SU1510852A1 - Тепломассообменный аппарат - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к конструкции аппарата, который может быть использован дл  дегазации жидких продуктов из частиц полимеров водных суспензионных сред, вод ным паром. Цель изобретени  состоит в повышении интенсивности процесса дегазации, снижении энергетических затрат, увеличении межпромывочного пробега аппарата. Аппарат снабжен концентрично установленным внутренним царговым корпусом, в котором установлены тарелки с направленно ориентированными конусообразными контактными устройствами, переливы в форме усеченных с боков сегментов, установленные в них с зазором фигурные сливные планки с определенным соотношением конструктивных параметров. Кольцевой канал 7 закрыт верхней и нижней крышками с отверсти ми и дл  прохода части пара. Исходный раствор поступает через штуцер 25. Меньша  часть пара поступает в кольцевой канал 7, больша  последовательно проходит через тарелки 3. Суспензи  после обработки выводитс  через штуцер 24 аппарата, парогазова  смесь-через штуцер 26. 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

Description

сд

00

ел го

Изобретение относитс  к химическому машиностроению , а именно к тарельчатым колонным аппаратам дл  проведени  тепло- массообменных процессов в системах пар (газ) - жидкость, пар (газ) - жидкость - твердое, преимущественно дл  (выделени ) дегазации газообразных и жидких продуктов из частиц (гранул) полимеров и катионитов, взвешенных в суспензионных средах, вод ным паром.

Целью изобретени   вл етс  повышение интенсивности процесса дегазации газообразных и жидких продуктов из частиц (гранул ) полимеров и катионитов, взвешенных в суспензионных средах вод ным паром.

10

ставки зазоров боковых и центрального участков фигурной планки 1,2-1,5:1, а верхн   кромка боковых участков опущена на 0,1-0,2 высоты сливной планки ниже, чем на центральном участке. Донна  часть в шахматных переливах установлена наклонно под углом 7-10°.

Аппарат работает следующим образом.

Исходный раствор суспензии поступает на верхнюю тарелку через штуцер 20 и равномерно распредел етс  через щель 21 по полотну тарелки как в пристенную 22, так и центральную 23 зону. Поступающа  из перелива жидкость подхватываетс  паровыми стру ми, истекающими из конусообразных

На фиг. 1 изображен аппарат, продоль- 15 контактных устройств 5, при этом часть энерный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - узел I на фиг. 1; на фиг. 4 - узел II на фиг. 1; на фиг. 5 - конусное шелевое отверстие; на фиг. 6 - вид Б на фиг. 2; на фиг. 7 - узел III на фиг. 2.

Паровые и жидкостные потоки обозначены соответственно штриховыми и сплошными лини ми.

Аппарат содержит корпус I и расположенный коаксиально ему внутренний разъемный корпус 2 с расположенными по высоте контактными тарелками 3, состо щими из полотна 4, контактных устройств 5, переливов б. Кольцевой канал 7 закрыт верхней крьипкой 8 с сальниковым устройством 9 и отверсти ми дл  выхода несконденсировавшихс  паров 10. Нижн   крышка 11 содержит отверстие 12 дл  ввода пара и вывода конденсата. Внутри переливов 6, имеющих донную часть 13, установлены сливные планки 14, разделенные на центральный 15 и боковой И) участки.

Сливные планки 14 установлены с зазором 17. Нижн   кромка 18 сливной планки опущена ниже полотна тарелки 4, а верхн   19 подн та над ним. В аппарате тарелки смонтирОЕзаны в царгах внутреннего корпуса . Тарелки снабжены контактными устройствами , выполненными в виде полуконических оболочек с вершиной вверх и нижними кромками треугольных выходных отверстий , рас11 г1оженных в вершинах квадратов на диагонал х, перпендикул рных продольной оси тарелки. Переливы имеют форму усе ченных с боков сегментов. В переливы с зазором 0,05-0,20 высоты сливной планки вставлены фигурные сливные планки, заглубленные ниже полотна тарелки на 0,15-0,35 высоты перегородки. Кольцевой межкорпусной канал закрыт крышками, имеющими отверсти  дл  прохода 0,2-0,1 объемного количества пара, поступающего в аппарат, верхн   кольцева  крышка снабжена периферийным сальниковы.м устройством. Верхн   кромка фигурной планки подн та под полотном тарелки на высоту 0,05-0,15 диаметра аппарата, соотношение величин вы25

