SU1098556A1 - Многокамерный тепломассообменный аппарат - Google Patents

Abstract

1. МНОГОКАМЕРНЫЙ ТЕПЛОМАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ, включающий корпус с патрубками дл  ввода и вывода фаз с контактными ступен ми, содержащими завихр ющее устройство, сепаратор , поддон и центральный патрубок , отличающийс  тем, что, с целью интенсификации процессов во всех ступен х контакта фаз за счет интенсивного отвода тепла и надежной сепарации частиц жидкости из газового потока на каждой ступени, верхний конец центрального патрубка расположен в ггоддоне вышележащей ступени и снабжен коаксйально установленным внутри него кольцом с отбортованной верхней кромкой , а .аппарат снабжен неподвижным профилированным диском с центральными жестко закрепленными лопаткамк , установленными над кольцом с отбортованной верхней кромкой. 2. Аппарат по п. 1, отличаю-д щ и и с   тем, что центральныйШ патрубок каждой ступени снабжен герСО метично установленным кожухом с патрубками дл  подачи и отвода хладс агента.

Description

со

00

ел

С71

а

Изобретение относитс  к аппарата дл  проведени  физико-химических процессов между газом и жидкостью, при которых выдел ютс  тепло, и может быть использовано в химической, фармацевтической, нефтехимической

и других отрасл х промышленности.

Важным фактором в работе теплообменных многоступенчатых аппаратов (колонн) дл  систем газ - жидкость  вл етс  эффективное взаимодействие между фазами и последующа  надежна  сепараци  жидкости после каждой ступени. Так как многие физико-химические процессы, происход щие между газом и жидкостью, сопровождаютс  значительным выделением тепла, то дл  эффективной работы всех ступеней необходимо отводить тепло после каждой ступени . Дл  Э.ТОГО требуютс  специальные теплообменные устройства, которы размещают внутри колонн или устанавливают вне аппарата. При этом важно, чтобы охладитель обладал хорошими теплообменными характеристиками и вписывалс  так, чтобы не увеличились общие габариты коЛОННЫ .

Известна колонна дл  проведени  процессов в системе газ - жидкость, в которой в зоне завихрител  установлен охлаждающий змеевик, способствующий более интенсивному проведению процессов, сопровождающи с  выделением тепла. Контактные устройства выполнены в виде ситчатых тарелок, на каждой из которых установлен конический патрубок и завихритель Cl.

Недостатком аппарата  вл етс  ограничение по скорости, так как.с увеличением скорости увеличиваетс  брызгоунос) что вли ет на эффективность аппарата. Кроме того, в контактном устройстве забиваетс  сйтчата  решетка. Колонны имеют большие размеры, они металлоемки.

Известен многокамерный теплообменный аппарат, включающий корпус с патрубками дл  ввода и вывода фаз с контактными ступен ми, содержащими завихр ющее устройство, сепаратор , поддон и центральный патрубок.

Газ поступает через тангенциальные щели завихрител  в рабочую зону камеры, дробит поступившую по сливной трубке жидкость на мелкие капли, вовлека  их во вращательное движение. В результате образуетс  динамический вращакщийс  двухфазный слой, в котором обеспечиваетс  непрерывное обновление поверхности. После контакта фаз жидкость сливаетс  через о.тверсти  в нижней стенке , а газ идет вверх в центральный патрубок, где на сетчатом цилиндре происходит сепараци  частиц жидкости , а затем идет в вышележащую ступень C2J.

Однако известный аппарат обеспечивает эффективную работу всех ступеней , если он используетс  дл  процессов , протекающих без выделени  тепла. Если аппарат используетс  дл  процесса, идущего с выделением тепла, то при подаче предварительно охлажденной жидкости будет эффективно работать только перва  ступень по ходу движени  жидкости. Затем жидкость по мере продвижени  из одной ступени в другую будет нагреватьс , а интенсивность работы ступени снижатьс .

Целью изобретени   вл етс  интенсификаци  процессов во всех ступен  контакта фаз за счет интенсивного отвода тепла и надежной сепарации частиц жидкости из газового потока на каждой ступени.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в многокамерном тепломассообменном аппарате, включающем корпус с патрубками дл  ввода и вывода фаз с контактными ступен ми, содержащими завихр ющее устройство, сепаратор , поддон и центральный патрубок , верхний конец центрального патрубка расположен в поддоне в|лшележащей ступени и снабжен коаксиально установленным внутри него кольцом с .отбортованной верхней кромкой а аппарат снабжен неподвижным профилированным диском с центральными жестко закрепленными лопатками, устновленными над кольцом с отбортованной верхней кромкой.

Кроме того, центральный патрубок каждой ступени снабжен герметично установленным кожухом с патрубками дл  подачи и отвода хладагента.

На чертеже изображен многокамерный тепломассообменный аппарат, продольный разрез.

