Массообменный вихревой аппарат

Массообменный вихревой аппарат

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1 .МАССООБМЕННЫЙ ВИХРЕВОЙ АППАРАТ , состоящий из корпуса и уста-, новленных в нем коаксиальных перфорированных и сплошных перегородок в виде цилиндров усеченных конусов, разделяющих внутреннюю полость аппарата на несколько ступеней, и устройство для перетока жидкости из вышележащей ступени в нижележащую ступень, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности за счет стабилизации вихревого струйно-пленочного режима работы, основания каждого усеченного конуса соединены с соответствукадими по размерам основаниями соседних ко-. нусов, 2. Аппарат по п. 1, отличающий с я тем, что.устройство для пег- S ретока жидкости выполнено в виде отщ верстия в нижней части перфорирован (Л ной перегородки, кромки которого отогнуты вниз. X/ 00 а о ы

„.Я0„„1 01866

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3375820/23-2б (22) 04. 01. 82.

- (4б) 23. 05.83. Бюл. Р 19 (72) Ю. Ф. Артамонов, В ° Ф. Бурлачкин, Л. Ф. Егоров, В. Г. Осыка, Ю. И. Жу-, равлев, О. В. Лебедев, В. К. Фомин, Б. Ю. Ягуд и A. С. Байрашин (53)бб.015.23.05(088.8) (5б)1. Авторское свидетельство СССР

9 401372 кл. В 01 D 3/22, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

9 721114, кл. В 01 D 53/20, 1977.

3. Авторское свидетельство СССР

В 493232, кл. В 01 D 3/22, 1973.

4 ° Авторское свидетельство СССР

9 401373, кл. В 01 D 3/30, 1972. (54) (57) 1.МАССООБИЕННЫЙ ВИХРЕВОЙ АП-

GAPAT, состоящий из корпуса и уста-, новленных в нем коаксиальных перфо3 0В 01 D 3/30; В 01 D 3 22 рированных и сплошных перегородок в виде цилиндров усеченных конусов, разделяющих внутреннюю полость аппарата на несколько ступеней, и устройство для перетока жидкости из вышележащей ступени в нижележащую ступень, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности за счет стабилизации вихревого струйно-пленочного режима работы, основания каждого усеченного конуса соединены с соответствующими по размерам основаниями соседних ко-, нусов.

2. Аппарат по и ° 1, о т л и ч а юшийся тем, что.устройство для перетока жидкости выполнено в виде от- Я верстия в нижней части перфорированной перегородки, кромки которого отогнуты вниз.

1018667

Изобретение относится к аппаратуре для массообмена и. теплообмена в системах гаэ-жидкость и может быть использовано в химической промышленности, черной и цветной металлургии, в процессах газоочистки, десорбции, абсорбции, увлажнения и очистки газов, широко применяемых в различных областях народного хозяйства.

Известен аппарат для проведения процессов массообмена, состоящий из I0 корпуса с установленными в нем попарно эллиптической формы тарелками— нижней и верхней, расположенными вынутостями навстречу друг другу. Нижняя тарелка из каждой пары прикреп- 15 лена к:.корпусу при помощи кронштей нов, а верхняя связана с нижней уголками. Над нижней тарелкой установлена кольцевая перегородка, в центре которой имеется отверстие и патрубок.20

Тарелки имеют отверстия в виде тангенциально направленных арочных чешуек, что обеспечивает вращательное движение жидкости.Жидкость перетекает с тарелки на тарелку через кольцевой сливной карман между верхней и нижней тарелками,а также корпусом аппарата и через отверстие в центре нижней части тарелки.

Процесс массообмена интенсифицируется за счет увеличения площади эллиптической тарелки по сравнению с плоской струйной тарелкой (1 ).