30

гии вдуваемого в жидкость парового потока затрачиваетс  на формирование парожид- костного потока и его транспортирование к переливу, друга  - на процесс массоопереда2Q чи. Поступающа  к переливу преимуществен- по придонна  часть парожидкостного потока через зазор 17 между стенкой перелива и сливной планкой поступает в перелив 6, увлека  за собой оседающие гранулы, друга  сливаетс  в перелив через верхнюю кромку 19. Аналогично жидкость поступает из перелива на полотно нижележащей тарелки Жидкость из перелива нижней тарелки поступает в кубовую часть аппарата, из которой выводитс  через штуцер 24.

Пар вводитс  в кубовую часть через штуцер 25 и раздел етс  на два потока. Один поступает во внутренний корпус и последовательно поднима сь вверх, контактирует с жидкостью, наход щейс  на тарелках, обогаща сь газообразным продуктом, удал емым из гранул, а затем - в верхнюю часть аппарата. Другой поток поступает через отверстие 12 в межкорпусное пространство, где, конденсиру сь, передает тепло внутреннему корпусу аппарата. Несконденсировавшиес  пары и газы через отверсти  10 удал ютс  также в верхнюю часть аппарата, из которой вывод тс  через штуцер 26. Раствор поступает через штуцер 27.

Установка тарелок с контактными устройствами во внутреннем корпусе позвол ет

45 устранить их неэффективную работу, св занную с провалом жидкости вследствие непосто нства расхода парогазовой смеси по высоте аппарата. Непосто нство расхода св зано с частичной конденсацией пара вследствие тепловых потерь, нагревом вход щей

суспензией. Провал жидкости уменьшает врем  пребывани  в аппарате,  вл етс  причиной снижени  качества продукта, способствует осаждению и слипанию гранул на полотне тарелки, особенно в пристенной и лопереливной зонах. Снижение конденсации достигаетс  подачей части (0,2-0,1) вводимого в куб аппарата пара в межкорпусный кольцевой канал через отверстие в нижней

35

40

ставки зазоров боковых и центрального участков фигурной планки 1,2-1,5:1, а верхн   кромка боковых участков опущена на 0,1-0,2 высоты сливной планки ниже, чем на центральном участке. Донна  часть в шахматных переливах установлена наклонно под углом 7-10°.

Аппарат работает следующим образом.

Исходный раствор суспензии поступает на верхнюю тарелку через штуцер 20 и равномерно распредел етс  через щель 21 по полотну тарелки как в пристенную 22, так и центральную 23 зону. Поступающа  из перелива жидкость подхватываетс  паровыми стру ми, истекающими из конусообразных

5

0

гии вдуваемого в жидкость парового потока затрачиваетс  на формирование парожид- костного потока и его транспортирование к переливу, друга  - на процесс массоопередаQ чи. Поступающа  к переливу преимуществен- по придонна  часть парожидкостного потока через зазор 17 между стенкой перелива и сливной планкой поступает в перелив 6, увлека  за собой оседающие гранулы, друга  сливаетс  в перелив через верхнюю кромку 19. Аналогично жидкость поступает из перелива на полотно нижележащей тарелки Жидкость из перелива нижней тарелки поступает в кубовую часть аппарата, из которой выводитс  через штуцер 24.

Пар вводитс  в кубовую часть через штуцер 25 и раздел етс  на два потока. Один поступает во внутренний корпус и последовательно поднима сь вверх, контактирует с жидкостью, наход щейс  на тарелках, обогаща сь газообразным продуктом, удал емым из гранул, а затем - в верхнюю часть аппарата. Другой поток поступает через отверстие 12 в межкорпусное пространство, где, конденсиру сь, передает тепло внутреннему корпусу аппарата. Несконденсировавшиес  пары и газы через отверсти  10 удал ютс  также в верхнюю часть аппарата, из которой вывод тс  через штуцер 26. Раствор поступает через штуцер 27.