Аппарат состоит из отдельных конструктивных ступеней, выполненных в виде вихревых; камер, расположенных одна над другой. Кажда  камера образована конической обечайкой 1, верхней профилированной стенкой 2, переход щей в центральный патрубок 3, и кольцевым поддоном 4 с верхней перфорированной конической стенкой 5. Камера снабжена патрубкалад 6 дл  подвода жидкости и 7 дл  слива жидкости.

В центральной части камеры образована рабоча  зона, ограниченна  верхней профилированно1. стенкой 2, нижней плоской стенкой 8 и завихрителем 9с тангенциальными щел ми.

Снизу к стенке 8 жестко закреплен .профилированный дирк 10, переход щий в кольцевой сборник 11 со сливной трубкой 12. Конец трубки введен в кольцевой поддон 4. В центре диска 10 закреплены ло патки 13, на которых установлено с зазором относительно внутренней поверхности центрального патрубка 3 кольцо 14 с отбо)товкой верхней кромки. Между перфорированной стенкой 5 и диском 10 образован кольцевой канал 15 дл  подачи газа в камеру, Снаружи центрального патрубка 3 концентрично ему герметично закреп лен кожух 16, представл ющий собой обечайку, ограниченную с двух сторон крышками. Между ними образуетс  полость 17 дл  циркул ции хладоносител . Кожух 16 снабжен патру ками 18 дл  и 19 дл  слива хладоносител . Нижн   камера, перва  по ходу движени  газа, снабжена патрубком дл  подачи газа в аппарат, верхн   последн   - выхлопным патрубком 21 В нижней камере газ до поступлени  в рабочую зону не контактирует с жидкостью, поэтому в ней не устано;злен сепаратор, и коническа  сте ка 5 кольцевого поддона 4 выполнен без перфорации. Так как в верхнюю . камеру жидкость не поддаетс , то о выполн ет только роль сепаратора, поэт-ому отсутствует узел охла кдени , а дл  слива отсепарированныхкапелек в нижней стенке 8 сделан отверсти  22. Полость 23, образова на  между стенкой 8 и профилирован диском 10, соединена с кольцевым поддоном 4 трубкой 24. Центральный патрубок 3 калщой нижележащей ступени введен в кольцевой поддон 4 вышележащей ступени и установлен так, чтобы между его торцевой кромкой и перфорированной Конической стенкой 5 образовалс  кольцевой зазор 25, через который жидкость сливаетс  в кольцевой поддон 4, причем центральный патрубок 3 нижележащей ступени при помощ фланца 26 крепитс  шпильками к кольцевому поддону 4 вышележащей ступени. Аппарат работает следующим образом . Газ вводитс  в нижнюю ступень . аппарата через патрубок 20 подачи газа, затем проходит через тангенциальные щели -завихрител  9, приобр та  за счет энергии газового потока вращательное движение, поступает в рабочую зону. В рабочую зону также поступает охлажденна  на вышележащей ступени жидкость . Газ на выходе из тангенциальных щелей дробит жидкость на мелкие частицы и вовлекает их в совместное вращательное движение , образу  двухфазный вращающийс  пенный поток, в котором протекают процессы тепломассообмена. Так как слив жидкости происходит сверху,а центробежные силы прижимают газожидкостную смесь к периферии , то в центре образуетс  в виде воронки зона разрежени . В аппарате пенньлй динамический поток занимает значительный объем в рабочей зоне, причем во вращающемс  слое происходит быстрое обновление поверхности контакта фаз. Это обеспечивает развитую поверхность контакта фаз, а в результате - эффективный тепломассообмен. Враща сь, мелкодисперсна  газожидкостна  смесь движетс  по верхней профилированной стенке 2 к центральному патрубку 3. Газ отдел етс  на воронкообразной поверхности газожидкостного сло , а жидкость тонким слоем поднимаетс  вверх по внутренней поверхности центрального патрубка 3, при этом оставшиес  в жидкости газовые пузыри выдел ютс  из тонкой пленки. За счет циркул ции хладоносител  в полости 17 в тонком слое пленки происходит интенсивное охлаждение жидкости. Охлажденна  жидкость сливаетс  через кольцевой зазор 25 в кольцевой поддон 4 вЕЛшележащей ступени, а затем отводитс  через патрубок 7 и подаетс  в рабочую зону нижележащей ступени. При повороте пленки жидкости в кольцевой зазор 25 с кромки патрубка мелкие капельки жидкости могут срыватьс  и вновь попадать в газовый поток. Дл  предотвращени  этого кол.ьцо 14 выполнено с отбортовкой верхней кромки и установлено с зазором относительно центрального патрубка 3, благодар  чему сорвавшиес  частицы жидкости направл ютс  в зазор межд/ кольцом 14 и центральным патрубком Зи за счет отбортованной кромки кольца попадают на перфорированную стенку 5 поддона, через отверсти  которой стекают в кольцевой поддон 4. Отделившись от жидкости, газовый, поток, враща сь, поднимаетс  по - центральному патрубку 3, проходит сепаратор и идет к завихрителю 9 вышележащей ступени. Очистка газа от капель происходит по ходу движени  газового потока. Часть капель отбиваетс  на лопатках 13, затем часть капель оседает на профилированном диске 10, особенно в центральной его части. Благодар  профилировке капли газовым потоком перемещаютс  по поверхности диска и попадают в кольцевой сборнк 11, и поток по сливной трубке12 стекает в кольиевой поддон 4. Проскочившие с вращающимс  газовым потоком частицы оседают на конической обечайке 1 и стекают по ней в кольцевой поддон 4 через отверсти  в перфорированной стейке подцона.

