета 23, вступая в контактное взаимодействие с пленкой жидкости (абсорбента), стекающей с поверхности вращающихся дисков 14, 10 и 15, которые при вращении частично погружаются в смачивающую их жидкость из жидкостного проточного канала 26. Далее ПГС по осевому каналу 24, разворачивается и проходит в радиальные зазоры следующего (центробежного) контактного пакета 29 (где процесс повторяется), поступает во внешний кольцевой канал 25, разворачивается на 180° и движется по радиальным зазорам между КД третьего контактного пакета и т.д. до его выхода из аппарата через патрубок 3.The process of heat and mass transfer (in the absorption variant) is as follows. The vapor-gas mixture (PGS) flow enters the gas channel through the pipe 2, passes through the gaps between the CD 14 and the disks 10 and 15 of the first (along the PGS) packet 23, coming into contact with the film of liquid (absorbent) draining from the surface of the rotating disks 14, 10 and 15, which during rotation are partially immersed in a wetting liquid from the liquid flow channel 26. Next, the ASG along the axial channel 24 is deployed and passes into the radial gaps of the next (centrifugal) contact packet 29 (where the process repeats), into the outer annular passage 25, rotated 180 ° and moves in radial gaps between the CD package of the third contact, etc. before it leaves the device through the pipe 3.

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 осевого канала 24, через полость (зазоры очередного пакета, по ходу течения газа) секции 7 во внешний кольцевой канал 25, меняет свое (радиальное) направление движения на противоположное, обтекая контактные элементы (вращающиеся диски 10, 14, 15) с обеих сторон со скоростью Wг, т.е. совершает в пределах газового канала многоходовое, зигзагообразное радиально-осевое, последовательно- параллельное движение.In this case, the contact interaction of the phases occurs with a radial gas flow, which, flowing along the apparatus as a whole in the axial direction, with a sequential transition from the cavities of one packet of radial gaps - the axial channel 24, through the cavity (the gaps of the next packet, along the gas flow) section 7 into the outer annular channel 25, changes its (radial) direction of movement to the opposite, flowing around the contact elements (rotating disks 10, 14, 15) on both sides with a speed of W g , i.e. within the limits of the gas channel, makes a multi-way, zigzag radial-axial, sequentially parallel movement.

Безотрывное течение пленки жидкости по поверхности вращающихся дисков 10, 14, 15, с гофрами 28 обеспечивается ограничением предельной скорости течения газа (Wг) и подбором частоты вращения дисков (ω), что в сочетании с реализацией центробежного сепарирующего эффекта за счет поворота потока газа исключает возможность возникновения каплеуноса, приводит к уменьшению габаритов аппарата, поскольку при этом отпадает необходимость в создании значительного сепарационного пространства. Кроме того, введение гофр 28 позволяет увеличить турбулентность (газового) потока и в 1,5-3 раза увеличить захват жидкости КД и, тем самым, значительно повысить эффективность тепло- и массообменных процессов в зоне контактного взаимодействия фаз.The continuous flow of a liquid film over the surface of rotating disks 10, 14, 15, with corrugations 28 is ensured by limiting the maximum gas flow rate (W g ) and selecting the disk rotation frequency (ω), which, in combination with the implementation of the centrifugal separating effect due to the rotation of the gas flow, eliminates the possibility of droplet-dropping, leads to a decrease in the dimensions of the apparatus, since this eliminates the need to create a significant separation space. In addition, the introduction of corrugations 28 makes it possible to increase the turbulence of the (gas) flow and increase the capture of CD liquid by a factor of 1.5-3 and, thereby, significantly increase the efficiency of heat and mass transfer processes in the zone of contact interaction of phases.

Установка разделительных кольцевых перегородок в корпусе на продольных шпильках с их жестким закреплением относительно друг друга и фланца корпуса распорными трубками, с минимальным зазором относительно корпуса (плотная посадка) и зазором в 0,5-1,5 мм относительно вращающегося ротора при одновременном уменьшении на 1/3 диаметра уплотняемой поверхности, позволяет не только в 2-3 раза уменьшить перетекание жидкости и ПГС между секциями, но и упростить конструкцию тепло-массообменного аппарата, обеспечить высокую технологичность сборки и разборки аппаратов, повысить их эксплуатационные характеристики.Installation of dividing ring partitions in the housing on longitudinal studs with their rigid fastening relative to each other and the housing flange with spacer tubes, with a minimum clearance relative to the housing (tight fit) and a clearance of 0.5-1.5 mm relative to the rotating rotor, while decreasing by 1 / 3 of the diameter of the sealing surface, allows not only 2-3 times to reduce the flow of liquid and ASG between the sections, but also to simplify the design of the heat-mass transfer apparatus, to ensure high manufacturability of assembly and times device bores, increase their operational characteristics.

