Многокамерный тепломассообменный аппарат

Многокамерный тепломассообменный аппарат

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. МНОГОКАМЕРНЫЙ ТЕПЛОМАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ, включающий корпус с патрубками для ввода и вывода фаз с контактными ступенями, содержащими завихряющее устройство, сепаратор , поддон и центральный патрубок , отличающийся тем, что, с целью интенсификации процессов во всех ступенях контакта фаз за счет интенсивного отвода тепла и надежной сепарации частиц жидкости из газового потока на каждой ступени, верхний конец центрального патрубка расположен в ггоддоне вышележащей ступени и снабжен коаксйально установленным внутри него кольцом с отбортованной верхней кромкой , а .аппарат снабжен неподвижным профилированным диском с центральными жестко закрепленными лопаткамк , установленными над кольцом с отбортованной верхней кромкой. 2. Аппарат по п. 1, отличаю-д щ и и с я тем, что центральныйШ патрубок каждой ступени снабжен герСО метично установленным кожухом с патрубками для подачи и отвода хладс агента.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHCNY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3588182/23-26 (22) 06.05. 83 (46) 23.06. 84. Бюл. 9 23 (72) fO.Ì. Петин, A. P .Äîðoõoí, Б.Т. Бажин, B.È. Грицан, В. П. Григорьев. и А.Я. Азбель (71) Специальное конструкторское бюро "Энергохиммаш" (53) 66.015.23.05 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство CQCP

9 480422, кл. Б 01 D 3/26, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР

9 998800774455, кл. В 01 D 3/30, 1982. (54) (57) 1 . МНОГОКАМЕРНЫЙ ТЕПЛОМАССООБМЕНН61й АППАРАТ, включающий корпус с патрубками для ввода и вывода фаз с контактными ступенями, содер-жащими эавихряющее устройство, сепаратор, поддон и центральный патрубок, отличающийся

„.SU„„98556 А

ЗСМ) В 01Р 3 30 В 013 3 32 тем, что, с целью интенсификации процессов во всех ступенях контакта фаэ за счет интенсивного отвода тепла и надежной сепарации частиц жидкости иэ газового потока на каждой ступени, верхний конец центрального патрубка расположен в йоддоне вышележащей ступени и снабжен коаксиально установленным внутри него кольцом с отбортован ной верхней кромкой, а аппарат снабжен неподвижным профилированным диском с центральными жестко закрепленными лопатками, установленными над кольцом с от борт ов ан ной верхней кромкой .

2. Аппарат поп. 1, отли ч аюшийся тем, что центральный патрубок каждой ступени снабжен герметично установленным кожухом с патрубхаьм для подачи и отвода хладагента.

1098556

Изобретение относится к аппаратам для проведения физико-химических процессов между газом и жидкостью, при которых выделяются тепло, и может быть использовано в химической, фармацевтической, нефтехимической и других отраслях промышленности.

Важным фактором в работе теплообменных многоступенчатых аппаратов (карлони) для систем газ — жидкость является эффективное взаимодействие между фазами и последующая надежная сепарация жидкости после каждой ступени. Так как многие физико-химические процессы, происходящие между газом и жидкостью, со- 15 провождаются значительным выделением тепла, то для эффективной работы всех ступеней необходимо отводить тепло после каждой ступени. Для этого требуются специальные теплообменные устройства, которы@ размещают внутри колонн или устанавливают вне аппарата. При этом важно, чтобы охладитель обладал хорошими теплообменными характеристиками и вписывался так, чтобы не увеличились общие габариты колонны.

Известна колонна для проведения процессов в системе гаэ — жидкость, в которой в зоне завихрителя установлен охлаждающий змеевик, способствующий более интенсивному проведению процессов, сопровождающихся выделением тепла. Контактные устройства выполнены в виде ситчатых тарелок, на каждой из которых установлен конический патрубок и завихритель 313.

Недостат ком аппарат а я вляет ся ограничение по скорости, так как.с 40 увеличением скорости увеличивается брызгоунос, что влияет на эффективность аппарата. Кроме того, в контактном устройстве забивается ситчатая решетка. Колонны имеют большие размеры, они металлоемки.

Известен многокамерный теплообменный аппарат, включающий корпус с патрубками для ввода и вывода фаз с контактными ступенями, содержащими завихряющее устройство, сепаратор,поддон и центральный патрубок.

Газ поступает через тангенциальные щели завихрителя в рабочую зону камеры, дробит поступившую по сливной трубке жидкость на мелкие капли, вовлекая их во вращательное движение. В результате образуется динамический вращающийся двухфазный слой, в котором обеспечивается непрерывное обновление поверхности. 60

После контакта фаз жидкость сливается через отверстия в нижней стенке, а газ идет вверх в центральный патрубок, где на сетчатом цилиндре происходит сепарация частиц жид- 65 кости, а затем идет в вышележащую ступень t 22.

