Тепломассообменный аппарат

Тепломассообменный аппарат

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. ТЕПЛОМАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ ДЛЯ системы газ-жидкость, включающий корпус, вертикальные теплообменные трубки и тарелки, снаб- , женные порогами, узлами распредеij Jib U U Ленин стекающей жидкости по поверхности трубок и средствами для прохода газа через тарелку, о т л и ч аю щ и и с я тем, что, с целью повышения производительности и эффективности процессов теплои массопереноса за счет создания зигзагообразного движения газа по ступеням контакта, полотно тарелок между узлами распределения жидкости выполнено сплошным,.а средства для прохода газа выполнены в виде каналов , образованных стенкой корпуса и порогом тарелки, при этом часть . :теплообменных трубок установлена в j них. (Л 4 00 Щ

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (П) А (51) В 01 D 53/18; В 01 D 3 28

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ! ":

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3402305/23-26 . (22) 2.2 ° 02 ° 82 (46) 15.09. 83. Бюл. Р 34 (72) Л.З,Шендеров .Б.Е.Рощин и В.В.Дильман (53) 66.015.23.05(088.8) (56) 1. Рамм В.М, Абсорбция газов.

М., Химия™, 1976, с. 307-308..

2 . Патент ГДР 9 139091, кл. В Ol D 53/14 1979. (54) .(57) 1, ГЕПЛОМАССООБМЕННЫИ

АППАРА1 для системы газ-жидкость, включающий корпус, вертикальные теп-. лообменные трубки и тарелки, снаб-,. женные порбгами, узлами распреде! ления стекающей жидкости по поверхности трубок и средствами для прохода газа через тарелку, о т л и ч аюшийся тем, что, с целью повышения производительности и эффективности процессов тепло- и массопереноса за счет создания зигзагообразного движения газа по ступеням контакта, полотно тарелок между узлами распределения жидкости выполнено сплошным, а средства для прохода rasa выполнены в виде каналов, образованных стенкой корпуса и порогом тарелки, при этом часть

:теплообменных трубок установлена в них.

1041137

40

2. Аппарат по п.1, о т л и ч аю шийся тем, что каналы для прохода. газа расположены на противоположных сторонах корпуса.

3. Аппарат по пп. 1 и 2 о т л ич а ю шийся тем, что узлы распределения стекающей жидкости по поверхности трубок выполнены в виде двух патрубков, внутреннего и внешнего, установленных коаксиально с теплообменными трубками, причем внутренний патрубок соединен с тарел.

Изобретение относится к аппаратам для . одновременного протекания процессов тепло- и массообмена между газом и жидкостью, например про цессов неадиабатической абсорбции и

Ректификации, и может быть использо вано в химической, нефтеперерабатывающей, пищевой и других отраслях промышленности.

Известны тепломассообменные аппараты трубчатого типа, в которых жидкость стекает пленкой по внутренней поверхности трубки, в прямотоке или противотоке с движущимся газом. 8 межтрубном пространстве при этом течет теплоноситель (lj .

В известных аппаратах производительность по средам, участвующим в массообмене, ограничена ввиду мало-. го сечения трубного пространства (по отношению к сечению аппарата).

При противоточном взаимодействии газа и жидкости в трубках дополнительные ограничения производительности связаны с возможным захлебыванием трубок. Кроме того, невоз-. можно увеличить время пребывания жидкости в таком аппарате, что бывает необходимо, например, при протекании массообмена с медленной химической реакцией.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является,тепломассообменный аппарат, включающий корпус, вертикальные теплообменные труб. ки и горизонтальные тарелки, снабженные порогами, узлами распределения стекающей жидкости по поверхности трубок и каналами для прохода газа через тарелку; узел распределения жидкости по поверхности трубок выполнен либо в виде кольцевого зазора между трубкой и тарелкой, либо в виде известного распределителя оросительной пленки; между теплокой, а нижний торец внешнего патрубка расположен ниже верхнего торца внутреннего патрубка.