Введение центробежных 29 (и центростремительных 38) КП (см. фиг.9, 10), позволило, как минимум, выровнять давление на границе разделительных кольцевых перегородок (Рn≤Pn+1) между секциями (см. фиг.10) и, тем самым, дополнительно уменьшить или исключить перетекание ПГС между секциями. В правильно спроектированном ГДТМОА по данной схеме незначительное перетекание ПГС между секциями (с учетом, например, абсорбции части ЛФУ) возможно в обратную сторону (против потока), а не наоборот.The introduction of centrifugal 29 (and centripetal 38) gearboxes (see Figs. 9, 10) made it possible, at a minimum, to equalize the pressure at the boundary of the separation ring partitions (P n ≤P n + 1 ) between the sections (see Fig. 10) and , thereby further reducing or eliminating the flow of ASG between sections. In a properly designed GDTMOA according to this scheme, a slight overflow of ASG between the sections (taking into account, for example, the absorption of part of the VFD) is possible in the opposite direction (against the flow), and not vice versa.

В качестве примера. В ходе экспериментальной отработки абсорбционного блока (на базе ГДТМОА с центробежными КП по схемам, приведенным на фиг.8 и 9) со следующими параметрами:As an example. During the experimental development of the absorption block (based on GDTMOA with centrifugal gearboxes according to the schemes shown in Figs. 8 and 9) with the following parameters:

- производительность по ПВС 50-60 м3/час;- PVA productivity of 50-60 m 3 / h;

- поверхность КД 42 м2;- surface KD 42 m 2 ;

- частота вращения ротора КД 30-90 об/мин;- rotational speed of the rotor KD 30-90 rpm;

- внешний диаметр КД 390 мм;- outer diameter KD 390 mm;

- внутренний диаметр отверстий в КД 160 мм;- the inner diameter of the holes in the CD 160 mm;

- число центробежных контактных пакетов 12;- the number of centrifugal contact packages 12;

- всего контактных пакетов 24 (число КД в пакетах уменьшалось из условия обеспечения близкой к оптимальной скорости течения ПГС по рабочему тракту ГДТМОА);- a total of 24 contact packets (the number of CDs in the packets decreased from the condition of providing close to the optimal speed of the ASG flow along the GDTMOA working path);

- высота гофр, выполненных в виде системы ячеек на КД, 1,7 мм;- the height of the corrugations, made in the form of a system of cells on the CD, 1.7 mm;

- мощность электропривода для вращения ротора КД 0,36-0,5 кВт,- electric drive power for rotation of the rotor KD 0.36-0.5 kW,

было установлено, что на контактных дисках в виде пленки постоянно находилось примерно 3,5-6 литров абсорбента (в зависимости от температуры абсорбента - охлажденного дизельного топлива, составлявшей Таб=0 - -5°С). Для улавливания 95-98,5% паров бензина из ПВС необходимый расход абсорбента на максимальном режиме составлял не менее 600 л/час. При этом данное количество абсорбента за это время (1 час) было подано в контактную зону на поверхностях вращающихся КД в объеме от 10000 до 18000 л/час, что эквивалентно введению линий рециркуляции по каждой секции (с 15-30-кратной рециркуляцией по жидкости (!)).it was found that on the contact disks in the form of a film there were constantly about 3.5-6 liters of absorbent material (depending on the temperature of the absorbent — chilled diesel fuel, which was T ab = 0 - -5 ° С). To capture 95-98.5% of gasoline vapors from PVA, the required absorbent flow rate at the maximum mode was at least 600 l / h. At the same time, this amount of absorbent during this time (1 hour) was supplied to the contact zone on the surfaces of rotating CDs in a volume of 10,000 to 18,000 l / h, which is equivalent to the introduction of recirculation lines for each section (with 15-30-fold liquid recirculation ( !)).

