Массо-и теплообменный аппарат

Массо-и теплообменный аппарат

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 2804,,76 (21) 2354600/26

Союз Советскнк

Социалистических

Республик (11) 596261 (5f) М. Кл. с присоелииеииееб заявки Ю

В 01 Э 3/30

Гееряеретееееме ееаетбт

Фееете етеееетрее CCCP

11 хаеев ебеератееее

1 етеРытей (23) Приоритет (43) ОпубЛиковано 0503.7аБюллетеиь М 9 (45} Дата опубликования описания 130278 (72) Авторы изобретения

И.Ф.Панечко и Г.И.Панечко

Донецкий ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт

Pl) Заявитель (54) МАССО- И ТЕПЛ09БМЕННЫЙ АППАРАТ

В процессе дробления тяжелой фазы большая часть ее оседает в виде капель на внутренние поверхности по всей длине горловкны и диффузора, образуя при этом пленку.

Такая организация гидродинамической обстановки в одном иэ элементов контактного устройства-диффузора, где обновление поверхности отсутствует, так как большая часть тяжелой фазы в диффузоре находится в виде пленки на его внутренней поверхности, а остальная часть тяжелой фазы в виде капель вмес.те с легкой фазой выводится из диффузора при относительной скорости фаэ равной нулю, позволяет сделать вывод, что процессы массо- и теплообмена протекают в диффузионной области.

Из изложенного выше следует, что сама конструктивная особенность контактного устройства - горловины и диффузора, способствует переходу кинетической энергии в потенциальную, но не на обновление поверхности фаз, что естественно, не приводит к интенсификации технологических процессов.

Большим недостатком в конструкции трубы Вентури является сложность автоматизации технологических процессов.

К числу недостатков также можно отнес!

Изобретение относится к химической, нефтехимической, газовой отраслям промаалеиности, а также может быть использовано и в других областях народного хозяйства, где осуществляются масообменные и теплообменные процессы.

Известен скоростной аппарат типа труба Вентури, который содержит конфузор, горловину и диффузор и служит для проведения в нем массо- и теплообменных процессов, а также для мокрой очистки газов от.механических. примесей (1).

Конструктивный недостаток трубы

Вентури заключается в том, что кинетическая энергия, сообщенная фазам,. в основном переходит в потенциальную, а не на обновление поверхностей контактируеыаа фаз.

Наибольшей кинетической энергией фазы обладают в горловине аппарата.

Здесь же в начальный момент соприкосновения фаз они имеют наибольшую величину относительной скорости. На входе фаэ в диффузор линейные и относительная скорости быстро уменьшаются, и обновление поверхностей прекращается. 30

/ (53) УДК 66 ° 015 . 2 3, о 5 (088. В) 596261 ти невсзможность осуществления масштабного перехода, кроме того, сама конструкция аппарата сложна по технологическому исполнению.

Известен Абсорбер для сушки хлор- 5 газа, выполненный в виде колонного аппарата. В средней части колонна абсорбера выполнена в виде конфузора, в нижней -.в виде диффузора и снабжена отбойной тарелкой, смонтиро- 1п ванной внутри конфузора (2J °

Существенный недостаток в кон.структивной особенности аппарата состоит в том, что при ведении технологического процесса тяжелая фаза диспергируется на отбойной тарелке при малой линейной скорости легкой фазы в конфуэоре, при этом значительная часть тяжелой Фазы попадает на внутреннюю поверхность конфузора и в виде пленки последовательно проходит конфузор, горловйну и диффузор. Остальная часть тяжелой фазы в виде капель получает ускорение в горловине и вместе с легкой фазой при одинаковых линейных скоростях выходит иэ диф-

Фузора.