Однако известный аппарат обеспечивает эффективную работу всех ступеней, если он используется для процессов, протекающих без выделения тепла. Если аппарат используется для процесса, идущего с выделением тепла, то при подаче предварительно охлажденной жидкости будет эффективно работать только первая ступень по ходу движения жидкости. Затем жидкость по мере продвижения из одной ступени в другую будет нагреваться, а интенсивность работы ступени снижаться.

Целью изобретения является интенсификация процессов во всех ступенях контакта фаз за счет интенсивного отвода тепла и надежной сепарации частиц жидкости из газового потока на каждой ступени.

Поставленная цель достигается тем, что в многокамерном тепломассообменном аппарате, включающем корпус с патрубками для ввода и вывода фаз с контактными ступенями, содержащими завихряющее устройство, сепаратор, поддон и центральный патрубок, верхний конец центрального патрубка расположен в поддоне вышележащей ступени и снабжен коаксиально установленным внутри него кольцом с .отбортованной верхней кромкой, а аппарат снабжен неподвижным профилированным диском с центральными жестко закрепленными лопатками, установленными над кольцом с отбортованной верхней кромкой.

Кроме того, центральный патрубок каждой ступени снабжен герметич. но установленным кожухом с патрубками для подачи и отвода хладагента.

На чертеже изображен мнОгокамерный тепломассообменный аппарат, продольный разрез.

Аппарат состоит из отдельных конструктивных ступеней, выполненных в виде вихревых, камер, расположенных одна над другой. Каждая камера образована конической обечайкой 1, верхней профилированной стенкой 2, переходящей в центральный патрубок

3, и кольцевым поддоном 4 с верхней пеРФоРиРованной конической стенкой 5.

Камера снабжена патрубками 6 для подво. да жидкости и 7 для слива жидкости.

В центральной части камеры образована рабочая зона, ограниченная верхней профилированной. стенкой 2, нижней плоской стенкой 8 и завихрителем 9 с тангенциальными щелями.

Снизу к стенке 8 жестко закреплен .профилированный диск 10, переходящий в кольцевой сбЬрник 11 со сливной трубкой 12. Конец трубки введен в кольцевой поддон 4.

1098556

В центре диска 10 закреплены лопатки 13, на которых установлено с зазором относительно внутренней поверхности центрального патрубка 3 кольцо 14 с отбортовкой верхней кромки. Между перфорированной стенкой 5 и диском 10 образован кольцевой канал 15 для подачи газа в камеру.

Снаружи центрального патрубка 3 концентрично ему герметично закреплен кожух 16, представляющий собой обечайку, ограниченную с двух сторон крышками. Между ними образуется полость 17 для циркуляции хладоносителя. Кожух 16 снабжен патруб- 15 ками 18 для подачи и 19 для слива хладоносителя.

Нижняя камера, первая по ходу движения газа, снабжена патрубком 20 для подачи газа в аппарат, верхняя, последняя — выхлопным патрубком 21 °

В нижней камере газ до поступления в рабочую зону не контактирует с жидкостью, поэтому в ней не установлен сепаратор, и коническая стенка 5 кольцевого поддона 4 выполнена без перфорации. Так как в верхнюю камеру жидкость не поддается, то она выполняет только роль сепаратора, поэтому отсутствует узел охлаждения, а для слива отсепарированныхкапелек в нижней стенке 8 сделании отверстия 22. Полость 23, образован— ная между стенкой 8 и профилированным диском 10, соединена с кольцевым поддоном 4 трубкой 24. 35

Центральный патрубок 3 каждой нижележащей ступени введен в кольцевой поддон 4 вышележащей ступени и установлен так, чтобы между его торцевой кромкой и перфорированной 40 конической стенкой 5 образовался кольцевой з азор 25, через который жидкость сливается в кольцевой подцон 4, причем центральный патрубок 3 нижележащей ступени при помощи 45 фланца 26 крепится шпильками к кольцевому поддону 4 вышележащей ступени.

Аппарат работает следующим образом.

Газ вводится в нижнюю ступень . аппарата через патрубок 20 подачи газа, затем проходит через тангенциальные щели -завихрителя 9, приобретая за счет энергии газового потока вращательное движение, поступает в рабочую зону. В рабочую зону также поступает охлажденная на вышележащей ступени жидкость. Газ на выходе из тангенциальных щелей дробит жид- 60 кость на мелкие частицы и вовлекает их в совместное вращательное движение, образуя двухфаэ ный вращающийся пенный поток, в котором протекают процессы тепломассообмена. 5

Так как слив жидкости происходит сверху,а центробежные силы прижимают газожидкостную смесь к периферии, то в центре образуется в виде воронки зона разрежения. В аппарате пенный динамический поток занимает значительный объем в рабочей зоне, причем во вращающемся слое происходит быстрое обновление поверхности контакта фаз. Это обеспечивает развитую поверхность контакта фаз, а в результате — эффективный тепломассообмен.

