SU1713609A1

SU1713609A1 - Heat-mass exchange apparatus

Info

Publication number: SU1713609A1
Application number: SU904816663A
Authority: SU
Inventors: Михаил Игоревич Полтев; Аркадий Филиппович Гордзиевский; Виталий Александрович Тарасов; Сергей Александрович Пушкин; Владимир Васильевич Либа; Анатолий Захарович Линик; Геннадий Иванович Скляров; Арнольд Иванович Ильинцев
Original assignee: Всесоюзный научно-исследовательский институт химических средств защиты растений
Priority date: 1990-04-23
Filing date: 1990-04-23
Publication date: 1992-02-23

Abstract

Изобретение относитс к полым скоростным пр моточным тепломассообменным аппаратам, предназначенным дл проведени процессов абсорбции, хемосорбции, ректификации, пылеулавливани , может найти применение в химической и в р де других смежных отраслей промышленности и позвол ет предотвратить зарастание контактного патрубка твердой фазой и интенсифицировать процесс тепломассообмена за счет дополнительной турбулизаиии потоков взаимодействующих фаз. Аппарат включает10ы о,SThe invention relates to hollow high-speed direct-flow heat and mass transfer apparatus designed for carrying out the processes of absorption, chemisorption, rectification, dust removal, can be used in chemical and other related industries and prevents the overgrowth of the contact pipe by the solid phase and intensifies the process of heat and mass transfer due to additional turbulization of the flows of the interacting phases. The device includes 10s, S

Description

вертикальный цилиндрический корпус 1 со штуцерами ввода 2 и 3 и вывода 4 и 5 газа и жидкости соответственно, внутри которого установлена тарелка 6 с контактным патрубком 7, а верхней части которого расположен отражатель 8 с изогнутыми лопатками 9. Контактный патрубок 7 снабжен распределителем 10 газа, установленным в его нижней части и выполненным в виде полого усеченного конуса, ось которого проходит через точку пересечени оси контактного патрубка 7 с плоскостью, проход щей черезa vertical cylindrical body 1 with nozzles input 2 and 3 and output 4 and 5 of gas and liquid, respectively, inside which is installed the plate 6 with the contact pipe 7, and the upper part of which is the reflector 8 with curved blades 9. The contact pipe 7 is equipped with a gas distributor 10, installed in its lower part and made in the form of a hollow truncated cone, the axis of which passes through the point of intersection of the axis of the contact nipple 7 with the plane passing through

центры отверстий 11 дл подачи жидкости, выполненные Б контактном патрубке 7 на одном уровне. При этом большее основание 12 распределител 10 газа, параллельное его меньшему основанию 13 и непёрпеидикул рное оси контактного патрубка, жестко соединено с контактным патрубком 7, а верхн точка меньшего основани 13 расположена выше верхней точки большего основани 12 и лежит в плоскости, проход щей через центры отверстий 11 в контактном патрубке 7. 1 ил.the centers of the holes 11 for the fluid supply, made B contact pipe 7 at the same level. In this case, the larger base 12 of the gas distributor 10, parallel to its smaller base 13 and non-aperedoidal axis of the contact nozzle, is rigidly connected to the contact nozzle 7, and the upper point of the smaller base 13 is located above the upper point of the larger base 12 and lies in a plane passing through the centers holes 11 in the contact pipe 7. 1 Il.

Изобретение относитс к полым скоростным пр моточным тепломассообменным аппаратам, предназначенным дл проведени процессов абсорбции, хемосорбции, ректификации, пылеулавливани и может найти применение в химической и р де других смежных отраслей промышленности.The invention relates to hollow high-speed direct-flow heat and mass transfer apparatus designed for carrying out the processes of absorption, chemisorption, rectification, dust collection and can be used in chemical and other related industries.

Известен аппарат дл проведени тепломассообменных процессов в системе газ - жидкость в пр моточном режиме, включающий вертикальный цилиндрический корпус , тарелку, в центре которой установлен контактный патрубок, а также конусный отражатель с лопатками, установленный в верхней части контактного патрубка.A known apparatus for carrying out heat and mass transfer processes in a gas-liquid system in continuous flow mode includes a vertical cylindrical body, a plate in the center of which a contact nozzle is installed, and a conical reflector with blades mounted in the upper part of the contact nozzle.

Недостатки известного аппарата - низка эффективность тепломассообмена, повышенный брызгоунос в сочетании с узким диапазоном нагрузок по газовой фазе, что обусловлено невозможностью обеспечени устойчивого разделени двухфазного потока в сепарационной зоне, а также возможность зарастани контактного патрубка твердой фазой вследствие ограниченной турбулизации потоков взаимодействующих фаз в объеме контактного патрубка.The disadvantages of the known apparatus are low heat exchange efficiency, increased bryosgunos in combination with a narrow range of loads on the gas phase, which is due to the impossibility of ensuring stable separation of the two-phase flow in the separation zone, as well as the possibility of solidification of the contact branch pipe due to limited turbulization of the interacting phase flows in the volume of the contact branch pipe .

