SU1142133A1 - Массообменный аппарат - Google Patents

Abstract

1. МАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ, включающий корпус, разделенный по высоте контактными пр моточными тарелками с соплами, с установленными на них контактными элементами, каждый из которых образован двум  плоскопараллельными пластинами, примыкающими к тарелке, и перевернутым плоскоовальным желобом с отогнутыми внутрь торцовыми кромками, установленным над тарелкой с зазором и образующим с плоскопараллельными пластинами . два плоских канала, расположенных над соплами, отличающийс  тем, что, с целью, интенсификации массообмена , контактные элементыснабжены дополнительными перегородками, установленными между плоскопараллельными пластинами и желобами, при этом в плоскопараллельных пластинах и перегородках вьтолнены поперечные окна с наклонными лепестками, прикрепленными к нижним кра м окон. 2.Аппарат по п.1, о т л и ч а ющ и и с   veM, что окна в дополнительных перегородках расположены по высоте в чередующейс  последовательности по отношению к окнам в плоскопараллельных пластинах. 3.Аппарат по п.1, отличающийс  тем, что плоскопараллельные пластины, дополнительные перегородки и лепестки выполнены перфорированными . 4.Аппарат по п.1, о т л а ющ и и с   тем, что плоскопарал-г лельные пластины установлены на раскчд сто нии от плоскости тарелок. 5.Аппарат по п.1, о т л и ч а ю щ и и с   тем,что контактные элементы снабжены металлическими сетками , установленными наклонно в каналах над соплами.

Description

Изобретение относитс  к конструк ци м массообменньк аппаратов и може быть использовано при проведении массообменных, химических и биологи ческих процессов,, очистки микротуманов , аэрозолей, улавливани  вредных веществ из промьшшенных газовых выбросов в системах газ (пар) жидкость . Известен тепломассообменный аппарат S включающий корпус ,с размещен ными по его высоте контактными тарелками в виде полотна с отверсти м и расположенными в них кольцевьс ш клапанами, снабженными переливными трубками, трубки выполнены чз соеди ненных между собой втулок, снабженных глухими перегородками 1 Недостатком данного изобретени   вл етс  низка  эффективность процесса масообмена. Это обусловлено тем, что взаимодействие фаз осущест л етс  лишь в зоне, где один поток пронизывает друго.й, остальной же объем аппарата дл  процесса массооб мена не используетс . Известен также массообменный ап парат, содержащий вертикальньй цилиндрический корпус, горизонтальные перегородки, дел щие корпус на .контактные камеры, контактные элементы выполненные в виде коаксиальных цилиндров 5расположенных в контактных камерах, завихрители и лереточные устройства, завихрители выполне ны в виде направл ющих цилиндров и размещенньпс на внутренней их поверх ности радиальных вогнутых лопаток и установлены под контактньми элементами 2 . Недостатками данного аппарата  в л ютс  сложность конструктивного . оформлени  и высокое гидравлическое сопротивление движению фаз. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  массообкен ный аппарат, включающий корпус, разделенньй по высоте пр моточными тарелками с сопла ми, с установленны ми на них контактными элементами, о разованными двум  плоскопараллельны ми пластинами, плотно примыкающими горизонтальной перегородке (тарелке ) и перевернутым плоскоовальным желобом, имеющим отогнутые внутрь торцовые кромки, желоб установлен над горизонтальной перегородкой и ооразует с плосконараллелbiiMf.in tr.iincтинамн два плоских канала, расположенных над соплсзвыми отверсти ми, с торцов каналы перекрываютс  отогнутыми внутрь кромками желоба, сопловые отверсти  ограничены с одной стороны плоскопараллельными плас тинами , а с другой - вертикальными перегородками ГЗ J. Недостатком известного контактного устройства  вл етс  низка  интенсивность процесса массообмена. Указанные недостатки обусловлены тем, что в известном контактном устройстве процесс массообмена интенсивно протекает в начальном участке плоских каналов и в зоне соударени  потоков. На участке же плоских каналов, следующих за входным (начальным участком) вплоть до зоны соударени  потоков, интенсивность процесса падает, ибо процесс взаимодействи  фаз протекает здесь в основном на поверхности газ - жидкостна  пленка, поднимающа с  по поверхности плоскопараллельных пластин и перевернутому плоскоовальному желобу, Мала  межфазна  поверхность пленки и ее быстра  насыщаемость снижают эффективность работы контактного устройства . Цель изобретени  - интенсификаци  процесса массообмена. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в массообменном аппарате, включающем корпус, разделенный по высрте контактными пр моточными тарелками с соплами, с установленными на них контактными элементами, каждьй из которых образован двум  плоскопараллельными пластинами, примыкающими к тарелке, и перевернутым плоскоовальным желсЗом с отогнутыми внутрь торцовыми кромками, установ-. ленным над тарелкой с зазором и образующим с .плоскопараллельными пластинами два плоских канала, расположенных над соплами, контактные элементы снабжены дополнительными пере-. городками, установленными между плоскопараллельными пластинами и желобамл , при этом в плоскопараллельных пластинах и перегородках выполнены поперечные окна с наклонными лепестками, прикрепленными к нижним кра м окон, -Окна в дополнительных перегородках -И в плоскопараллельных пластинах расположены по высоте в чередующейс  последовательности.