Однако известный. аппарат содержит значительное число деталей, сложных в изготовлении, особенно эллиптических тарелок с просечками. При малых и больших нагрузках по жидкости равномерность распределения жидкости .на тарелках не достигается, аппарат работает в струйном . 40 режиме, струйно-пленочный режим в аппарате не достигается, так как для его осуществления насадка должна иметь строгую геометрию постоянной кривизны, например, в виде отрез- 45 ков цилиндров и усеченнных конусов с определенным углом наклона.к оси, иметь горизонтальное сечение в виде пар концентрических окружностей, прорези специальной формы, обеспечиваю- 50 щие оптимальное "живое сечение" насадки - около 40% к сечению аппарата, насадка должна обеспечивать свободный переток жидкости сверху вниз по винтовой линии.

Кроме того, аппарат имеет значительное гидравлическое сопротивление, высокую металлоемкость и. не может быть изготовлен многосекционным.

Известен аппарат для проведения процессов массообмена с регулярной насадкой, состоящей из чередующихся элементов, образованных соединениями наклонных в противоположную сторону пластин, снабженных направленными просечными отверстиями, и расположенных по высоте в шахматном порядке, нижние кромки которых отогнуты вниз параллельно йротивоположным сторонам нижележащих элементов насадки, а верхние грани нижележащих элементов, расположены выше линий отгиба пластин. Кромки просечных отверстий в смежных пластинах направлены параллельно их образующим в противоположные стороны, например в сторону наклона пластин (2$.

Аппарат (2 ) проще в изготовлении, чем аппарат j1 ), однако насадка имеет сложную конструкцию, которую сложно размещать в аппаратах круглого сече-. ния ° Аппарат работает в пленочном режиме, а устойчивая работа его возмо,кна лишь при идеальном распределении орошения по насадке, поэтому часть жидкости в аппарате накапливается на отдельных участках насадки и не принимает эффективного участия в процессе массообмена. Аппарат имеет значительное гидравлическое сопротивление и высокую металлоемкость. Наличие параллельных рядов пластин исключает возможность вихревого движения газа в виду отсутствия кольцевых каналов, поэтому вихревой струйно-пленочный режим работы в аппарате (2 ) не может быть достигнут.

Известен массообменный аппарат, содержащий в корпусе контактные тарелки в виде гофрированных перфорированных конусов, распределительные кольца, установленные между основаниями конусов, сливные патрубки, выполненные в вершине каждого полого конуса, установленного вершиной вниз,,отбойники, размещенные с зазором от носительно сливных патрубков (3 ).

Гофрированные конусы размещены на некотором расстоянии друг от друга в чередующейся последовательности вершинами вверх и вниз. Указанный аппарат содержит значительное количество.элементов, сложен по конструкции и имеет высокую материалоемкость.

Аппарат работает в пленочном режиме, интенсификация работы осуществляется за счет увеличения поверхности массообмена путем гофрирования конусов. Гофрированные конуса обеспечивают стеканне жидкости только сверху, вниз, без завихрения,что исключает воз-. можность осуществления в нем вихревого струйно-пленочного режима массообмена. Аппарат имеет значительное гидравлическое сопротивление и недостаточную производительность, не может быть многосекционным, часть газового потока у стенок аппарата иэ-за наличия гофров на конусах не вступает во взаимодействие с потоком жидкости.

Известен массообменный вихревой аппарат, состоящий из корпуса и уста1018б67 новленных в нем коаксиальных перфорированных и сплошных перегородок, образующих цилиндры и усеченные конуса, разделяющих внутреннюю полость аппарата на несколько ступеней, и устройство для перетока жидкости из 5 вышележащей ступени на нижележащую ступень $4 J. . Недостаток аппарата в том, что наличие переточных труб и пространства между соседними элементами на- !О . садки снижает производительность аппарата за счет дестабилизации вихревого. струййо-пленочного режима его работы, что снижает возможную предельную нагрузку на единицу объема или единицу высоты аппарата. Переточные трубы,и пространства между соседними элементами насадки аппарата усложняют его изготовление и монтаж.

Цель- изобретения — повышение производительности за счет стабилизации вихревого струйно-пленочного ре-жима работы.