Скорость вытеснения ПГС из зазоров между КД, при их погружении в абсорбент, даже на минимальных режимах по расходу ПГС составляла от 0,4 до 1,8 м/с. Прокачка ПГС через блок абсорбции, за счет введения многоступенчатой системы центробежных контактных пакетов (без системы нагнетания на входе), составила до 30-35 м3/час. Гидравлическое сопротивление по рабочему тракту на максимальном режиме (50 м3/час) снизилось до 20-30 мм вод. ст. Эти эффекты крайне важны при проведении различных процессов тепло- и массообмена и обеспечивают высокую стабильность проведения процессов в широком диапазоне изменения нагрузки.The rate of ASG displacement from the gaps between the CDs, when immersed in absorbent material, even at minimum conditions in terms of ASG consumption, was from 0.4 to 1.8 m / s. The pumping of ASG through the absorption unit, due to the introduction of a multistage centrifugal contact bag system (without an injection system at the inlet), amounted to 30-35 m 3 / h. The hydraulic resistance along the working path at maximum mode (50 m 3 / h) decreased to 20-30 mm of water. Art. These effects are extremely important when conducting various processes of heat and mass transfer and provide high stability of the processes in a wide range of load changes.

При необходимости, в зависимости от вида процесса и его требуемой эффективности, уплотнения 9 могут выполняться гидродинамическими, газодинамическими или комбинированными, например, лабиринтными 37 (см. фиг.10), что практически не ведет к увеличению мощности электропривода для вращения ротора КД 16.If necessary, depending on the type of process and its required efficiency, seals 9 can be performed hydrodynamic, gasdynamic, or combined, for example, labyrinth 37 (see Fig. 10), which practically does not increase the electric drive power for rotating the KD 16 rotor.

Приведем доказательства того, что установка разделительных кольцевых перегородок с простейшими (лабиринтными) уплотнениями приводит к уменьшению доли перепуска и увеличению эффективности аппарата.We give evidence that the installation of dividing annular partitions with the simplest (labyrinth) seals leads to a decrease in the share of bypass and an increase in the efficiency of the apparatus.

Перепад давления между соседними секциями равен: Δр=P12 The pressure drop between adjacent sections is equal to: Δp = P 1 -P 2

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
,
Figure 00000002
,

где: ΣξK - сумма гидравлического сопротивления канала;where: Σξ K is the sum of the hydraulic resistance of the channel;

K - длина канала;K is the length of the channel;

λTP - коэффициент трения;λ TP is the coefficient of friction;

dЭК - эквивалентный диаметр канала;d EC - equivalent diameter of the channel;

WK - скорость газа в канале;W K is the gas velocity in the channel;

рГ - плотность газа.p G is the density of the gas.

V=ωK·fK, где V - объемный расход газа в канале;V = ω K · f K , where V is the volumetric gas flow in the channel;

fK - площадь сечения канала (между дисками 10, 14, 15, т.е. площадь сечения канала КП).f K is the cross-sectional area of the channel (between the disks 10, 14, 15, i.e. the cross-sectional area of the channel KP).

Figure 00000003
;
Figure 00000003
;

Figure 00000004
;
Figure 00000004
;

VП=FП·ωП,V P = F P · ω P ,

где: ξП - коэффициент гидравлического сопротивления перепускного канала,where: ξ P - coefficient of hydraulic resistance of the bypass channel,

ωП - скорость газа в перепуске,ω P - gas velocity in the bypass,

VП - объемный расход газа в перепускном канале.V P - volumetric gas flow in the bypass channel.

Доля перепуска (ДП) газа между секциями по зазору Δ (каналу перепуска, Δ=1-1,5 мм) в (лабиринтном) уплотнении определяется следующим образом:The proportion of bypass (D P ) of gas between sections along the gap Δ (bypass channel, Δ = 1-1.5 mm) in the (labyrinth) seal is determined as follows:

Figure 00000005
;
Figure 00000005
;

На фигуре 11 приведена зависимость между коэффициентом эффективности контактной ступени (пакета контактных дисков) и долей перепуска газа по зазору (осевому или радиальному) между соседними секциями тепломассообменного аппарата.The figure 11 shows the relationship between the coefficient of efficiency of the contact stage (package of contact disks) and the proportion of gas bypass gap (axial or radial) between adjacent sections of the heat and mass transfer apparatus.

Из графика (фиг.11) видно, что с увеличением доли перепуска ДП эффективность работы контактных элементов уменьшается и при ДП=10-20% приводит к снижению эффективности данных аппаратов до 0,6÷0,55.From the graph (Fig. 11) it can be seen that with an increase in the percentage of bypass D P, the efficiency of the contact elements decreases and when D P = 10-20%, it reduces the efficiency of these devices to 0.6 ÷ 0.55.