4. Аппарат по пп.,1-3, о т л ич а ю шийся тем, что тарелки выполнены в виде отдельных секций, соединенных одна с другой с помощью гидрозатворов °

5. Аппарат по пп.1-4, о т л ич а ю шийся тем, что секции каждой тарелки, расположены ступенчато с повышением в сторону каналов для прохода газа. обменными трубками на тарелке размещены трубки для прохода газа через тарелку. Теплообмен в известном аппарате осуществляется íà по верхности трубок, внутри которых протекает теплЬноситель, массобмен,в основном, на тарелке, работающей по типу барботажной, и частично— на поверхности жидкости, стекающей пленкой с наружной стороны трубок 2), Недостатками известного устройства являются ограниченная эффектив ность тепло- и массообмена и произво дительность по газу и жидкости, что обусловлено следующим: используемая в устройстве масоообменная тарелка по конструкции близка к. обыч-. ной барботажной тарелке (в частности-колпачковой). В связи с этим ей присущи ограничения, связанные с явлениями захлебывания и уноса на барботажных тарелках, т.е. известные ограничения производительности по газу и жидкости.

Выполнение проходов для газа через тарелки в виде трубки, открытый торец которой погружен в слой жидкости на тарелке, снижает . эффективность массопередачи, так как барботируется лишь слой жидкос30 ти, находящийся выше торцов указанных трубок, а придонный слой в массопередаче не участвует. В связи с секционирующим влиянием проходящих чеРез тарелку теплообменных

35 трубок и плохим распределением в жидкости газа, вытекающего из открытого торца газоотводной трубки (например, по сравнению с барботажным колпачком), барботажный слой образуется лишь на части площади тарелки.

Выполнение, узла распределения жидкости по поверхности трубок в виде кольцевого зазора между тарелкой и трубкой уменьшает, диапазон

1041137 устойчнвой работы конструкции, так. как при малых нагрузках по жидкости или неточном расчете и изготов- лении тарелок уровень жидкости на тарелках падает ниже обреза гаэоот- . водных трубок и тогда массообмен на тарелке вообще прекращается.

Подобный узел распределения затрудняет также регулировку количества жидкости на тарелке, что важно, например, при абсорбции с медленной. химической .реакцией.

Наличие барботажа"и связанных с ним пульсаций высоты гаэожидкостного слоя на тарелках ухудшает, пространственную и временную равно- 15 мерность распределения жидкости по поверхности теплообменных трубок, так как движущая сила истечения че-, рез кольцевой зазор — статический напор жидкости над плоскостью тарелки — также пульсирует.

В подобной конструкции область основного массообмена (барботажный слой на тарелках) значительно удале-. на от теплообменной поверхности трубок, лишь небольшой частью своей длины погруженных в слой на тарел-: ках. Это ограничиваез и эффектив- ность теплорбмена и снижает движущую: силу неадиабатических массообменных процессов.

Цель изобретения . — повышение производительности и эффективности процессов тепломассопереноса за счет создания зигзагообразного движения газа по ступеням контакта. 35

Указанная цель достигается тем, что в тепломассообменном аппарате, включающем корпус, вертикальные теплообменные трубки и тарелки, снабженные порогами, узлами распреде. 4Q ления стекающей жидкости по поверхности трубок и средствами для прохода газа через тарелку., полотно тарелки между узлами распределения . ;:,. жидкости выполнено сплошным, а сред-., 45 ства для.прохода газа выполнены в -."-; виде каналов, образованных стенкой - корпуса и порогом тарелки, при этом часть теплообменных трубок УСТа новлена в них

Целесообразно тарелки выполнятьв виде отдельных секций, соединен-.ных друг с другом с помощью гидроэатворов, Секции каждой тарелки могут быть расположены ступенчато, с поэМ-. шениам в сторону каналов для прохо да газа по данной тарелке.

Узлы распределения стекающей -",:-:: 6О жидкости по поверхности трубок вы- - полнены в виде двух .патрубкоэ, внутреннего и внешнего, установленных коаксиально с теплообменными трубками,. причем BHóòðåííèé патрубок

65 с 6динен .с тарелкой, а нижний торец внешнего патрубка расположен ниже верхнего торца внутреннего патрубка.

Каналы для прохода газа могут быть расположены на противоположных сторонах корпуса.