Установка тарелок с контактными устройствами во внутреннем корпусе позвол ет

5 устранить их неэффективную работу, св занную с провалом жидкости вследствие непосто нства расхода парогазовой смеси по высоте аппарата. Непосто нство расхода св зано с частичной конденсацией пара вследствие тепловых потерь, нагревом вход щей

суспензией. Провал жидкости уменьшает врем  пребывани  в аппарате,  вл етс  причиной снижени  качества продукта, способствует осаждению и слипанию гранул на полотне тарелки, особенно в пристенной и око5 лопереливной зонах. Снижение конденсации достигаетс  подачей части (0,2-0,1) вводимого в куб аппарата пара в межкорпусный кольцевой канал через отверстие в нижней

5

0

крышке. Измен   число отверстий за счет СН51ТИЯ заглушек, можно регулировать тепловой режим обогрева корпуса.

Если число отверстий не обеспечивает поступлени  в межкорпусное пространство 0,1 объемного количества пара, снижаетс  интенсивность процесса дегазации на тарелках . При числе отверстий, пропускающих паровой поток большим, чем 0,2 обш.его расхода пара, на тарелках наблюдаетс  провал жидкости.

Поскольку мол рный перенос растворител  в гранулах характеризуетс  низкой скоростью , обеспечение заданной производительности по извлекаемому продукту может быть достигнуто только за счет применени  контактных устройств, способных создавать развитую поверхность межфазного контакта пар-твердое. Этому требованию в наибольшей степени отвечает барботажный режим работы, создаваемый на контактных тарелках с высокими сло ми жидкости и конусообразными щелевыми выходными отверсти ми . Конусообразные щелевые отверсти  позвол ют получать на срезе выходного отверсти  паровую струю с широким углом раскрыти , исключающим осаждение гранул на отметаемом участке между щел ми. Шахтное положение щелей позвол ет иметь оптимальную конфигурацию отметаемого парогазовой струей участка полотна тарелки, не имеющего застойных зон. Выход ща  из щелей затопленна  парова  стру  затем отрываетс  от полотна тарелки и дробитс  на отдельные пузырьки, поднимающиес  вверх. Пузырьки пара, обволакиваемые жидкостью с распределенными гранулами полимера, облада  большой поверхностью испарени , создают б.тагопри тные услови  дл  перехода газообразного растворител  в паровое пространство пузырька. Всплываккцие пузырьки , непрерывно мен   свою форму и величину , способствуют быстрому обновлению поверхности с подводом к границе раздела фаз новых гранул. Вход ща  в поры гранул вода увеличивает интенсивность .мол рного переноса растворител , поскольку те.мперату- ра кипени  смеси растворитель - вода ниже температуры кипени  чистого растворител .

Обеспечение качественной дегазации в аппарате достигаетс  за счет выполнени  услови , что суммарное врем  пребывани  суспензии на отдельных тарелках больше времени мол рного переноса растворител  в гранулах. Врем  пребывани  на отдельных тарелках при посто нном расходе зависит от высоты сливной прегородки. Оптимальное врем  пребывани  суспензии на тарелках аппарата соответствует высоте сливных перегородок (0,05-0,15) диаметра аппарата. Оптимальное врем  пребывани  суспензии на таре.тках соответствует наиболее полному извлечению выдел емого газообразного ком0

5

0

5

5

0

понента из гранул суспензии. Это врем  определ етс  общей задержкой жидкости на тарелках, завис щей от высоты сливных перегородок .

При ,05 диаметра аппарата суммарное врем  пребывани  жидкости не обеспечивает полноту извлечени  газообразного контакта компонента, а при hcj,0,15 диаметра аппарата суммарное врем  обработки превышает допустимое, привод щее к деструкции гранул суспензии.