В аналогах, из-за разброса точности изготовления деталей, погрешностей сборки, осевые зазоры между разделительными кольцевыми перегородками и кольцевыми контактными дисками, как правило, превышают величины оптимальных рабочих зазоров между кольцевыми контактными дисками в 2-3 раза, что приводит к росту доли перепуска ДП до 10-15%, ведет к падению эффективности η контактных элементов от 0,7 до 0,55-0,6.In analogs, due to the spread in the accuracy of manufacturing parts, assembly errors, axial clearances between dividing ring partitions and ring contact disks, as a rule, exceed the values of optimal working clearances between ring contact disks by 2-3 times, which leads to an increase in the percentage of bypass D P to 10-15%, leads to a decrease in the efficiency η of contact elements from 0.7 to 0.55-0.6.

В прототипе, при создании аппаратов большой производительности (с диаметром корпуса от 400 мм и выше), появляются проблемы с устранением эллипсности цилиндрической части корпуса и соосности установки ротора. Решение этих задач связано с расточкой корпуса, что требует припуска на обработку (до 4-5 мм) и использования дорогостоящего оборудования, что и является основной причиной, сдерживающих их выпуск.In the prototype, when creating high-performance devices (with a case diameter from 400 mm and above), problems arise with eliminating the ellipse of the cylindrical part of the case and the alignment of the rotor installation. The solution to these problems is connected with the boring of the case, which requires an allowance for processing (up to 4-5 mm) and the use of expensive equipment, which is the main reason that impedes their production.

При переходе к предлагаемым аппаратам с разделительными кольцевыми перегородками, установленными в корпусе (а не на валу, как в прототипе), потребность в дополнительной обработке центральных отверстий в разделительных кольцевых перегородках в большинстве случаев вообще отпадает.In the transition to the proposed apparatus with dividing ring partitions installed in the housing (and not on the shaft, as in the prototype), the need for additional processing of the Central holes in the dividing ring partitions in most cases generally disappears.

При зазорах в 0,5-1,5 мм относительно вращающегося ротора, одновременном уменьшении на 1/3 диаметра уплотняемой поверхности и перепаде давления между секциями в 1-3 мм вод. ст., данное техническое решение (даже без использования лабиринтных уплотнений) позволяет в 2-3 раза снизить величину

Figure 00000006
и восстановить η от 0,55 до 0,67-,69.With gaps of 0.5-1.5 mm relative to the rotating rotor, a simultaneous decrease of 1/3 of the diameter of the sealing surface and the pressure drop between sections in 1-3 mm of water. Art., this technical solution (even without the use of labyrinth seals) allows 2-3 times to reduce the value
Figure 00000006
and restore η from 0.55 to 0.67-, 69.

Очевидно, что при установке контактных уплотнений, доля перепуска ДП будет близка к нулю, т.е. эффективность η контактных элементов (пакетов) будет близка к максимально возможной ~0,7.It is obvious that when installing contact seals, the proportion of bypass D P will be close to zero, i.e. the efficiency η of the contact elements (packets) will be close to the maximum possible ~ 0.7.

(Следует отметить, что наличие подвижных, вращающихся совместно с валом разделительных кольцевых перегородок с уплотнением по их внешнему диаметру, как в прототипе, не всегда позволяет достигать требуемой (особо высокой) чистоты разгоняемых фракций в силу их частичного перетекания разделяемых веществ между секциями в зонах разделительных кольцевых перегородок).(It should be noted that the presence of movable, rotating together with the shaft of the separation ring partitions with a seal on their outer diameter, as in the prototype, does not always allow to achieve the required (especially high) purity of the dispersed fractions due to their partial flow of the separated substances between sections in the separation zones ring partitions).

Основными достоинствами аппаратов данного типа являются:The main advantages of this type of apparatus are:

- меньшие потери на перетекание ПГС;- less loss on overflow of ASG;

- высокая технологичность изготовления и сборки (разборки) корпуса и ротора ГДТМОА на большую производительность;- high manufacturability of manufacturing and assembly (disassembly) of the body and rotor of the GDTMOA for high productivity;

- эффективность протекания тепло- и массообменных процессов и простота эксплуатации аппарата;- the efficiency of heat and mass transfer processes and ease of operation of the apparatus;

- более высокая (до 10%) производительность аппарата (при том же диаметре корпуса) за счет увеличения эффективности (η) контактных пакетов;- higher (up to 10%) device performance (with the same case diameter) due to increased efficiency (η) of contact packages;

- возможность прямого отбора (ввода) продуктов из любой секции ГДТМОА и введения смотровых окон для визуального контроля процесса;- the possibility of direct selection (input) of products from any section of GDTMOA and the introduction of inspection windows for visual control of the process;

- исключить застойные зоны в полости аппарата (что было характерно для аналогов) и способствует расширению областей применения аппарата;- eliminate stagnant zones in the cavity of the apparatus (which was typical for analogues) and helps to expand the scope of application of the apparatus;

- приемлемые условия для многократной промывки и стерилизации аппаратов.- acceptable conditions for repeated washing and sterilization of devices.