Следовательно, такая организация гидродинамической обстановки способствует потере энергии не на эффективное контактирование фаз. И естест- ЗО венно, что процесс массообмена протекает, в основном в диффуэионной области как на внутренней!поверхности конфуэора, горловины и диффузора, так и в движущемся двухфазном потоке диф- 35

Фуэора. Кроме того, такая конструктивная особенность усложняет автоматизацию технологического процесса. К числу недостатков можно такжЕ отнести невозможность-осуществления масштаб- 4g ного перехода и конструктивную сложность технологического исполнения ап» парата типа трубы Вентури;

Наиболее близок по конструкции к настоящему изобретению аппарат, содержащий корпус, сепарационное контактное устройство с гаэоподводящим патрубком в форме трубы Вентури, разделительные наклонные перегородки,. помещенные внутри сечения аппарата с кон фузором, направляющие поверхности (Э ., Конструктивный недостаток аппарата заключается в том, что в газоподводящем патрубке формы трубы Вентури безвозвратно расходуется энергия для пре-66 одоления сопротивления дросселирующего устройства - горловины, где легкой фазе сообщается максимальная кинети,ческая энергия, которая в диффуэоре переходит в потенциальную, то есть н статическое давление.

Такая организация гидродинамической обстановки в гаэоподводящем патРУбке типа трубы Вентури не способ"

cIвУет интенсивному обновлению поверхности контактируеьых, фаэ. Для подвода газа к направляющим поверхностям газоподводящий патрубок типа трубы

Вентури выполняет функцию патрубка круглого сечения, но только с большими энергетическими потерями, Скорость легкой фазы для данного типа-.полого форсуночного скруббера с разделительными наклонными перегородками по его сечению такая же, как и для известных полых форсуночных аппаратов.

Кроме того, чтобы скруббер отличается большой металлоемкостью, громоздкостью, что создает дефицит производственных площадей. В То же время увеличение геометрических размеров не способствует увеличению производительности и эффективности.

Цель настоящего изобретения - устранение указанных недостатков и интенсификация процессов массо- и теплообмена.

Поставленная цель достигается тем, что контактное устройство установлено внутри корпуса аппарата и выполнено в виде цилиндрической камеры, причем один торец ограничен стенкой корпуса, а второй торец выполнен открытым для ввода контактируемых фаз, лопатки. Установлены под углом к горизонтальной оси устройства, причем первая лопатка снабжена вращающейся осью и закреплена в нижней части контактного устройства со стороны ввода фаэ, вторая лопатка - в его верхней части и третья

Ударно-диспергирующая лопатка закреплена жестко одним концом в торце контактного устройства, а вторым концом - в сепарационном устройстве.

Конструктивная особенность расположения направляющих и ударно-диспер» гирующей лопаток s контактном устройстве позволяет организовать гидродинамическую обстановку, при которой кинетическая энергия фаэ расходуется на их диспергирование, а при некото-, ром ее значении может протекать проФ цесс образования гомогенной системы иэ гетерогенной.

Поскольку массо- и теплообменные процессы, в основном, характеризуются гидродинамической обстановкой контактируемых фаз, предлагаемая конструк" ция аппарата отвечает условию проведения процесса в широкой области установившегося турбулентного режима.

Кроме того, такая конструкция контактного устройства не только позволяет.интенсифицировать процессы массо- и теплообмена, но и представляет определенный интерес для практического и теоретического изучения процессов массопередачи и теплопередачи.

На фиг. 1 показан общий вид массои теплообменного аппарата Ударно-диспергирующего типа; на фиг. 2 - его горизонтальная проекция.

Массо- и теплообменный аппарат состоит иэ цилиндрического корпу а 1 и

596261 содержит контактное устройство 2 и сепарационное устройство Э.. В нижнюю часть корпуса 1 установлено контактное устройство 2, которое перпендикулярно к корпусу, а нижняя его часть установлена касательно к цилиндру корпуса. В нижней части контактного устройства 2 на вращающейся оси 4 жестко закреплена направляющая плоская лопатка 5, которая может вращаться вместе с осью .4 на величину угла от 5 до 45 по отношению к горизонтальной оси контактного устройства против движения потока фаз.

На уровне свободного конца вращающейся лопатки 5 в верхней части контактного устройства--одним концом жестко закреплена направляющая лопатка 6, которая образует угол от 5 до 13 с горизонтальной осью контактного 20 устройства при движении против потоков фаз. Длина лопатки 6 составляет

1/3 длины лопатки 5.