Плоскопараллельные пластины, дополнительные перегородки и лепестки . вьтолнены перфорированными.

Кроме того, плоскопараллельные пластины установлены на рассто нии от плоскости к тарелки.

Контактные элементы снабжены ме- . таллическими сетками, установленными наклонно в каналах над соплами.

Вьшолнение плоскопараллельных пластин с поперечными окнами и снабжение последних лепестками, прикрепленными к нижним кра м окон и установленных наклонно, позвол ет разорвать сформировавшуюс  пленку жидкоети , движущуюс  вверх по поверхности плоскопараллельных пластин, и направить ее по лепестку через окно по каналу , образованному двум  плоско параллельными пластинами, снова на . тарелку. Таким образом, создаютс  замкнутые циркул ционные циклы дл  жидкости на элементе. Установка допел-нительных перегородок с поперечными окнами, снабженными лепестками, позвол ет создать циркул ционные циклы дл  жидкости между этими дополнительными перегородками и перевернутыми плоскоовальными желобами. Установление металлических меток в каналах , вьтолнение плоскопараллельных пластин, дополнительных перегородок и лепестков перфорированными или чешуйчатыми способствует обновлению поверхности массообмена и, следовательно , интенсифицирует процесс.

На фиг.1 изображен предлагаемьй аппарат , продольньй разрезj на фиг;2 контактный элемент,плоскопараллельные пластины вьтолнены с поперечными окнами и снабжены лепестками, прикрепленными к нижним кра м окон и установленными наклонно; на фиг.З то же, (между плоскопараллельными пластинами и перевернутыми плоско-. овальными желобами устан овлены дополнительные перегородки с поперечными окнами, снабженными лепестками, окна расположены в чередун цейс  последовательности по отношению к окнам на плоскопараллельных пластинах ) , на фиг.4 - элемент перегородки с перфорацией (форма перфораций может быть округлой, овальной, квадратной , пр моугольной, трапециодальной , ромбической, секторной, сегментной и т.д.), 1,а фиг. 5 - элемент пергородки с поперечными окнами, снабжеными лепестками; на фиг.6 - вариант исполнени , когда лепесток выполнен перфорированным; на фиг.7 элемент перегородки, когда перфорации выполнены чешуйчатыми; на фиг.З - разрез А-А на фиг.7; на фиг.9 - гидродинамическа  картина в контактном элементе; на фиг.10 узел I на фиг.1 на фиг,11 - контактный элемент с сетками, установленными наклонно.

Массообменный аппарат состоит из корпуса 1, с установленными коаксиально ему с зазором, образующим кольцевую щель 2, обечайками 3, с перфораци ми 4, вьшолненными в верхней части. Аппарат секционирован по высоте пр моточными тарелками 5 с установленными на них контактными элементами 6. Над контактными элементами в каждой секции установлены:

завихритель 7, сепаратор 8, выполненный в виде набора радиальных криволинейных пластин с установленным по .оси конусом 9, расширитель,  вл ющийс  по назначению инерционным сепаратором 10. Вход ща  внутрь расширител  обечайка имеет сплошную стенку и примыкает к сепаратору. Штуцеры 11 и 12 предназначены дл  входа и выхода газа 13 и 14 соответственно дл  жидкости. Контактньй элемент 6 образован перевернутым плоскоовальным желобом 15, имеющим отогнутые внутрь торцовые кромки i6. Внутри элемента установлены плоскопараллельные пластины 17. Последние могут быть выполнены в виде П-образной одной пластины с окном 18 в ее верхней части. Плоскопараллельные пластины 17 и желоб 15 установлены на тарелке 5 с зазором 19 и 20 соответственно. Пластины 17 выполнены с поперечными окнами 21 и снабжены лепестками 22, прикрепленными к нижним кра м окон. В каналах 23, образованных пластинами 17 и желобами 15, могут устанавливатьс  дополнительные перегородки 24 с поперечными окнами 21, снабженными лепестками 22 и образук цие каналы 25. Окна 21 пластин 17 и перегородок 24 расположены в чередующейс  последовательности . В каналах 23 может быть установлен наклонно металлическа  сетка 26. Торцовые стороны контактного элемента прикрыты стенками 27. Контактньй элемент устанавливаетс  над соплами 28 на тарелках 5 и крепитс  к последним с помощью п тачков 29 (например, контактной сваркой, болтовым соединением и т.д. Величина зазора 30 между тарелками 5 и обечайками 3 регулируетс  перемещением тарелки 5 по штанге 31.Герметичность узла достигаетс  посредством уплотнительного элемента 32 и фланцевого соединени  33.

Аппарат работает следующим образом .

Газ подают через штуцер 11 в нижнюю часть аппарата, откуда JH через сопла 28 поступает в контактньй элемент 6, инжектиру  поступающую на тарелку жидкость. Основна  часть газожидкостного потока (эмульсии) по каналам 23 движетс  вверх, достигнув верхней (овальной) части желоба , потоки в элементе направл ютс  навстречу друг другу и соудар ютс .,. В результате резкого аэродинамического торможени  происходит интенсивное взаимодействие потоков, взаимопроникновение, дробление и коалесценци  капель. При этом частицы газожидкостного потока в момент удара приобретают знакопеременное ускорение, многократно переход  из . одной структурной единицы объема потока в другую. Часть жидкости в виде пленки поднимаетс  по поверхности пластин 17 и желоба 15, контактиру  с газом через поверхность пленки. Достигнув верхней кромки лепестков 22, жидкость срываетс  с них, дробитс  .на капли с образованием дополнительной поверхности массообмена и уноситс  с газожидкостным потоком жидкости в виде пленки, огибает лепесток и через окно 21 в виде пленки опускаетс  по обратной стороне пластин 17 на тарелку, откуда снова инжектируетс  газовым потоком далее весь процесс повтор етс . Р случае установки в контактном эла- :те дополнительных перегородок 24 процес протекает аналогично вйшеописанному с той лишь разйидей, что нисход щее движение пленки здесь происходит и в канале 25.

Металлическа  сетка (размер  чеек 5x5, 7x7 с толщиной проволоки 0,5-1 NIM) , установленна  в каналах 23, способствует дроблению и коалесценции капель эмульсии, т.е. дополнительной интенсификации процесса масообмена.

Выйд  из контактного элемента газожидкостной поток в виде мелкодисперсной насыщенной эмульсии поступает в завихритель 7, закручиваетс , и обтека  корпус 9, поступает в сепаратор 8. При движении в криволинейных радиальных каналах сепаратора за счет действи  центробежных сил из газожидкостного потока отде .л етс  жидкость и собираетс  в нижней части кожуха сепаратора 10, откуда по штуцеру жидкость поступает на нижеследующую ступень. Дополнительно очщенньм в инерционном сепараторе 10 газ поступает в вьш1ележащую секцию. При выходе из завихрител  7 в закрученном газожидкостном потоке часть жидкости под действием центробежных сил сепарируетс  и в виде пленки по обечайке 3 движетс  вверх. Достигнув перфораций 4 верхней части обечаек 3,  аздкость поступает в кольцевой канал 2 и по нему на тарелку , где снова инжектируетс  газовым потоком в контактном элементе. Изменением величины зазора 30 регулируетс  количество рециркулируемой жидкости в секции.

Таким образом, в данной конструкции аппарата имеетс  два независимых рециркул ционных контура: один на контактном элементе, другой по секции. Наличие рециркул ционных контуров позвол ет значительно снизить расход исходной жидкости в целом по аппарату, не снижа  объемного соотношени  потоков в контактном элементе и по секци м, что особенно важно при дефиците или высокий стоимости жидкой фазы.