Преимуществами. аппарата по сравйению с известными является большая производительность по газу и жидкости и высокая.эффективность тепло- и массообмена, что обусловлено следукщим:

1. Размещение каналов для прохода газа на противоположных сторонах смежных тарелок позволяет осуществить поперечный ток газа на каждой контактной ступени, Такая организа-. ция контакта фаз позволяет значительно увеличить производительность аппарата по газу, так как контактная ступень лишена подверженного захлебыванию барботажного слоя, а перекрестно-точный режим взаимодействия газа со стекающей по поверхности трубок жидкостью позволяет не опасаясь захлебывания, работать при высоких скоростях газа. Значи-. тельного уноса в подобной конструкции при повышении скоростей газа, в отличие от барботажных тарелок, можно не опасаться, так как уносимые капли оседают при поперечном обтекании трубного пучка на поверхности трубок, а также сепарируются при резком повороте в каналах для прохода газа. Увеличение линейной скорости газа, а значит и относительной линейной скорости фаз происходит, как известно, к росту коэффициентов массопередачи.

Наличие на каждой тарелке един-. ственного канала для прохода газа, выполненного в виде сегментообраэного зазора между стенкой корпуса и тарелкой позволяет простым конструктивным решением добиться желаеМого перекрестного тока газа по ступеням контакта при минимальном гидравлическом сопротивлении переходу газа между контактными ступенями и хорошем начальном распределении газа поперечном;сечений новой контактной ступени. Подобное исполнение каналов для прохода газа ведет также к сокращению металлоемкости тарелок.

3. Выполнение тарелок в виде отдельных секций, соединяемых друг с другом с помощью гидрозатворов, позволяет облегчить изготовление и сборку предлагаемого аппарата, особенно при большом диаметре и значительном количестве трубок.

Гидроэатворы играют также роль резервных переливных устройств для перелива жидкости с тарелки на тарелку в случаях, когда узлы распределения жидкости по каким-либо

1041137 причинам не в состоянии пропустить всю жидкость — например, когда нагрузка по жидкости столь велика, что пленочное стенание всего ее количества невозможно.

Ступенчатое расположение секций 5 каждой тарелки с повышением в сторону каналов для прохода газа по данной тарелке позволяет улучшить равномерность и эффективность работы всего объема контактной ступени. Поскольку при поперечном токе газа статическое давление изменяется вдоль тарелки, то перепад давле+ ний в узлах распределения стекающей жидкости по трубкам в разных зонах 15 тарелки будет различным, что может привести к различной интенсивности орошения трубок в этих зонах тарелок. Преодолеть указанную неравномерность можно, изменяя (например, 20 ступенчато) движущую силу истечения жидкости в узле распределения, т,е, статическое давление столба жидкости (ее уровень) . Ступенчатым расположением секций можно достить и желаемого распределения орошения жидкости по зонам тарелки, в част.ности подавать больше жидкости н первые (по ходу газа) зоны тарелки, имея в виду поперечный перенос жидкости током газа в пределах ступени контакта. Уменьшение подачи жидкости на орошение в последние (по ходу газа) зоны тарелки позволяет уменьшить возможный межступенчатый унос.

Выполнение узлов. распределения стекающей жидкости в виде двух.патрубков, внутреннего и внешнего,установленных коаксиально с теплооб- 40 менными трубками, причем внутренний патрубок сопряжен с тарелкой, а нижний торец внешнего патрубка расположен ниже верхнего торца внутреннего патрубка, служит целям соз- 45 дания условий для устойчивого и равномерного орошения наружной по верхности теплообменных трубок в широком диапазоне нагрузок по жидкости. Сопряженные с перегородками внутренние патрубки совместно с порогами обеспечивают поддержание на перегородке определенного уровня жидкости, необходимого для орошения всех трубок и сохраняющегося вне зависимости от нагрузки по жидкости. Накопление жидкости на перегородках увеличивает также время ее пребывания в аппарате, что необходимо, например, в случае абсорбции с химической реакцией. В традиционных 60 пленочных аппаратах обычно это время мало. Принятое взаиморасположение внутреннего и внешнего патрубков в узле распределения приводит к тому, что ва орошение трубки подается жидкость иэ нижней части слоя, накопленного на перегородке. Это препятствует застою жидкости в придонных слоях и таким образом увеличивает эффективность массообмена в аппарате.

На фиг. 1 представлен предложенный аппарат, общий фид; на фир,2 - узел

Х на фиг. 1(распределение стекающей жидкости на поверхности трубок); на фиг. 3 — разрез A-A на фиг. 1.