Поставленная цель достигается тем, что в массообменном -вихревом аппарате, состоящем из корпуса и установленных в нем коаксиальных перфорированных и сплошных перегородок образующих цилиндры и усеченные конуса, разделяющих внутреннюю полость аппарата на несколько ступеней, и устройство для перетока жидкости из вышележащей ступени на нижележащую ступень, основания каждого усеченного. конуса соединены с соответствующими по размерам основаниями соседних конуcos, Целесообразно, чтобы устройство для перетока жидкости было выполнено в виде отверстия s нижней части пер- 40 форированной перегородки, кромки ко.— торого отогнуты вниз. На фиг. 1 изображен аппарат с перегородками в виде цилиндров и усеченных конусов, продольный разрез) на фиг. 2 — просечка.для перетока жидкости.

В цилиндрическом корпусе 1 аппарата установлена вплотную к стенкам насадка, состоящая иэ перфорированных перегородок 2 в виде усеченных конусов и сплошных цилиндрических перегородок.З.

Перфорированные перегородки 2 соединены по линиям (окружностям ) меньшего диаметра (меньших оснований ) 4 с цилиндрическими перегородками 3 по круговому. сечению 5. В перфорированных перегородках 2 имеются переточные отверстия для жидкости б и просечки 7 для прохода ra- 60 зового вихря иэ гаэовыводящих ка мер 8 в контактные камеры 9. Центральная цилиндрическая перегородка 3 образует вертикальный канал 10, заглу шенный в каждой ступени поперечной 65 сплошной пер городкой. Переливные устройства (фиг. 2 ) расположены s нижней части перфорированной перегородки 2 и состоят иэ отверстий

11 и лепестков 12. Лепестки 12 отогнуты таким образом, чтобы жидкая фаза попадала на верхнюю жать перфорированной перегородки нижележащей ступени, т.е. до ее просечки 7.

Аппарат работает следующим образом.

Газ поступае= в аппарат тангенциально, через нижнюю царгу, в которой и закручивается. Из нижней царги гаэ поступает в контактные камеры 9 нижней ступени. Из контактных камер 9 газовый поток распределяется по просечкам 7 перфорированных перегородок

2. В просечках 7 газовый поток ускоряется и тангенциально поверхности перегородок 2 поступает в гаэовыводящие камеры 8, из которых переходит в контактные камеры 9 вьмерасположенной ступени насадки, образующие с газовыводящими камерами 8 нижележащей ступени единые каналы в корпусе аппарата, имеющие поперечное сечение в виде треугольника, две вершины которого расположены ближе. к периферии аппарата, а третья вершина обращена в сто-. рону центральной оси аппарата, а третья вершина обращена в сторону центральной оси аппарата и лежит на круговом сечении 5.

Такое устройство кольцевых каналов способствует стабилизации газового вихря в аппарате. Жидкость, стекающая по насадке переточных отверстий для жидкости 6 через отверстия 11 посту-пает на лепестки 12 и вихрем газа с лепестков 12 отбрасывается на верхнюю часть перфорированной перегородки 2 нижележащей ступени, в которой стека.ет по перфорированной .перегородке

2 сверху вниз, навстречу поднимающемуся из контактной камеры 9 и движущемуся снизу ssepx вихрю газа.

Гаэ через просечки 7 ускоренными в просечках стурями выходит в гаэовыводящую камеру 8 вьа ерасположениой ступени, прорывая жидкостную пленку на перфорированных перегородках 2, где и происходит массообмен.

Ввиду вихревого движения газа жидкость иа перфорированных перегородках 2 тоже закручивается, поэтому траектория отдельных частиц может быть изображена винтовой линией при общем движении жидкости сверху вниз.

На опытных установках для наблюде. ния за движением жидкости и газа были встроены в испытываемые аппараты царги иэ прозрачного материала (органического стеклами. В прозрачных частях аппарата можно было визуально определить моменты иачаЛа работы аппарата в струйно-пленочном режиме, а также работу его в пленочном ре1018667

99 пп Условия опытов Показатели работы

Известный

Аппараты

Предлагаемый

1, Десорбция брома из рассола, содержащего: солей — 260 кг в 1 м брома — 0,74 кг в 1 мз

