SU1041137A1 - Тепломассообменный аппарат - Google Patents

Abstract

1. ТЕПЛОМАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ ДЛЯ системы газ-жидкость, включающий корпус, вертикальные теплообменные трубки и тарелки, снаб- , женные порогами, узлами распредеij Jib U U Ленин стекающей жидкости по поверхности трубок и средствами дл  прохода газа через тарелку, о т л и ч аю щ и и с   тем, что, с целью повышени  производительности и эффективности процессов тепло- и массопереноса за счет создани  зигзагообразного движени  газа по ступен м контакта, полотно тарелок между узлами распределени  жидкости выполнено сплошным,.а средства дл  прохода газа выполнены в виде каналов , образованных стенкой корпуса и порогом тарелки, при этом часть . :теплообменных трубок установлена в j них. (Л 4 00 Щ

Description

2, Аппарат по п.1, отличающийс  тем, что каналы дл  прохода.газа расположены на противоположных сторонах корпуса.

3. Аппарат по пп. 1 и 2у о т л ичающийс  тем, что узлы распределени  стекающей жидкости по поверхности трубок выполнены в виде двух патрубков, внутреннего и внешнего , установленных коаксиально с теплообменными трубками, причем внутренний патрубок соединен с тарелкой , а нижний торец внешнего патрубка расположен ниже верхнего торца внутреннего патрубка. .

4.Аппарат по пп. .1-3, от л ичаюадийс  TQM, что тарелки выполнены в виде отдельных секций, соединенных одна с другой с помощью гидрозатворов. ,

5.Аппарат по пп.1-4, отличающийс  тем, что секции каждой тарелки.расположены ступенчато с повышением в сторону каналов дл  прохода газа.

1

Изобретение относитс  к аппаратам дл  одновременного протекани  процессов тепло- и массообмена между газом и жидкостью, например про цессов неадиабатической абсорбции и ректификации, и может быть использовано в химической, нефтеперерабатывающей пищевой и других отрасл х промышленности.

Известны тепломассообменные аппараты трубчатого типа, в которых жидкость стекает пленкой по внутренней поверхности трубки, в пр мотока или противотоке с движущимс  газом. В межтрубном пространстве этом течет теплоноситель l .

В известных аппаратах производительность по средам, участвующим в массообмене, ограничена ввиду малого сечени  трубного пространства (по отношению к сечению аппарата). При противоточном взаимодействии газа и жидкости в трубках дополнительные ограничени  производительности св заны с возможным захлебыванием трубок. Кроме того, невозможно увеличить врем  пребывани  жидкости в аппарате, что бывает необходимо, напритЛер, при протекании массообмена с медленной химической реакцией.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту  вл етс  -тепломассообменный ёшпарат, включающий корпус , вертикальные теплообменные тру ки и горизонтальные тарелки, снабжённые порогами, узлами распределени  стекающей жидкости по поверхности трубок и каналами дл  прохода газа через тарелку; узел распределе ни  жидкости по поверхности трубок, выполнен либо в вил кольцевого зазора между трубкой и тарелкой, либо в виде известного распределител  оросительной пленки; между теплообменными трубками на тарелке размещены трубки дл  прохода газа через тарелку. Теплообмен в известном аппарате осуществл етс  на по верхности обрубок, внутри которых протекает теплоноситель, массобменв основном, на тарелке, работающей по типу барботажной, и частично - на поверхности жидкости, стекающей пленкой с наружной стороны трубок 2

Недостатками известного устройства  вл.тазтс  ограниченна  эффектив . ность тепло- и массообмена и произв дительность по газу и жидкости, что обусловлено следующим: используе- . ма  в устройстве масоообменна  та7 релка по конструкции близка к. обычной барботажной .тарелке ( в частности-колпачковой ). В св зи с этим ей присущи ограничени , св занные с  влени ми захлебывани  и уноса на барботажных тарелках, т.е. из- вестные ограничени  производительности по газу и жидкости. .