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому вл етс аппарат дл проведени тепломассообменных процессов, включающий вертикальный цилиндрический корпус со штуцерами ввода и вывода газа и жидкости , внутри которого установлена тарелка с первтрч«ым устройством и контактным патрубком , в верхней части которого установлен отражатель с изогнутыми лопатками, выступающими за контактный патрубок на ссто нме 0,25 - 0,4 его диаметра. При этом кажда лопатка заходит на 1/3 после дующей npw высоте лопаток 0,2 - 0,3 высоты П8тру§ка. Кроме того, указанный аппарат предполагает снабжение тарелки изогнутыии трубами, верхние концы которых расположены на уровне нихснего торца контактною патрубка. Предложенна конструкци аппарата обеспечивает повышение эффективности тепломассообмена за счет расширени диапазона рабочих скоростей по газу и уменьшени брызгоуноса. В то же врем сравнительно невысока турбулизаци газожидкостного потока в объеме контактногоThe closest in technical essence and the achieved result to the proposed is an apparatus for carrying out heat and mass transfer processes, including a vertical cylindrical body with fittings for gas inlet and outlet and a liquid inside which is installed a plate with a primary device and a contact nipple with a reflector in its upper part with curved blades protruding beyond the contact nozzle at a distance of 0.25 - 0.4 of its diameter. In this case, each blade comes in at 1/3 after the height of the blades following the npw is 0.2 - 0.3 times the height of the blade. In addition, the specified device involves the supply of a plate of bent pipes, the upper ends of which are located at the level of their full face with a contact nipple. The proposed design of the apparatus provides an increase in the efficiency of heat and mass transfer by expanding the range of operating velocities for gas and reducing the bryogonic content. At the same time, the relatively low turbulization of the gas-liquid flow in the volume of the contact

патрубка ограничивает возможности аппарата при работе на системах с твердой фазой , заметно про вл ющей адгезионные свойства, а также не позвол ет добитьс существенной интенсификации процессаnozzle limits the capabilities of the device when working on systems with a solid phase, which clearly exhibits adhesion properties, and also does not allow achieving a significant process intensification

тепломассообг ена. Последнее обсто тельство обусловлено отсутствием в аппарате элементов, обеспечивающих улучшение гидродинамической обстановки в зоне контзктз ,heat and mass transfer. The latter circumstance is due to the absence in the apparatus of elements that ensure the improvement of the hydrodynamic situation in the area of contr.

Цель изобретени - предотвращение зарастани контактного патрубка твердой фазой и интенсификаци процесса тепломассообмена за счет дополнительной турбулмзации потоков взаимодействующих фаз.The purpose of the invention is to prevent the overgrowth of the contact pipe by the solid phase and to intensify the process of heat and mass transfer due to additional turbulence of the flows of the interacting phases.

Поставленна цель достигаетс тем, что в тепломассообменном аппарате, включающем вертикальный цилиндрический корпус со штуцерами ввода и вывода газа и жидкости , внутри которого установлена тарелка сThe goal is achieved by the fact that in a heat and mass transfer apparatus, including a vertical cylindrical body with gas and liquid inlets and outlets, inside which is installed a plate with

контактным патрубком, а верхней части которого расположен отражатель с изогнутыми лопатками, контактный патрубок снабжен распредйлителем газа, усганоа-. ленным в его нижней части и выполненнымcontact nozzle, and the upper part of which is a reflector with curved blades, the contact nozzle is equipped with a gas distributor, usgano-. lazy at its bottom and executed

в виде полого усеченного конуса, ось кото- роге проходит через точку пересечени оси контактного патрубка с плоскостью, проход 1цей через центры отверстий дл подачи жидкости, выполненные в контактном патрубке на одном уроане. при этом большее основание распределител газа, параллельное его меньшему основанию и неперпендикул рное оси контактного патрубка, жестко соединено с контаюным патрубком, а верхн точка меньшего основани расположена выше верхней точки большего основани и лежит в плоскости, проход щей через центры отверстий в контактном патрубке .in the form of a hollow truncated cone, the axis of which passes through the point of intersection of the axis of the contact nipple with the plane, the passage by 1 cent through the centers of the fluid supply holes made in the contact nipple at one level. however, the larger base of the gas distributor, parallel to its smaller base and non-perpendicular to the axis of the contact nozzle, is rigidly connected to the contact nozzle, and the upper point of the smaller base is located above the upper point of the larger base and lies in a plane passing through the centers of the holes in the contact nozzle.