По сравнению с другими аппаратами "вертикального" типа аналогичного назначения в данном аппарате при сохранении непрерывности процесса, как и в насадных колоннах, не возникает "байпас-эффектов" и не происходит «захлебывания» КП и капельного переноса. Постоянное восстановление и замена пленки жидкости на КД при вращении дисков, частично погруженных в жидкость (флегму), позволяет компенсировать размывание пленки флегмы на поверхности контактных дисков при больших скоростях течения паровой фазы (от 1,5 до 3,5 м/с, в зависимости от вязкости флегмы и диаметра КД).Compared with other devices of the "vertical" type for a similar purpose, in this device, while maintaining the continuity of the process, as in packed columns, there are no "bypass effects" and there is no "flooding" of the CP and drip transfer. The constant restoration and replacement of the liquid film on CD during the rotation of disks partially immersed in liquid (phlegm) makes it possible to compensate for the erosion of the phlegm film on the surface of contact disks at high vapor phase flow velocities (from 1.5 to 3.5 m / s, depending from the viscosity of phlegmy and the diameter of the CD).

В вариантах ректификационных ГДТМОА, флегма непрерывно перетекает от секции к секции (со стороны дефлегматора), постоянно присутствуя в каждой секции, как и в тарельчатых колоннах, обеспечивая фазовое равновесие по всем контактным пакетам (в каждой секции) в процессе всего периода работы, что позволяет непрерывно отбирать с соответствующих секций аппарата высокообогащенный дистиллят постоянного состава.In the distillation options GDTMOA, reflux continuously flows from section to section (from the side of the reflux condenser), constantly present in each section, as in plate columns, providing phase equilibrium for all contact packets (in each section) during the entire period of operation, which allows continuously select highly enriched distillate of constant composition from the corresponding sections of the apparatus.

Ключевыми достоинствами аппаратов данного типа являются:The key advantages of this type of apparatus are:

- в 2-3,5 раза больший (чем в существующих тарельчатых и насадочных колоннах) коэффициенты тепло- и массопереноса в условиях безотрывного течения пленки жидкости при непрерывном контактном взаимодействии потока газа с потоком жидкости, стекающей в виде пленки по поверхности вращающихся дисков (в ходе противоточного течения жидкости и газа), что обеспечивает в 5-10 раз меньшие габариты ТМОА. При этом высота теоретической ступени разделения выстраивается не в осевом, а в радиальном направлении. Последнее обстоятельство позволяет обеспечить наименьшую "высоту" (в данном случае длину)колонны;- 2-3.5 times greater (than in existing plate and packed columns) heat and mass transfer coefficients in the conditions of continuous flow of a liquid film with continuous contact interaction of a gas stream with a liquid stream flowing in the form of a film on the surface of rotating disks (during countercurrent flow of liquid and gas), which provides 5-10 times smaller dimensions of TMOA. At the same time, the height of the theoretical separation stage is built not in the axial, but in the radial direction. The latter circumstance allows us to ensure the smallest "height" (in this case, length) of the column;

- высокая эффективность тепло- и массообменных процессов в каждой секции аппарата (как следствие повышения турбулентности газового потока, постоянной и достаточной массы жидкости на КД и в каждой секции (как и в тарельчатых колоннах);- high efficiency of heat and mass transfer processes in each section of the apparatus (as a result of increasing the turbulence of the gas stream, a constant and sufficient mass of liquid on the CD and in each section (as in plate columns);