Выполнение проходов дл  газа через тарелки в виде трубки, открытый торец которой погружен в слой жидкости на тарелке, снижает эффективность массопередачи, так как барботируетс  лишь слой жидкости , наход щийс  выше торцов указанных трубок, а придонный слой в массопередаче не участвует. В с.в зи с секционирующим вли нием проход щих через тарелку теплообменных трубок и плохим распределением в жидкости газа, вытекающего из открытого торца газоотводной трубки (например, по сравнению с барботажным колпачком), барботажный слой .образуетс  лишь на части площади тарелки.Выполнение , узла распределени  жидкости по поверхности трубок в виде кольцевого зазора между тарелкой и трубкой уменьшает диапазон устойчивой работы конструкции, так как при малых нагрузках по жидкости или неточном расчете и изготовлении тарелок уровень жидкости на тарелках падаетниже обреза газоот водных трубок и тогда массообмен на тарелке вообще прекращаетс . Подобный узел распределени  затрудн ет также регулировку количества жидкости на тарелке, что важно, например, при абсорбции с медленной химической -реакцией. Наличие барботажа и св занных с ним пульсаций высоты газожидкостного сло  на тарелках ухудшает пространственную и временную равномерность распределени  жидкости по поверхности теплообменных трубок, так как движуща  сила истечени  чв рез кольцевой зазор - статический напор жидкости над плоскостью та1зелки - также пульсирует, В подобной конструкции область основного массорбмена (барботажный слой на тарелках) значительно удале на ОТ. теплообменной поверхности трубок, лишь небольшой частью своей длины погруженных в слой на тарелках . Это ограничивает и эффектнвносхь теплообмена и снижает движущу силу неадиабатических массообменных процессов. Цель изобретени  .- повышение производительности и эффективности процессов тепломассопереноса за счет создани  зигзагообра зного движени  газа по ступен м контакта Указанна  цель достигаетс  тем, что в тепломассообменнрм аппарате, включающем корпус, вертикальные теплообменные трубки и тарелки, снабженные порогами, узлами распред лени  стекающей жидкости по поверх;ности трубок и средствами дп  прохода газа через тарелку, полотнр тарелки между узлами распределени  жидкости выполнено сплошным, а сред ства дл  прохода газа выполнены в виде каналов, образованных стенкой корпуса и порогом тарелки, при этом часть теплообменных трубок уст новлена в них Целесообразно тарелки выполн ть в виде отдельных секций, соединен: ных друг с другом С помслцью гидрозатворов . . Секции каждой тарелки могут быть расположен ступенчато, с повд шенивм в сторону каналов дл  прохода газа по данной тарелке, Узлы распределени  стекгиощей жидкости по поверхности трубок выполнены в виде двух патрубкой, внут )еннего и внешнего, установленных коаксиально с теплообменными труб. камИг причем внутренний патрубок соединен .с тарелкой, а нижний торен Внешнего патрубка расположен ниже йерхнего торца внутреннего патрубка. Каналы дл  прохода газа могут быть расположены на противоположных сторонах корпуса. Преимуществами аппарата по сравнению с известными  вл етс  больша  производительность по газу и жидкости и высока  .эффективность тепло- и массообмена, что обусловлено следующим: . l. Размещение каналов дл  прохода газа на противоположных сторонах смежных тарелок позвол ет осуществить поперечный ток газа на каждой контактной ступени. Така  организа-: ци  контакта фаз позвол ет значительно увеличить производительность аппарата по газу, так как контакт-, на  ступень лишена подверженного . захлебыванию барботажного сло , а перекрестно-точный режим взаимодействи  .газа со стекающей по поверхности трубок жидкрстью позвол ет не опаса сь захлебывани f работать при высоких СКОРОСТЯХ газа, Значи-г тельного уноса в подобной конструкции при повышении скоростей газа, в отличие от барбО.тажных тарелок, можно не опасатьс , так как уносимые капли оседают при поперечном обтекании трубного пучка на поверхности трубок, а также сепарируютс  при резком повороте в каналах -дл  прохода газа. Увеличение линейной . скорости газа, а значит и. относительной линейной скорости фаз происходит , как известно, к росту, коэффициентов массопередачй. Наличие на каждой тарелке единственного канала дл  прохода газа, выполненнс го в виде сегментообразного зазора между стенкой корпуса и тарелкой позвол ет простым конструктивным решением добитьс  желаемого перекрестного тока газа по ступен м контакта при минимальном гидравлическом сопротивлении переходу газа между контактными ступен ми и хорошем начальном распределении газа поперечном сечении новой контактной ступени. Подобное исполнение кангшов дл  прохода газа ведет также к сокращению металлоемкости тарелок, 3, Выполнение тарелок в виде отдельных секций, соедин емых друг с другом с помощью гидрозатворов, позвол ет облегчить изготовление и сборку предлагаемого аппарата, особенно при большом диаметре и значительном количестве трубок. Гидрозатворы играют также роль резервных переливных устройств дл  перелива жидкости с тарелки на тарелку в случа х, когда узлы распределени  жидкости по каким-либо

причинам не в состо нии пропустить всю жидкость - например, когда нагрузка по жидкости столь велика, что пленочное стекание всесо ее количества невозможно.

Ступенчатое расположение секций каждой тарелки с повышением в сторону каналов дл  прохода газа по данной тарелке позвол ет улучшить равномерность и эффективность работы всего объема контактной ступени . Поскольку при поперечном токе газа статическое давление измен етс  вдоль тарелки, то перегтад НИИ в узлах распределени  стекающей жидкости по трубкам в разных зонах тарелки будет различным, что может привести к различной интенсивности орошени  трубок в этих зонах тарелок . Преодолеть указанную неравномерность можно, измен   (например,, ступенчато) движущую силу истечени  жидкости в узле распределени , т.е. статическое давление столба жидкости (ее уровень), Ступенчатым расположением секций можно достить и желаемого распределени  орошени  жидкости по зонам тарелки, в частности подавать больше жидкости в первые (по ходу газа) зоны тарелки , име  в виду поперечный перенос жидкости током газа в пределах ступни контакта. Уменьшение подачи жидкости на орошение в последние (по ходу газа) зоны тарелки позвол ет уменьшить возможный межступенчатый унос.