Вращаясь, мелкодисперсная газожидкостная смесь движется по верхней профилированной стенке 2 к центральному патрубку 3. Газ отделяется на воронкообразной поверхности газожидкостного слоя, а жидкость тонким слоем поднимается вверх по внутренней поверхности центрального патрубка 3, при этом оставшиеся в жидкости газовые пузыри выделяются из тонкой пленки.

3а счет циркуляции хладоносителя в полости 17 в тонком слое пленки происходит интенсивное охлаждение жидкости.

Охлажденная жидкость сливается через кольцевой зазор 25 в кольцевой поддон 4 вышележащей ступени, а затем отводится через патрубок 7 и подается в рабочую зону нижележащей ступени. При повороте пленки жидкости в кольцевой зазор 25 с кромки патрубка мелкие капельки жидкости могут срываться и вновь попадать в газовый поток. Для предотвращения этого кольцо 14 выполнено с отбортовкой верхней кромки и установлено с зазором относительно центрального патрубка 3, благодаря чему сорвавшиеся частицы жидкости направляются в зазор межд кольцом 14 и центральным патрубком 3 и за счет отбортованной кромки кольца попадают на перфорированную стенку 5 поддона, через отверстия которой стеКают в кольцевой поддон 4 .

Отделившись от жидкости, газовый поток, вращаясь, поднимается по центральному патрубку 3, проходит сепаратор и идет к завихрителю 9 вышележащей ступени. Очистка газа от капель происходит по ходу движения газового потока. Часть капель отбивается на лопатках 13, затем часть капель оседает на профилированном диске 10, особенно в центральной его части. Благодаря профилировке кагли газовым потоком перемещаются по поверхности диска и попадают в кольцевой сборнк 11, и поток по сливной трубке 12 стекает в кольцевой поддон 4. Проскочившие с вращающимся газовым потоком частицы оседают на конической обечайке 1 и стекают по ней в кольцевой под1O9S556 дон 4 через отверстия в перфорированной стейме подцона.

Энергия газового потока не пол- . ностью теряется на ступени, и пройдя через тангенциальные щели следующей ступени, газ получает дополнительную подкрутку и поступает в рабочую зону. Поэтому при такой организации движения потока энергия газового потока используется наиболее рационально. Процессы на каждой ступени пов- 1О торяются.

В верхнюю ступень жидкость не подается, поэтому, пройдя через сепаратор, газ попадает в "сухую" рабочую зону. Если в газе остались еще f5 частички жидкости, то они за счет вращения и изменения направления потока оседают и стекают через отвер стия 22 в полость 23 и по трубке 24 стекают в кольцевой поддон 4. Газ выводится иэ аппарата через выхлопной патрубок 21.

В известных противоточных аппаратах, где газ идет снизу, а жидкость сверху, :верхняя ступень работает лучше, чем нижняя. Это происходит потому, что в процессе работы жидкость в первой ступени нагревается, идет во вторую и там еще нагревается и так далее. Соответственно эффективность работы ступени снижается. 30

Конструкция предлагаемого аппарата позволяет после контакта фаз на каждой ступени интенсивно отводить тепло, выделенное при этом, и надежно сепарировать частицы жидкости из гаэово- 35

ro потока. Благодаря сливу жидкости в верхней части камеры. жидкость при движении вверх за счет энергии вращающЕгося газового потока образует на внутренней поверхности цент- 4п раяьного патрубка тонкую пленку. Наружная поверхность центрального патрубка омывается хладоносителем, цир. кулируемям в полости между центральным патрубком и кожухом. В результате, в каждой камере образован эффективный пленочный охладитель. Перед поступлением газа в рабочую зону вышележащей ступени он подвергается тщательной очистке от капель на сепараторе. Капли отбиваются на лопатках, оседают на профилированном диске и стекают в поддон. Благодаря кол ьцу от борт ов кой предотвращается вторичное загрязнение потока.

Таким образом, в предлагаемом аппарате создаются наилучшие условия для интенсификации процессов.

Аппарат был установлен на линии получения формалина для завершения операции хемосорбции метанола и формальдегида с образованием водно-метаноловых растворов формальдегида. В аппарат подавались отходящие газы после абсорбционной колонны, которые в настоящее время выбрасывают в атмосферу.

Результаты испытаний показали, что на одной технологической линии мощностью 30 тыс.т формалина в год дополнительно можно получить формалина до 3,78 кг/ч и метанола до

42,73 кг/ч. Аппарат удобен в эксплуатации и имеет хорошие тепломассообменные характеристики.

Так как формапьдегид является сырьем для получения удобрений, пластмасс и других видов продукции, то возможность получения его без дополнительного расхода сырья является важной народнохозяйственной з адачей.

В условиях быстрого развития произ водств химической промышленности внедрение эффективных тепломассообменных аппаратов имеет большое значение и является одним из факторов, улучшающих технико-экономические показатели по всей отрасли.

1093556

Составитель 3 . .Александрова ,Редактор О.Юрковецкая Техред M.Kóçüìà Корректор Л.Пилипенко

Заказ 4297/2 Тираж 682 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул.Проектная,4