По сравнению с известным аппаратом в предлагаемом дополнительна турбулизаци потоков взаимодействующих фаз достигаетс путем снабжени контактного патрубка распределителем газа, установленным в его нижней части и выполненным в виде полого усеченного конуса, ось которого проходит через точку пересечени оси контактного патрубка с плоскостью, проход щей через центры отверстий дл подачи жидкости, выполненные в контактном патрубке на одном уровне, а также путем жесткого соединени с контактным патрубком большего основани распределител газа, параллельного его меньшему основанию и неперпендикул рного оси контактного патрубка в сочетании с расположением верхней точки меньшего основани выше верхней точки большего основани и в плоскости , проход щей через центры отверстий в контактном патрубке.Compared with the known apparatus, the proposed additional turbulization of the flows of the interacting phases is achieved by supplying the contact nozzle with a gas distributor installed in its lower part and made in the form of a hollow truncated cone whose axis passes through the intersection point of the axis of the contact nozzle with a plane passing through the centers of the holes for fluid supply, made in the contact nozzle at the same level, as well as by rigid connection with the contact nozzle of a larger base A gas elongator parallel to its smaller base and non-perpendicular axis of the contact nozzle in combination with the location of the upper point of the smaller base above the upper point of the larger base and in the plane passing through the centers of the holes in the contact nozzle.

Снабжение контактного патрубка распределителем газа, установленным в его нижней части и выполненным в виде полого усеченного конуса, ось которого проходит через точку пересечени оси контактного патрубка с плоскостью, проход щей через центры отверстий дл подачи жидкости, выполненные в контактном патрубке на одном уровне, обеспечивает направленный ввод газовой фазы в зону контакта, сопровождающийс образованием вертикальных вихревых потоков, многократно удар ющихс о внутреннюю поверхность контактного патрубка .The supply of the contact nozzle with a gas distributor installed in its lower part and made in the form of a hollow truncated cone, whose axis passes through the intersection point of the axis of the contact nozzle with a plane passing through the centers of the fluid supply holes on the contact nozzle at the same level, provides directional introducing a gas phase into the contact zone, accompanied by the formation of vertical vortex flows repeatedly impacting the inner surface of the contact nozzle.

Таким образом, степень турбулизации взаимодействующих фаз существенно возрастет . В результате достигаетс интенсификаци процесса тепломассообмена в аппарате и создаютс необходимые услови дл работы конструкции на сильно загр зненных сме-с х, про вл ющих склонность к отложению на контактных поверхност х . Жесткое соединение большего основани распределител газа, параллельного его меньшему основанию и неперпендикул рного оси контактного патрубка, с контактным патрубком преп тствует возникновению газового байпаса и предотвращает возможный провал жидкости а услови х ведени процесса в интенсивных гидродинамических режимах. Рекомендуема пространственна ориентаци пологоThus, the degree of turbulization of the interacting phases will increase significantly. As a result, an intensification of the process of heat and mass transfer in the apparatus is achieved and the necessary conditions are created for the operation of the structure on heavily contaminated mixtures, which are prone to deposition on the contact surfaces. The rigid connection of the larger base of the gas distributor, parallel to its smaller base and non-perpendicular axis of the contact nipple, with the contact nipple prevents the emergence of a gas bypass and prevents possible liquid failure under conditions of intensive hydrodynamic conditions. Recommended spatial orientation of the hollow

усеченного конуса, а также взаимное расположение его элементов создает предпосылки дл рационального использовани рабочего объема контактного патрубка, что, в свою очередь, также оказывает дополнительное турЪулизующее воздействие на систему .the truncated cone, as well as the mutual arrangement of its elements, creates the prerequisites for the rational use of the working volume of the contact nozzle, which, in turn, also has an additional tourist impact on the system.

На чертеже представлен тепломассообменный аппарат, продольный разрез.The drawing shows the heat and mass transfer apparatus, a longitudinal section.