Теплообменный аппарат имеет корпус 1, внутри которого расположены вертикальные теплообменные трубки

2 и тарелки 3, выполненные, например, в виде ступенчато расположенных секций 4, соединенных гидрозатворами .5. Тарелки 3 снабжены порогами 6, узлами распределения 7 стекающей жидкости по поверхности трубок и каналами 8 для йрохода газа через тарелку, выполненными, налример, в виде сегментнообразных зазоров между стенкой корпуса 1 и тарелкой 3. Узел распределения стекающей жидкости 7 по поверхности трубок 2 может .быть выполнен в виде двух коаксиальных с теплообменными. трубками 2 внутреннего 9 и внешнего 10 патрубков, причем внутренний патрубок 9 сопряжен с тарелкой 3, а нижний торец внешнего патрубка

10 расположен ниже верхнего торца внутреннего патрубка 9.

Тепломассообменный аппарат -работает следующим образом.

Жидкость, поступая на верхнюю тарелку 3, растекается по ней и узлами распределения 7 подается в виде пленки. на орошение наружной поверхности теплообменных трубок 2. Газ, поступающий в нижнюю часть аппарата, движется по зигзагообразной траектории, задаваемой тарелками 3 При поперечном обтекании трубок 2 между тарелками 3 и при продольном их обтекании в каналах 8 для прохода газа в тарелках 3 газ взаимодейству,ет со. стекающей по трубкам 2 плен- ° кой жидкости. При этом вследствие высоких скоростей газа часть жидкости срывается с поверхности трубок 2 и в виде капель переносится газом на соседние трубки 2 или падает на тарелки 3. Газокапельный поток в пространстве между трубками образует дополнительную зону контакта фаз. Накопленная На тарелке 3 жидкость движется через зазор между нижним торцом внешнего патрубка 10 и тарелкой, затем через saaqp между внешним 10 и внутренним 9 патрубками поступает в зазор между внутренним патрубком 9 и трубкой 2 и далее через отверстие в тарелка 3 в ниде пленки стекает по трубке 2.

Если узлы распределения 7 не справ1041 137 ком диапазоне нагрузок по жидкости и возможность регулирования нремени пребынания жидкости в аппарате.

Частичный срыв и интенсивное перемеинанне стекающей пленки газовым потоком и осаждающимися на трубках каплями ведут в разрушению теплового пограничного слоя на поверхйости трубок и интенсификации теплообмена с внешней стороны трубок.

Использование предлагаемого изобретения для создания аммиачного и карбаматного абсорберов в объединенной технологической схеме производства аммиака и карбамнда позволяет значительно сократить габариты н вес. аппаратов высокого давления из нержавеющей стали и.получить экономию в несколько сот тысяч рублей на каждом агрегате.

В

Применение данного аппарата н качестве регенератора-рекуператора н производстве аммиака мощностью

13á0 тонн н сутки вместо баэоного объекта-аппарата с ситчатыми тарелками и эмеениковыми теплообменными элементами позволяет значительно ,сократить диаметр и металлоемкость .аппарата, сделать его более надеж-, ным в эксплуатации, значительно сократить расходы энергии на прокачивание теплоносителей. ляются с нагрузкой по жидкости,ypo,âåíü ее на тарелке повышается и часть жидкостч начинает перетекать с тарелки через гндроэатноры 5.Эта, жидкость, поступая н межтрубное про ш странство, взаимодействует с газом и затем в виде капель попадает либо на поверхность трубок 2, либо на нижележащую тарелку 3. Поднодимый в: трубки 2 аппарата теплоноситель интенсивно обменивается теплом с плен- О кой жидкости, стекающей по наружной поверхности трубок.и являющейся основной поверхностью контакта фаз в аппарате, а эначнтт и областью локализации тепловых эффектон, проис-15 ходящих при взаимодействии газа с жидко стью.

Проведение массообмениого процесса в режиме пленочного и гаэоканального взаимодействия фаэ при иФ перекрестном токе позволяет значительно унеличить производительность аппарата по газу и линейную скорость газа н нем. Высокие линейные скорости взаимодействия фаэ, увеличение длины пути газа по аппарату, наличие дополнительной зоны горизонтального взаимодействия дают заметное повышение эффективности массообмеиа в аппарате. Создание запасов жидкости на перегородках обеспечивает устойчивую работу аппарата в широСоставитель Г.Урусова

Редактор Ф. Горват Техред; T,Ìàòî÷êà юй»

Заказ 7004/5 Тираж 688

ВИИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий.

Корректор.A,Ãÿñêo

Подписное

3035, Иосква, Ж 35, Рауйская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент™ r.. Ужгород,.ул. Проектная, 4