SU691141A1 - Тепломассообменный аппарат - Google Patents

Description

I

Изобретение относитс  к конструкци м массообменных аппаратов и может быть использовано дл  переработки жидкостей, засор ющих аппараты, например, масл ных мисцелл, в пищевой , фармацевтической и химической промышленности .

Известен дистилл ционный аппарат вихревого типа, содержащий контактную т{убку, внутри которой установленывихревые элементы образующие зазор с контактной трубкой 1 .

Наиболее близок по технической сущности к предложеннолу тепломассообменный аппарат, содержащий корпус, контактные трубки и размещенные в них элементы, выполненные в виде лопаточных завихрителей и тангенциально расположенных пластин 2.

Конструкци  этих аппаратов позвол ет организовать только пленочное течение жидкой фазы , что в значительной мере сокращает поверхность контакта фаз. Кроме того, эта конструкци  не гозвол ет изготавливать аппараты большой единичной мощности. При увеличении диаметр контактной трубки интенсивность процесса массообмена снижаетс , так как через

центральную часть атшарата проскакивает паровой поток, который не контактирует с жидкой фазой. Последн   удерживаетс  центробежными силами на периферии. Внутренний объем аппарата используетс  нерационально.

Цель изобретени  - интенсификаци  процесса массообмена за счет увеличени  времени контакта фаз.

Это достигаетс  тем, что в тепломассообменном аппарате завихрители установлены последовательно по высоте, нижерасположенный завихритель имеет в своей центральной части окно дл  прохода газа (пара) и кажда  контактна  трубка снабжена прикрепленным к ее внутренним стенкам усеченным конусом, размещеннь1М верщиной над центральной частью выщерасположенного завихрител  и выполне|«ь1м с окнами на его боковой поверхности, снабженными бортами.

Claims (2)