1. Материалоемкость при равной эффективности,Ъ

100

2. Максимальная объемная скорость газовой фазы при плотности орошения

10 м /ч на 1 м2 сечения аппарата, Ъ

100

3. То же, что и в п. 2, мэ/ч на 1 м оба ема аппарата

28000 24000

4. То же, что и в п.2 при 40 м /ч, %

100

5. То же, что и в п.2, при 40 м /ч, мЗ/ч на

1 м объема аппарата

20000 14000

6. Высота насадки.при которой достигается степень десорбции брома в 97%

15 м

10 м

7. Трудозатраты при изготовлении контактного устройства,В 86

100

1. Предельная скорость газа при.плотности орошения 10 м З/ч на 1 м, м/сек

2. Абсорбция аммиака водой из инертного газа

7,7

6,9 жиме, момент начала накопления жидкости из аппарата вследствие ее вспенивания. Таким образом, по графику изменения давления от скорости газа и визуально было установлено, что вихревой струйно-пленочный режим работы аппарата наблюдается при скорости газа в "живом сечении" аппарата от 1,2 до 7,7 м/сек.

Визуально наблюдалось и винтово движение жидкости по насадке — при введении индикатора в виде тонкой струи ,на перфорированную перегородку 2. До скорости газа 1,2 м/сек аппарат работает малоэффективно, жидкость с лепестков 12 на перфорированную пере-15 городку 2 стекает струями и неравномерно распределяется по ее поверхности. При увеличении скорости газа более 1,2 м/сек газовый вихрь распределяет жидкость по насадке в виде 2п равномерной пленки, через отверстие из которых прорываются струи газа, вызывая интенсивное перемешивание ,жидкости, сообщая жидкости окружную скорость и вызывая интенсификацию массообмена, перевод его в струйно-пленочный режим. При этом также изменяется характер стекания жидкости из просечек: она с лепестков 12 плоской струей поступает на верхнюю часть перфорированной перегородки 2 до начала просечек 7. Наличие лепестков 12 значи-. тельно снижает брызгоунос в объем камер 8 и 9 из просечек для жидкости.

На различных системах газ-жидкость проведены лабораторные и производственные испытания предлагаемых аппаратов диаметров 0,3, 0,6, 1, 2, и 4,2 м.

В таблице приведены данные результатов испытаний предлагаемого и известного аппаратов.

1018667

Продолжение таблицы

Аппараты ви пп Показатели работы

Условия опытов

Предла- .Известгаемый ный

2. Иатериалоемкость, %

100

3. Количество ступеней, необходимое для по" глощения 99,9% аммиака

20

1. Расход фторопласта-4 на изготовление аппарата, %

100

2. Иаксимальная объемная скорость газов при орошении 0,1 л на

1 мз газов,, % 100,73

3. Количество ступеней, . необходимое для тонкой очистки (до содержания в конечном продукте менее 0,005% фторидов к массе зады и хлористого водорода ).

1. Производительность по брому, кг/ч, 1 м аппарата при равных условиях опыта 56

4. Абсорбция брома иэ воздуха раствором бром- железа.

2. Расход титана на изготовление абсорбера, % 73

100

Аналоги предлагаемого аппарата (1-3 2, как и прототип (4 )имеют, по сравнению с ним, более низкую удельную производительность, максимальную плотность .орошения насадки, эффектив- р ность работы ступени насадки, максимально-допустимую скорость газа в ап-. парате, более высокую материалоемкость, энергопотребление и гидравлическое сопротивление 1 м насадки.

По сравнению с известным произ водительность 1 м объема предлагаемого аппарата увеличивается по

3. Абсорбция фтористого водорода соляной кислотой из смеси его c хлористым водородом и др. газами жидкой и газовой фазе в разных -режимах работы на 15-30%, материалоемкость снижается на 26-31%, гидравлическое сопротивление 1 м насадки уменьшается на 5-14%, трудозатраты на изготовление контактного устройства снижаются на 10-20%, предельнодопустимая скорость газа в аппарате возрастает на 9-15%, а максимальная плотность орошения может быть увеличена на 25-40%. По сравнению с аналогами эти показатели улучшаются еще на 5-100%.

BHHHIIH 3aKaa 3580j5

Тираж 688 Подписное а

Филиал ППП "Патент", г.ужгород,ул.Проектная,4»