Работа барботажной тарелки без осаждени  гранул в пристенной и околосливной зонах зависит от конструктивной формы узлов ввода и вывода жидкости с тарелки. Сегментные переливы с хордовыми распределительными и сливными планками не обеспечивают равномерный ввод и сток жидкости как в пристенные, так и центральную зону тарелки и из них. Выполнение перелива в виде усеченного с боков сегмента позвол ет через донный зазор в переливе осуществл ть направленный ввод жидкости в различные зоны тарелки, способствующий улучшению структуры жидкостного сло  на тарелке, исключению образовани  застойных зон и исключению осаждени  гранул в пристенной области. Снижению неравномерности работы тарелки способствует также установка на полотне тарелок паровых каналов со щелевыми контактными устройствами, направ- ленными в сторону слива жидкости. Направленное перемещение жидкости со взвешенными гранулами под действием вздуваемого в слой жидкости пара  вл етс  эффективным средством удалений осаждающих гранул. Исследование профилей скоростей жидкости около сливных перегородок показывает наличие около перегородок замкнутых зон пониженной циркул ции,  вл ющихс  источником повыщенной опасности осаждени  гранул. В качестве одного из способов исключени  образовани  застойных зон около переливных планок  вл етс  установка в переливе фигурных сливных планок с зазором 0,05-0,2 высоты сливной планки по отношению к стенке перелива и их заглубление на 0,15-0,35 высоты сливной планки.

Выполнение сливной планки в виде фигур ной ломаной линии способствует эффективному стоку жидкости из пристенной зоны тарелки за счет исключени  преп тствий (стенки аппарата) на пути вылета ниспадаю0 щих в переливе боковых струй.

При установке сливных планок с зазором менее 0,05 высоты сливной планки через зазор сливаетс  менее общего потока жидкости на тарелке, а при зазоре бо лее 0,2 высоты сливной перегородки через зазор сливаетс  более половины общего потока с одновременным уменьшением статического сло  жидкости по длине тарелки. Это технологически нерационально.

Выполнение нерегородок с заглублением менее 0,15 общей высоты сливной планки не позвол ет осуществл ть равномерный ввод жидкости через зазор в перелив, а при глубине больщей 0,35 высоты сливной планки наблюдаетс  ударный слив жидкости.

Усиление стока жидкости в перелив из фистенной зоны под действием посто нного гидродинамического напора может быть достигнуто за счет установки верхних кромок боковых планок ниже, чем центральной на величины 0,1-0,2 общей высоты планки, так и выполнение зазоров в различных част х сливной планки с различным соотнощением широт 1,2-1,5:1.

Установка верхних кромок боковых планок ниже, чем О, высоты сливной планки способствует незначительному усилению стока жидкости из пристенной зоны (менее 10%) а при опускании ниже 0,2 высоты сливной пленки снижаетс  обща  равномерность распределени  жидкости на плоскости тарелки.

При относительной ширине зазора меньше 1,2 зазор не усиливает сток жидкости с боков перелива, а при относительной ширине больше 1,5 наблюдаетс  усиленный локальный сток жидкости через зазор с направлением незначительной части жидкости через верхнюю сливную кромку.

Усиление стока достигаетс  за счет увеличени  сечений стекающих жидкостных струй.

Дл  усилени  стока жидкости из перелива и исключени  образовани  отложений гранул в переливе донна  часть выполнена наклонно под углом 7-10°.

При выполнении донной части перелива

Claims (5)

1.Тепломассообменный аппарат, включающий корпус, расположенные по высоте тарелки с контактными устройствами, шахт ными сегментными переливами с перегородками и сливными планками, щтуцера и люки технологического назначени , отличающийс  тем, что, с целью повыщени  интенсивности процесса дегазации газообразных и жидких продуктов из частиц (гранул) полимеров и катионитов, взвешенных в водных суспензионных средах вод ным паром, снижени  энергетических затрат, увеличени  межпромывочного пробега, он снабжен концентрич- но установленным дополнительным царго- вым корпусом с торцовыми крышками с отверсти ми , при этом тарелки расположены в царгах дополнительного корпуса, контактные устройства выполнены в виде полукони2Q ческих оболочек с вершиной вверх и нижними кромками треугольных вь1ходных отверстий , расположенных в вершинах квадратов на диагонал х, перпендикул рных продольной оси тарелки, а переливы имеют форму усеченных наклонно с боков сегментов,

25 сливные планки вставлены в переливы с зазором 0,05-0,20 высоты перегородки и заглублены ниже полотна тарелки на 0,15- 0,35 высоты перелива.