. Расположение окон, снабженных лепестками , на пластинах 17 и дополнительных перегородках 24 в чередующейс  последовательности, при незначительном гидравлическом сопротивленииспособствует многократному изменению направлени  движени  газожидкостного потока, что ведет к перераспределению скоростей потока,созданию дополнительных вихревых зон за лепестками. Все это способствует интенсификации процесса массообмена. При выполнении пластин, дополнительных перегородок и лепестков перф7 рированными либо чешуйчатыми дополнительна  интенсификаци  процесса м сообмена достигаетс  за счет проник новени  части газожидкостного потока (в основном газовой фазы) в перфорации с последующим взаимодействи ем и разрушением стекающей пленки жидкости. Эффект инжекции в сочетании с эф фектом соударени  потоков, многокра ной -рециркул цией жидкости в контактном элементе и по секци м в сочетании с вышеописанными эффектами способствуют интенсификации процессов , протекаюищх в аппарате. К достоинствам данного аппарата следует отнести и возможность поэлементного моделировани  контактн зоны аппарата, что позвол ет создать аппараты любых размеров, практически неограниченные производител ности без нарушени  гидродинамики в контактных элементах. Движение фаз: пр моток в контакт ном элементе и по секции с общим противотоком в аппарате. Количество секций в аппарате определ етс  требовани ми технологии процесса. Была изготощтена лабораторна  модель аппарата диаметром 350 мм с одной ступенью контакта. Исследовани  проводились на системе газ жидкость: десорбци  кислорода из воды воздухом. Проведенные исследов ни  показали, что, эффективность массообмена возросла на 46-57% по сравнению с данными, опубликованными в периодической печати дл  случа  Скруббера, трубы Вентури и тарельчатой колонны. Результаты экспериментальных исследований свидетельствуют о преимуществе пред лагаемой модели аппарата по отношению к прототипу. 33« В насто щее врем  в промьшшенности дл  очистки отход щих газов от SOj при обработке серосодержащих минералов (свинцова . Цинкова , медна , олов нна  и др.) растворами аммиака, ксилидина, диметиланилина широко примен ютс  насадочные колонны с насадками: кольца Рашига, Лессинга , Пол  и Диксона, седлами Макмагона. Так дл  очистки отход щих газов цеха обжига цинковой обманки морской водой фирмы Электролитик Зинк Ко (Рисдон, Австрали ) работают 4 круглых, башни с дерев нной насадкой площадью 12,1 м кажда , диаметром 5 м, и высотой 5 м, достигаема  при этом эффективность более 95% при расходе газа и расходе воды 3,25-10 кг/ч. По совокупности показателей его качества, эти башни с дерев нной насадкой прин ты за базовый объект. К достоинствам указанных колонн следует отнести простоту конструкции и низкую их стоимость на изготовление . Недостатком данных колонн  вл етс  высокое гидравлическое сопротивление и низка  интенсивность процесса . Это обусловлено тем, что больша  часть объема контактной зоны зан та дерев нными досками, брусками. Массообмен протекает в основном на границе стекагацей по насадке пленке , быстра  насьщаемость последней снижает интенсивность процесса. Применение данного устройства по сравнению с базовым объектом позволит организовать интенсивный гидродинамический режим в аппарате, до минимума сократить продольное перемешивание по газу и интенсифицировать процесс массообмена.

Фиг. /

Фиг.д

ФигЛ

Фиг.7

/1-А

Фиг.8

гъ

Фиг. 9

I

Фиг. 10

Claims (5)

1. МАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ, включающий корпус, разделенный по высоте контактными прямоточными тарелками с соплами, с установленными на них контактными элементами, каждый из которых образован двумя плоскопараллельными пластинами, примыкающими к тарелке, и перевернутым плоскоовальным желобом с отогнутыми внутрь торцовыми кромками, установленным над тарелкой с зазором и образующим с плоскопараллельными пластинами · два плоских канала, расположенных над соплами, отличающийся тем, что, с целью, интенсификации массообмена, контактные элементы'снабжены дополнительными перегородками, установленными между плоскопараллельными пластинами и желобами, при этом в плоскопараллельных пластинах и перегородках выполнены поперечные ’окна с наклонными лепестками, прикрепленными к нижним краям окон.

2. Аппарат по п.1, о т л и ч а 'то- щи й с я тем, что окна в дополнительных перегородках расположены по высоте в чередующейся последовательности по отношению к окнам в ' 5 плоскопараллельных пластинах.

3. Аппарат' по п.1, отличающийся тем, что плоскопараллельные пластины, дополнительные перегородки и лепестки выполнены перфорированными .

4. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что плоскопараллельные пластины установлены на расстоянии от плоскости тарелок.

5. Аппарат по п.1, о т л и ч а тощи й с я тем,что контактные элементы снабжены металлическими сетками, установленными наклонно в каналах над соплами.

fesssA

ND