Аппарат включает вертикальный цилиндрический корпус 1 со штуцерами ввода 2 и 3 и вывода 4 и Б газа и жидкости соответственно , внутри которого установлена тарелка 6 с контактным патрубком 7, в верхней части которого расположен отражатель 8 с изогнутыми лопатками 9. Контактный патрубок 7 снабжен распределителем 10 газа, установленным в его нижней части и выполненным в виде полого усеченного конуса, ось которого проходит через точку пересечени оси контактного патрубка 7 с плоскостью , проход щей через центры отверстий 11 дл подачи жидкости, выполненные в контактном патрубке 7 на одном уровне, При этом большее основание 12 распределител 10 газа, параллельное его меньшему основанию 13 и перпендикул рное оси контактного патрубка, жестко соединено с контактным патрубком 7, а верхн точка меньшего основани 13 расположена выше верхней точки большего основани 12 и лежит в плоскости, проход щей через центры отверстий 11 в контактном патрубке 7.The device includes a vertical cylindrical body 1 with fittings input 2 and 3 and output 4 and B of gas and liquid, respectively, inside which is installed the plate 6 with the contact pipe 7, in the upper part of which there is a reflector 8 with curved blades 9. The contact pipe 7 is equipped with a distributor 10 gas installed in its lower part and made in the form of a hollow truncated cone, the axis of which passes through the point of intersection of the axis of the contact pipe 7 with a plane passing through the centers of the fluid supply holes 11, you In this case, the larger base 12 of the gas distributor 10, parallel to its smaller base 13 and perpendicular to the axis of the contact nozzle, is rigidly connected to the contact nozzle 7, and the upper point of the smaller base 13 is located above the upper point of the larger base 12. and lies in the plane passing through the centers of the holes 11 in the contact nozzle 7.

Тепломассообменный аппарат работает следующим образом.Heat and mass transfer apparatus operates as follows.

Газова фаза поступает в вертикальный цилиндрический корпус 1 через штуцер 2 и направл етс в распределитель 10 газа, где формируетс .ее направленный поток, после чего попадает в контактный патрубок 7 и вступает во взаимодействие с жидкостью, подаваемой на контактирование с помощью отверстий 11, выполненных контактном патрубке 7 на одном уровне. Образующа с при этом двухфазна смесь, представл юща собой газожидкостную змульсию или пену, приобретает сложное вращательное движение и с большой скоростью поднимаетс в обьеме контактного патрубка 7, подверга сь многочисленным соударени м с его внутренней поверхностью. Наличие мощных турбулентных пульсаций приводит к значительной интенсификации процесса тепломассообмена, обеспечива возможность осуществлени аффективного контакта применительно к системам, характеризующимс повышенным содержанием твердой фазы, .про вл ющей склонность к инкрустации поверхности контакта. После прохождени контактного патрубка газежидкостна смесь поступает в отражатель 8 и, проход между его изогнутыми лопатками 9, закручиваетс и отбрасываетс к внутренней стенке корпуса 1. За счет центробежного эффекта закрученна жидкость сепарируетс и стекает по внутренней стенке корпуса на тарелку 6. откуда через отверсти 11 вновь подаетс на контактирование с восход щим потоком газа. Подпитка аппарата жидкостью и отвод ее избыточного количества осуществл етс с помощью штуцеров 3 и 5 соответственно, а газ, провзаимодействовавший с жидкостью, выводитс из рабочего объема через штуцер 4.The gas phase enters the vertical cylindrical body 1 through the nozzle 2 and is directed to the gas distributor 10, where a directional flow is formed, and then enters the contact nozzle 7 and interacts with the fluid supplied to the contact pipe 7 on the same level. The resulting two-phase mixture, which is a gas-liquid emulsion or foam, acquires a complex rotational motion and rises at high speed in the volume of the contact pipe 7, subjected to numerous collisions with its inner surface. The presence of powerful turbulent pulsations leads to a significant intensification of the heat and mass transfer process, making it possible to make affective contact with respect to systems characterized by an increased solids content, which is prone to incrustation of the contact surface. After passing the contact nozzle, the gas-liquid mixture enters the reflector 8 and, the passage between its curved blades 9 twists and is thrown towards the inner wall of the housing 1. Due to the centrifugal effect, the swirling liquid separates and flows down the inner wall of the housing to the plate 6. from where through the holes 11 again applied to contact with the upstream gas flow. The make-up of the apparatus with liquid and its excess amount is discharged with the help of fittings 3 and 5, respectively, and the gas, which interacts with the liquid, is removed from the working volume through fitting 4.

Claims

The invention includes a heat and mass transfer apparatus comprising a vertical cylindrical body with gas and liquid inlet and outlet nozzles, inside of which plates are installed. A with a contact pipe with fluid supply holes, in the upper part of which there is a reflector with curved blades, characterized by the purpose of preventing the overgrowth of the contact pipe by the solid phase and intensification of the process of heat and mass transfer

due to additional turbulence in the flows of the interacting phases, the contact nozzle is equipped with a gas distributor installed in its lower part and made in the form of a hollow truncated cone,

the axis of which passes through the point of intersection of the axis of the contact nozzle with the plane passing through the centers of the fluid supply holes made in the contact nozzle at the same level,

In this case, the larger base of the gas distributor, parallel to its smaller base and angled to the axis of the contact nipple, is rigidly connected to the contact nipple, and the upper point

the smaller base is located above the top of the large base and lies in the plane passing through the centers of the holes in the contact nozzle.