Выполнение узлов распределени  стекающей жидкости в виде двух, патрубков , внутреннего и внешнего,установленных коаксиально с теплообменными трубками, причем внутренний патрубок сопр жен с тарелкой, а нижний торец внешнего патрубка расположен ниже верхнего торца внутреннего патрубка, служит цел м создани  условий дл  устойчивого и равномерного орошени  наружной по- верхности теплообменных трубок в широком диапазоне нагрузок по жидкости . Сопр женные с перегородками внутренние патрубки совместно с порогами Обеспечивают поддержание на перегородке определенного уровн  жидкости, необходимого дл  орошени  всех трубок и сохран ющегос  вне зависимости от нагрузки по жидкости . Накопление жидкости на церегороках увеличивает также врем  ее пребыванк  в аппарате, что необходимо, например, в случае абсорбции с химической реакцией. В традиционных пленочных аппаратах обычно это врем  мало Прин тое взаиморасположение внутреннего и внешнего патрубко в узле распределени  приводит к тому, что на орошение трубки подаетс  жидкость из нижней части сло , накопленного на перегородке. Это преп тствует застою жидкости в придонных сло х и таким образом увеличивает эффективность массообмена в аппирате ..

На фиг. 1 представлен предложенный аппарат,общий фид на фит. 2 - узел Т на фиг. 1{ распределение стекающей жидкости на поверхности трубо ; на

0 фиг, 3 - разрез А-А на фиг. 1.

Теплообменный аппарат имеет корпус 1, внутри которого расположены вертикальные теплообменные трубки 2 и тарелки 3, выполненные, например, в виде ступенчато расположенных секций 4, соединенных гидрозатворами ,5, Тарелки 3 снабжены порогами 6, узлами распределени  7 сте . кающей жидкости по поверхности трубок и каналами 8 дл  прохода газа через тарелку, выполненными, например , в виде сегментнообразннЗГ зазоров между стенкой корпуса 1 и тарелкой 3. Узел распределени 

5 стекающей )кидкости 7 по поверхности трубок 2 может .быть выполнен в виде двух коаксиальных с теплообменными трубками 2 внутреннего 9 и внешнего 10 патрубков, причем внутренний патрубок 9 сопр жен с тарелкой 3,

а нижний торец внешнего патрубка 10 расположен ниже верхнего торца внутр;еннего патрубка 9.

Тепломассообменный аппарат работает следующим образом. Жидкость, поступа  на верхнюю та релку 3, растекаетс  по ней и узлами распределени 7 подаетс  в виде пленки на орошение наружной поверхности теплообменных трубок 2. Газ, поступающий в нижнюю часть аппарата, движетс  по зигзагообразной траектории , задаваемой тарелками 3. При поперечном обтекании трубок 2 межДУ тарелками 3 и при продольном их обтекании в каналах 8 дл  прохода газа в тарелках 3 газ взаимодейству .ет со., суекающей по трубкам 2 пленкой жидкости. При этом вследствие

высоких скоростей газа часть жидкости срываетс  с поверхности трубок 2 и в виде капель переноситс  газом на соседние трубки 2 или падает на тарелки 3. Газокапельный поток в пространстве между трубками

образует дополнительную зону контакта фаз. Накопленна  на тарелке 3 жидкость движетс  через зазор Между нижним торцом внешнего патрубка 10 и тарелкой, затем через зазрр межДУ внешним 10 и внутренним 9 патрубками поступает в зазор между внутренним патрубком 9 и трубкой 2 и далее через отверстие в тарелка 3 в виде пленки стекает по трубке 2.

Если узлы распределени  7 не справ

Claims (5)

1. ТЕПЛОМАССООБМЕННЫИ АППАРАТ для системы газ-жидкость, включающий корпус, вертикальные теплообменные трубки и тарелки, снаб

женные порогами, j 'злами распреде- AL . ь 1 U I fl· Li J L _1 U d f 1 Li t 1 . u J L

Фаг.1 ления стекающей жидкости по поверхности трубок и средствами для прохода газа через тарелку, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повышения производительности и эффективности процессов тепло- и массопереноса за счет создания зигзагообразного движения газа по ступеням контакта, полотно тарелок между ' узлами распределения жидкости выполнено сплошным, а средства для прохода газа выполнены в виде каналов, образованных стенкой корпуса и порогом тарелки, при этом часть .

: теплообменных трубок установлена в

2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что каналы для прохода.газа расположены на противоположных сторонах корпуса.

3. Аппарат по пп. 1 и 2^. о т лича ю щи й с я тем, что узлы распределения стекающей жидкости по поверхности трубок выполнены в виде двух патрубков, внутреннего и внешнего, установленных коаксиально с теплообменными трубками, причем внутренний патрубок соединен с тарел кой, а нижний торец внешнего патрубка расположен ниже верхнего торца внутреннего патрубка. .

4. Аппарат по пп. .1-3, от л ичающийся tqm, что тарелки выполнены в виде отдельных секций, соединенных одна с другой с помощью гидрозатворов. ,

5. Аппарат по пп.1-4, о т л ич а ю щ и й с я тем, что секции каждой тарелки.расположены ступенчато с повышением в сторону каналов для прохода газа.