2.Аппарат по п. 1, отличающийс  тем, ,. что, с целью компенсации температурных деформаций царгового корпуса, верхн   крышка снабжена периферийным сальниковым устройством.I

3.Аппарат по пп. 1 и 2, отличающийс  тем, что, с целью обеспечени  оптимального

40

под углом меньшим 7° наблюдаетс  наличие 5 времени пребывани  суспензии на тарелках,

верхн   кромка сливной планки расположена под полотном тарелки на высоте 0,05- 0,15 диаметра аппарата.

4.Аппарат по пп. 1-3, отличающийс  тем, что, с целью усилени  бокового стока жидкости из околокорпусного пространства в перелив, сливна  планка выполнена фигурной , при этом соотношение величин выставки зазоров боковых и центрального участков фигурной сливной пленки составл ет 1,2-1,5:1, а верхн   кромка боковых участков фигурной сливной планки опушена на 0,1-0,2 высоты сливной перегородки ниже, чем на центральном участке.

5.Аппарат по пп. 1-4, отличающийс  тем, что, с целью исключени  осаждени  час50 тиц (гранул) суспензии в шахтных переливах , донна  часть перелива установлена наклонно под углом 7-10°.

застойных зон в переливе при стоке жидкости , а выполнение под углом наклона большим 10° требует увеличение высоты, и следовательно , межтарельчатого рассто ни , что увеличивает металлоемкость аппарата.

Улучшению общего стока жидкости из перелива и усилению дегазации жидкости в переливе способствует струйный сток части жидкости из щелевого зазора, формируемый за счет заглублени  сливной планки ниже полотна тарелки. Динамический напор ниспадающей струи увеличивает как общий напор дл  истечени  из перелива , так и разрушает пену в переливе.

С целью компенсации температурных напр жений верхн   крыщка снабжена сальниковым устройством, скольз щим по корпусу аппарата и предотвращающим его раз- ру1пение.

45

Формула изобретени 

1.Тепломассообменный аппарат, включающий корпус, расположенные по высоте тарелки с контактными устройствами, шахт ными сегментными переливами с перегородками и сливными планками, щтуцера и люки технологического назначени , отличающийс  тем, что, с целью повыщени  интенсивности процесса дегазации газообразных и жидких продуктов из частиц (гранул) полимеров и катионитов, взвешенных в водных суспензионных средах вод ным паром, снижени  энергетических затрат, увеличени  межпромывочного пробега, он снабжен концентрич- но установленным дополнительным царго- вым корпусом с торцовыми крышками с отверсти ми , при этом тарелки расположены в царгах дополнительного корпуса, контактные устройства выполнены в виде полукониQ ческих оболочек с вершиной вверх и нижними кромками треугольных вь1ходных отверстий , расположенных в вершинах квадратов на диагонал х, перпендикул рных продольной оси тарелки, а переливы имеют форму усеченных наклонно с боков сегментов,

5 сливные планки вставлены в переливы с зазором 0,05-0,20 высоты перегородки и заглублены ниже полотна тарелки на 0,15- 0,35 высоты перелива.

2.Аппарат по п. 1, отличающийс  тем, . что, с целью компенсации температурных деформаций царгового корпуса, верхн   крышка снабжена периферийным сальниковым устройством.I

3.Аппарат по пп. 1 и 2, отличающийс  тем, что, с целью обеспечени  оптимального

2J

п

I

сриг.З

И

11

сригЛ

фиг. 5

Ж

15

фиг.7

Вадб

77

фиё.5