- возможность реализации принудительной прокачки ПГС центробежными КП, что в сочетании с достаточной аккумулирующей теплоемкостью вращающихся контактных дисков, постоянно погружаемых в жидкость, обеспечивает (для каждого контактного пакета) постоянное движение ПГС по рабочему тракту и постоянство температуры поверхности контактных дисков и, тем самым, высокую стабильность процессов испарения - конденсации вдоль поверхности контактных дисков в каждой секции;- the possibility of implementing forced pumping of ASG by centrifugal gearboxes, which, in combination with a sufficient accumulating heat capacity of rotating contact disks constantly immersed in liquid, provides (for each contact package) constant movement of ASG along the working path and the constancy of the surface temperature of the contact disks and, therefore, high stability of evaporation processes - condensation along the surface of the contact disks in each section;

- крайне низкая чувствительность к изменению нагрузки и возможность существенно большего диапазона регулирования параметров ГДТМОА (по сравнению с вертикальными аналогами ТМОА) как за счет изменения входных и выходных параметров, включая температуру и расход подводимых и отводимых пара, разгоняемой жидкости и дистиллята (флегмы), так и за счет изменения частоты вращения ротора контактных дисков;- extremely low sensitivity to load changes and the possibility of a significantly wider range of control parameters GDTMOA (compared with the vertical counterparts TMOA) as due to changes in input and output parameters, including temperature and flow rate of input and output steam, accelerated liquid and distillate (reflux), so and by changing the rotor speed of the contact discs;

- высокая степень разделения смесей при минимальных энергетических затратах и минимальных габаритах аппарата (колонны).- a high degree of separation of mixtures with minimal energy costs and minimum dimensions of the apparatus (columns).

Кроме того, данный аппарат обладает качественно новыми возможностями при проведении процессов вакуумных дистилляции, перегонки, концентрации и др., что связано как с низким собственным гидравлическим сопротивлением (20-80 мм вод.ст.), так и с реализацией нового свойства - проталкивания ПГС по рабочему тракту аппарата при вращении ротора за счет введения системы гофр на КД, т.е. реализации функций центробежного низконапорного вентилятора и водокольцевого насоса, встроенного в ГДТМОА.In addition, this apparatus has qualitatively new capabilities in the process of vacuum distillation, distillation, concentration, etc., which is associated with both low intrinsic hydraulic resistance (20-80 mm water column) and the implementation of a new property - pushing ASG along the working path of the apparatus during the rotation of the rotor due to the introduction of a corrugation system on the CD, i.e. implementation of the functions of a centrifugal low-pressure fan and a liquid ring pump built into the GDTMOA.

В целом, данный аппарат существенно более технологичен, чем предшествующие аналоги, обладает более высокой эффективностью, меньшими габаритами, массой и стоимостью, а также всеми достоинствами тарельчатых, насадочных, пленочных и дисковых аппаратов (не наследуя их недостатков). При этом новые конструктивные решения по ротору контактных дисков, разделительным перегородкам и корпусу предложенного аппарата обеспечивают компенсацию гидравлического сопротивления ПГС по рабочему тракту, низкую чувствительность к изменению нагрузки и др. преимущества.In general, this unit is significantly more technologically advanced than previous analogues, has higher efficiency, smaller dimensions, weight and cost, as well as all the advantages of disk, nozzle, film and disk devices (without inheriting their disadvantages). At the same time, new design solutions for the contact disk rotor, dividing partitions and the housing of the proposed apparatus provide compensation for the hydraulic resistance of the ASG along the working path, low sensitivity to load changes, and other advantages.

Claims (11)