1. Целесообразно в аппарате между лопаточными завихрител ми вертикально устанавливать тангенциально расположенные перекрывающие друг друга пластины; нижнюю кромку усеченного конуса располагать на рассто нии 5-10 мм от вышерасположенного завихрител , угол наклона лопаток вышерасположенного завихрител  иметь меньше нйжерасположегшого завихрител . На фиг. 1 изображен тепломассообменный аппарат, вертикальный разрез; на фиг. 2 - кон- тактна  трубка, вертикальный разрез. Тепломассообменный аппарат содержит корпус 1, контактные трубки 2, набра}шые в пакет по принципу кожухотрубного теплообменника, верхнюю крышку 3, днище 4 с барботером 5, патрубок 6 дл  отвода жидкой фазы. Аппарат имеет патрубок дл  отвода паровой фазы 7 и патрубки 8 дл  подачи исходного продукта. Кон тактна  трубка 2 имеет отверсти  9 дл  возврата жидкой фазы, выбрасываемой из аппарата в режиме, близком к захлебыванию. Внутри каждой контактной трубки 2 установлены с зазором 10 элементы, состо щие из центрального лопаточного завихрител  II и периферийного лопаточного завихрител  12, имеющего в своей центральной части окно 13 дл  прохода газовой фазы. Завихрители 11 и 12 соединены между собой с помощью вертикальных тангенциально расположенных и перекрывающих друг друга с зазором пластин 14. Кажда  контактна  трубка 2 снабжена прикрепленным к ее внутренним стенкам усеченным конусом 15, вер шина которого находитс  в центре центрального завихрител  11, а бокова  поверхность снабжена окнами 16 дл  прохода газовой (паровой) фа зы. По кромке окон 16 закреплены ограничительные бортики 17, позвол ющие организовать направленное движение жидкости от периферии к центру завихрител  11 без перетекани  ее через окна, что необходимо дл  предотвращени  уноса.g Тепломассообменный аппарат работает следующим образом. Жидкую фазу подают через патрубки 8 в каждую контактную трубку 2. Газова  (парова ) фа за поступает в аппарат через барботер 5 и подним етс  вверх. Приход  через элементы, она первоначально делитс  на два потока, один из которы проходит через окно 13, а другой закручиваетс  в завихрителе 12. Первый поток делитс  еще на две части. Одна из них направл етс  через тангенциально расположенные пластины 14 и при обретает закрученное движение с преобладанием радиального перемещени  (от центра к периферии ), а втора  - проходит через завихритель 11 также приобрета  закрученное дви)кение. Жидка  фаза стекает с вышележащего элемента через сливной зазор 10 и с помощью кону са 15 направл етс  в центр завихрител  11 ниже лежащего элемента. За счет сил трени  газовый (паровой) поток, проход щий через завихритель И, сообщает жидкости вращательное движение, что приводит к отбрасывангао жидкости в ради6 14 альном направлении центробежными силами. При соприкосновении жидкости с газовым (паровым) потоком, проход щим через тангенциально расположенные пластины 14, радиальное перемещекие жидкости усиливаетс , что приводит к увеличению силы удара жидкости о стенку контактной трубки 2 и уменьшает унос жидкости при ее движении от завихрител  11 к стенке контактной трубки 2. После удара о стенку жидкость стекает вниз по контактной трубке 2 в сливной зазор 10, при этом газовый (паровой) поток, проход щий через завихритель 12, закручивает стекающую пленку , турбулизиру  ее и увеличива  поверхность контакта фаз за счет волнообразовани . Газовый поток из нижележащего элемента поступает в выщележащий элемент через окна 16 в конусе 15. Ограничительные бортики 17 предотвращают унос жидкой фазы при ее перетекании с вышележащего элемента на нижележащий через конус. Процесс массообмена протекает везде, где есть контакт фаз. В аппарате имеютс  следующие зоны массообмена: в конусе, над завихрителем 11, между торцовыми кромками завихрител  11 и стенкой контактной трубки 2, в месте удара жидкой фазы о стенку контактной трубки 2, между верхними кромками завихрител  12 и местом удара жидкости о стенку. Практически осуществл етс  нетрерывный контакт фаз на прот жении всего движени  фаз в аппарате. Однако наиболее интенсивно процесс массообмена протекает в месте удара жидкости о стенку и между торцовыми кромками завихрител  11 и стенкой контактной трубки 2, так как именно здесь удаетс  максимально турбулизировать жидкую фазу и развить поверхность контакта фаз. Наличие конуса позвол ет избежать зон засто  и исключить забивание аппарата при работе на жидкост х засор ющих аппарат, например, масл ных мисцеллах. Как видно из вышеизложенного, дл  осуществлени  нормальной работы аппарата необходимо обеспечить определенное соотношение между потоками газа (пара), проход щими через завихрители 11 и 12. Количество газовой (паровой) фазы , проход щее через завихритель II, должно исключать проваливание жидкости через лопатки завихрител ; в то же врем  не должно быть уноса жидкости с завихрител  11 вверх. Количество газовой (паровой) фазы, проход щее через завихритель 12, должно обеспечивать стекание жидкости через сливной зазор 10, и позвол ть накапливать жидкость между завихрителем 12 и верхней кромкой конуса 15 в виде вращающейс  пленки. В рабочем диапазоне среднерасходных скоростей газовой (паровой) фазы (5-7 м/с) эти услови  обеспечиваютс  созданием различной степени закручивани  потока, т.е. степень закру5 чивани  центрального завихрител  J1 должна быт на 30-50% больше, чем степень закручивани  переферийного завихрител  12, например, за счет меньшего угла наклона лопаток. Подачу жидкой фазы необходимо производить непосредственно в область над завихрителем, так как именно над завихрителем наблюдаетс  максимальна  углова  скорость потока. Это позвол ет распыл ть жидкость в радиальном направ;гении центробежными силами с большей скоростью что увеличивает ее удар о стенку, а следовательйо приводит к интенсификации процесса массе. обмена. Дл  этого нижн   кромка усеченного конуса удалена от центрального завихрител  всего на 5-10 мм. Выше этого рассто ни  над завихрителем наблюдаетс  значительна  раскрутка потока , а значит - эффект распылени  и удара жидкости о стенку будет меньше. В насто щее врем  в аппаратах, набранных из контактных трубок по принципу кожухотрубного теплообменника, ис- пользуют контактные трубки диаметром 30-70 м Дл  достижени  необходимой производительности (10-20 т/ч) по жидкой фазе устанавливают от 30 до 100 контактных трубок, в зависимости от диаметра трубок и производительности аппарата . В св зи с этим возникает проблема равномерного распределени  жидкости по трубкам. До насто щего времени не существует конструквдй распределительных узлов, позвол ющих равномер но распредел ть жидкую фазу по контактным трубкам при работе последних в режиме противотока фаз. С цепью улучшени  распределени  жидкости по трубкам диаметр последних выбирают в пределах 200-400 мм, что позвол ет уменьшить количество контактных трубок до 5-15. В зтом случае становитс  возможным организовать индивидуальную подачу жидкости в каждую трубку , как показано на фиг. 1, и уменьшить габари|ты аппарата. Дальнейшее увеличение диаметра трубок ведет к увеличению габаритных размеров .аппарата. Формула изобретени  1.Тепломассообменный аппарат, содержащий корпус, контактные трубки и размещенные в них элементы, выполненные в виде лопаточныхзавихрителей , от личающийс  тем, что,с целью интенсификации процесса за счет увеличени  времени контакта фаз. завихрители установлены последовательно по высоте, нижерасположенный завихритель имеет в центральной части окно дл  прохода газа (пара) и кажда  контактла  трубка снабжена прикрепленным к ее внутренним стенкам усеченным конусом, размец1енным вершинойнад центральной частью вышерасположенного завихритсп  и выполненным с окнами на боковой поверхности, снабженными бортами . 2.Тепломассообмеиный аппарат по п. 1, о тличаюшийс  тем. что между лопаточными завихрител ми вертикально установлены тангенциаттьно расположенные перекрывающие друг друга пластины. 3.Тепломассообменный аппарат по пп. 1,2, отличающийс  тем, что нижн   кромка усеченного конуса расположена на рассто нии от вышерасположенного завихрнтеп . 4.Тепломассообменный аппарат по пп. 1,2,3, отличающийс  тем, что угол наклона лопаток выщерасположенного завихрител  меньше , чем угол наклона лопаток нижерасположенного завихрител . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 232189, кл. В 01 D 3/30, 1966.
2. 2.Николаев Н. А. и др.. Ректификационные колонны с вихревыми пр моточными ступен ми Теоретические основы химической технологии , т. 4, N 2, 1970, с. 261 (прототип).

   К

   JS

   ,17

   -15

   11

   т -/

   -/2

   .ю

   15