Энерги  газового потока не пол- . ностью тер етс  на ступени, ипройд  через тангенциальные щели следук дей ступени, газ получает дополнительную подкрутку и поступает в рабочую зону . Поэтому при такой организации движени  потока энерги  газового потока используетс  наиболее рационально . Процессы на каждой ступени повтор ютс .

В верхнюю ступень жидкость не подаетс , позтому, пройд  через сепаратор , газ попадает в сухую рабочую зону. Если в газе остались еще частички жи дкости, то они за счет вращени  и изменени  направлени  потока оседают и стекают через отвер сти  22 в полость 23 и по трубке 24 стекйют в кольцевой поддон 4. Газ выводитс  из аппарата через выхлопной патрубок 21.

В известныхпротивоточных аппарата где газ идет снизу, а жидкость сверху, .верхн   ступень работает лучше, чем нижн  . Это происходит потому, что в процессе работы жидкости в первой ступени нагреваетс , идет во вторую и там еще нагреваетс  и так далее. Соответственно эффективность работы ступени снижаетс .

Конструкци  предлагаемого аппарат позвол ет после контакта фаз на кажд ступени интенсивно отводить тепло, выделенное при этом, и надежно сепарировать частицы жидкости из газового потока. Благодар  сливу жидкости в верхней части кам&ры. жидкость при движении вверх за счет энергии вращающегос  газового потока образует на внутренней поверхности центРс ьного патрубка тонкую пленку. Наружна  поверхность центрального патрубка омлваетс  хладоносителем, циркулируемз1м в полости между центральным патрубком и кожухом. В результате , в каждой камере образован эффективный пленочный охладитель. Перед поступлением газа в рабочую зону вышележгицей ступени он подвергаетс  тщательной очистке от капель на сепараторе. Капли отбиваютс  на лопатках, оседают на профилированном диске и стекают в подцон. Бла ,годар  кольцу отбортовкой предотвращаетс  вторичное загр знение потока.

Таким образом, в предлагаемом аппарате создаютс  наилучшие услови  дл  интенсификсщии процессов.

Аппарат был установлен на линии получени  формалина дл  завершени  операции хемосорбции метанола и формальдегида с образованием водно-метаноловых растворов формальдегида . В аппарат подавались отход щие газы после абсорбционной колонны , которые в насто щее врем  выЗрасывают в атмосферу.

Результаты испытаний показали, что на одной технологической линии мощностью 30 тыс.т формалина в год дополнительно можно получить формалина до 3,78 кг/.ч и метанола до 42,73 кг/ч. Аппарат удобен в эксплуатации и имеет хорошие тепломассообменные характеристики.

Так как формальдегид  вл етс  сырьем дл  получени  удобрений, штастмасс и других видов продукции, то возможность получени  его без дополнительного расхода сырь   вл етс  важной народнохоз йственной згшачей.

В. услови х быстрого развити  производств химической промышленности внедрение эффективных тепломассообмен ных аппаратов имеет болшое значение и  вл етс  одним из факторов, улучшающих технико-экономческие показатели по всей отрасли.

Claims (2)

1. МНОГОКАМЕРНЫЙ ТЕПЛОМАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ, включающий корпус с патрубками для ввода и вывода фаз с контактными ступенями, содержащими завихряющее устройство, сепаратор, поддон и центральный патрубок, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процессов во всех ступенях контакта фаз за счет интенсивного отвода тепла и надежной сепарации частиц жидкости из газового потока на каждой ступени, верхний конец центрального патрубка расположен в поддоне вышележащей ступени и снабжен коаксиально установленным внутри него кольцом с отбортованной верхней кромкой , а аппарат снабжен неподвижным профилированным диском с центральными жестко закрепленными лопатками, установленными над кольцом с отбортованной верхней кромкой.

2. Аппарат поп. 1, отличаю-_с щ и й с я тем, что центральный ® патрубок каждой ступени снабжен герметично установленным кожухом с патрубками для подачи и отвода хладагента.

SU „„1098556