1. Горизонтальный дисковый тепло- и массообменный аппарат, содержащий цилиндрический корпус с днищами, в верхней части которого установлены патрубки для подвода и отвода газа, а в нижней - патрубки для подвода и отвода жидкости, снабженный разделительными кольцевыми перегородками, образующими секции с внешними кольцевыми каналами, продольный вал, установленный с возможностью вращения в блоках подшипников с уплотнениями в днищах корпуса, а также установленными на вале и соосно ему поперечными сплошными и кольцевыми контактными дисками (ККД), которые установлены с зазором относительно сплошных дисков, вала и друг друга и частично погружены в жидкость, которые образуют контактные пакеты с центральными осевыми каналами в них, отличающийся тем, что разделительные кольцевые перегородки жестко закреплены относительно друг друга и корпуса распорными трубками, установленными на продольных шпильках; которые закреплены в корпусе, при этом сплошные контактные диски закреплены на вале совместно с кольцевыми контактными дисками и, установленными между ними, напротив разделительных кольцевых перегородок разделительными контактными дисками, образующими совместно ротор ККД, который установлен в корпусе с минимальным зазором относительно поверхностей центральных отверстий разделительных кольцевых перегородок, при этом на боковых поверхностях ККД, между которыми протекает парогазовая смесь (ПГС) от центральных осевых каналов к внешним кольцевым каналам; выполнены гофры, которые формируют профиль каналов центробежных контактных пакетов, при этом сплошные, кольцевые и разделительные контактные диски совместно с разделительными кольцевыми перегородками и корпусом формируют зигзагообразное, радиально-осевое течение потоков газа и жидкости.1. A horizontal disk heat and mass transfer apparatus comprising a cylindrical body with bottoms, 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 dividing annular partitions forming sections with external annular channels , a longitudinal shaft mounted for rotation in bearing blocks with seals in the housing bottoms, as well as mounted on the shaft and transverse solid and ring contact disks aligned with it (K KD), which are installed with a gap relative to the solid disks, the shaft and each other and are partially immersed in the liquid, which form contact packages with central axial channels in them, characterized in that the annular dividing partitions are rigidly fixed relative to each other and the housing by spacer tubes installed on longitudinal hairpins; which are fixed in the housing, while the continuous contact disks are mounted on the shaft together with the annular contact disks and installed between them, opposite the separating annular partitions by the separating contact disks, forming together the rotor KKD, which is installed in the housing with a minimum clearance relative to the surfaces of the Central holes of the separating ring partitions, while on the lateral surfaces of the KKD, between which flows the gas-vapor mixture (ASG) from the central axial channels to the external ring channels; corrugations are made that form the channel profile of the centrifugal contact packages, while solid, annular and separation contact disks, together with the separation ring partitions and the body, form a zigzag, radial-axial flow of gas and liquid flows. 2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что гофры на ККД выполнены прерывистыми, при этом расстояние (L) между гофрами, формирующими профили каналов течения ПГС между ККД, не превышает 3-х кратной величины зазора (Н) между ККД.2. The apparatus according to claim 1, characterized in that the corrugations on the CCD are intermittent, while the distance (L) between the corrugations forming the profiles of the channels of the CBC flow between the CCD does not exceed 3 times the gap (N) between the CCD. 3. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что профиль гофр на ККД, по которым течение ПГС направлено от внешних кольцевых каналов к центральным осевым каналам, выполнен аналогично профилю, образующему систему гофр на контактных дисках центробежных контактных пакетов, а сами ККД установлены в роторе таким образом по отношению к ККД центробежных контактных пакетов, что они образуют центростремительные контактные пакеты.3. The apparatus according to claim 1, characterized in that the corrugation profile on the ACC, along which the CBC flow is directed from the external annular channels to the central axial channels, is made similar to the profile forming the corrugation system on the contact disks of the centrifugal contact packages, and the ACC themselves are installed in the rotor is thus in relation to the CCD of the centrifugal contact packages, so that they form centripetal contact packages. 4. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что более 70% гофр на соседних ККД в каждом контактном пакете выполнены эквидистантными.4. The device according to claim 1, characterized in that more than 70% of the corrugations on the adjacent KKD in each contact package are made equidistant. 5. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что высота гофр составляет не более половины величины зазора между контактными дисками, а ширина (диаметр) основания гофр составляет не более 2-х кратной величины зазора (Н) между ККД.5. The apparatus according to claim 1, characterized in that the height of the corrugations is not more than half the size of the gap between the contact disks, and the width (diameter) of the base of the corrugations is not more than 2 times the size of the gap (H) between the ACC. 6. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что высота гофр, их ширина и их количество на контактных дисках пакетов, по которым протекает ПГС от внешних кольцевых каналов к центральным осевым каналам, выполнены меньшими, чем на ККД центробежных контактных пакетов.6. The apparatus according to claim 1, characterized in that the height of the corrugations, their width and their number on the contact disks of the packages, through which the CBC flows from the outer annular channels to the central axial channels, are made smaller than those on the ACC of the centrifugal contact packages. 7. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что на распорных трубках между разделительными кольцевыми перегородками в секциях установлены лопатки направляющего аппарата.7. The apparatus according to claim 1, characterized in that on the spacer tubes between the dividing annular partitions in the sections, vanes of the guide apparatus are installed. 8. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что напротив каждого сплошного контактного диска в части жидкостного канала корпуса установлены дополнительные разделительные полу кольцевые перегородки.8. The apparatus according to claim 1, characterized in that opposite each continuous contact disk in the part of the liquid channel of the housing, additional dividing semi-annular partitions are installed. 9. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что зазоры между сплошными контактными дисками, кольцевыми контактными дисками и разделительными контактными дисками выполнены с помощью распорных шайб, установленных между ними на продольных спицах.9. The apparatus according to claim 1, characterized in that the gaps between the solid contact disks, the ring contact disks and the separation contact disks are made using spacers installed between them on the longitudinal knitting needles. 10. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что зазоры между сплошными контактными дисками, кольцевыми контактными дисками и разделительными контактными дисками выполнены за счет упора в симметрично выполненные гофры на ККД, а жесткое соединение между собой обеспечено за счет их стягивания с помощью продольных спиц.10. The apparatus according to claim 1, characterized in that the gaps between the solid contact disks, the ring contact disks and the separation contact disks are made due to the stop in the symmetrically made corrugations on the KKD, and a rigid connection between them is ensured by tightening them using longitudinal knitting needles . 11. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что в нижней части разделительных контактных дисков и дополнительных разделительных полукольцевых перегородок выполнены отверстия для протока абсорбента, а на распорных трубках между разделительными кольцевыми и полукольцевыми перегородками в секциях в жидкостном канале установлены лопатки направляющего аппарата. 11. The apparatus according to claim 1, characterized in that in the lower part of the dividing contact disks and additional dividing semicircular partitions, holes are made for the absorbent duct, and on the spacer tubes between the dividing ring and semicircular partitions in the sections in the liquid channel, vanes of the guide apparatus are installed.
RU2008102410/15A 2008-01-25 2008-01-25 Horizontal disc-shaped heat- and mass-transfer apparatus RU2379096C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008102410/15A RU2379096C2 (en) 2008-01-25 2008-01-25 Horizontal disc-shaped heat- and mass-transfer apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008102410/15A RU2379096C2 (en) 2008-01-25 2008-01-25 Horizontal disc-shaped heat- and mass-transfer apparatus

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008102410A RU2008102410A (en) 2009-07-27
RU2379096C2 true RU2379096C2 (en) 2010-01-20

Family

ID=41048071

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008102410/15A RU2379096C2 (en) 2008-01-25 2008-01-25 Horizontal disc-shaped heat- and mass-transfer apparatus

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2379096C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2526389C1 (en) * 2013-03-26 2014-08-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ)" Regular nozzle for heat- and mass- exchange apparatus
RU2768952C1 (en) * 2021-01-14 2022-03-25 Общество с ограниченной ответственностью "Старт-Катализатор" Heat exchanger

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2526389C1 (en) * 2013-03-26 2014-08-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ)" Regular nozzle for heat- and mass- exchange apparatus
RU2768952C1 (en) * 2021-01-14 2022-03-25 Общество с ограниченной ответственностью "Старт-Катализатор" Heat exchanger

Also Published As

Publication number Publication date
RU2008102410A (en) 2009-07-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2648827B1 (en) Method and absorber for removal of acid gas from natural gas
Li et al. Distillation in a counterflow concentric-ring rotating bed
JP7127119B2 (en) Rotary absorption device and method for removing absorbable substances from gases
CN111712315A (en) Gas capture system
CN110005614B (en) Water-gas separation device of vacuum equipment
RU2379096C2 (en) Horizontal disc-shaped heat- and mass-transfer apparatus
US8663483B2 (en) Radial vane pack for rotary separators
CN110292810B (en) Integrated supergravity separation device
US8673159B2 (en) Enhanced in-line rotary separator
RU2410145C2 (en) Horizontal disc heat- and weight exchanging device
CN110743252A (en) Spiral gas-liquid separator
CN215352064U (en) Hypergravity rotating rectifying bed
RU2377051C2 (en) Horizontal disc heat-mass exchange apparatus
CN112870748A (en) Magnetically-driven supergravity rotary rectifying bed
CN210473309U (en) Integrated supergravity separation device
CN112870749A (en) Hypergravity rotating rectifying bed
RU2152245C1 (en) Heat-and-mass exchange apparatus
RU2768952C1 (en) Heat exchanger
US20220252358A1 (en) Horizontal nozzle heat and mass exchanger
RU2647029C1 (en) Mass-exchange apparatus
CN215352063U (en) Magnetically-driven supergravity rotary rectifying bed
RU2438756C1 (en) Separator
CN211358787U (en) Fixed valve concentric ring rotating bed for promoting axial distribution of liquid
RU2200054C1 (en) Heat- and mass-exchange apparatus
RU2398610C1 (en) Mass exchange column

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20120126

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20141020

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160126