Перпендикулярно горизойтальной оси 2S контактного устройства установлена ударно-диспергирующая лопатка 7, которая установлена так, что один конец ее закреплен в точке пересечения его горизонтальной .оси с корпусом аппа- 30 рата, а второй конец также закреплен на корпусе аппарата, но в сепарационном устройстве. Лопатка 7 установлена на расстоянии от лопатки 6 на

1/3 большем, чем среднерасчетная длина сечения для прохода контактируеьжх фаэ между свободным концом лопатки 5 и верхней частью контактного устройства 2.

Патрубок 8 является продолжением контактного устройства и служит для ввода легкой фазы. На патрубке 8 крепится патрубок 9, который служит для ввода тяжелой фазы (фиг.1).

Сепарационное устройство 3 содержит полукольцо 10 и кольцо 11, а так- 45 же перегородку 12, которые служат для разделения контактируемых фаз (фиг.2).

В нижней части сепарационного устройства 3 по всей его длине укреплен сборник 13, служащий для сбора тяже- 50 лой фазы, и. патрубок 14 для ее вывода иэ аппарата. Для выхода легкой фазы иэ аппарата служит патрубок 15 ° Со стороны сепарационного устройства ук реплен фланец 16, к которому с помо- 55 щью болтов крепится крышка 17. Со стороны контактного устройства прикреплена крымска 18.

Ступени аппарата взаимозаменяемы и при необходимости монтируются в мно- 60 гоступенчатый аппарат.

В массо- и теплообменном аппарате ударно-диспергирующего типа протекают процессы следующим образом.

С помощью лопатки 5, которая вращается вместе с осью 4, устанавливается необходимое сечение для прохода контактируемых фаэ. Легкая фаза подается в контактное устройство через патрубок 8, который является продолжением контактного устройства 2, иэ цилиндрического корпуса 1.

Тяжелая фаза в виде струи подается через патрубок 9 по направлению потока легкой фазы. Потоки контактируемых фаэ, проходя через сечение, установленное с помощью лопатки 5, приобретают необходиМую скорость.

В промежутке между направляющими лопатками 5 и 6 эа лопаткой 6 по направлению движения потока фаэ тяжелая фаза предварительно. дробится на капли, которые в свою очередь одновременно получают ускорение эа счет кинетической энергии легкой фазы. При этом относительная скорость потоков фаэ приближается к нулю, а линейные скорости стремятся выравняться по абсолютному значению.

Тяжелая фаза после предварительного скоростного дробления на капли и их ускорения вместе с легкой фазой направляется лопаткой 6 на ударнодиспергирующую лопатку 7.

Вблизи ударно-диспергирующей лопатки 7 давление и плотность легкой фазы увеличиваются, кроме того, резко изменяется скорость и направление ее движения. На некотором расстоянии от ударно-диспергирующей лопатки и на самой лопатке относительная скорость фаз принимает максимальное значение или наибольшую. величину сложного движения фаз. Здесь же в результате эффекта удара ускоренных капель тяжелой фазы об уплотненный слой легкой фазы и ударно-диспергирующ -о лопатку 7 протекает ннтинсивное обновление и увеличение развитой поверхности фаз °

Изменение направление движения, поток диспергированных фаз из контактного устройства 2 направляется в сепарациснное устройство 3.

В верхней цилиндрической части сепарационного устройства 3 над контактным устройством 2 между полукольцом

10 и крышкой 18 происходит процесс разделения диспергированных фаз.

В результате центробежной силы тяжелая фаза прижимается к внутренней цилиндрической поверхности корпуса сепарационного устройства 3, где об разуется подвижная пленка. Легкая фаза пссле разделения направляется чер=з патрубск 15 на следующую ступень.

Тяжелая фаза в виде пленки стекает на перегородку 12, где часть ее попадает в сборник 13, а остальная часть по кольцу 11 - в карман, образованный между кольцом 11 17.

Из кармана она попадает в сборник 13, а из сборника 13 через патрубок. 14 выводится из аппарата.

596261

Формула изобретения

1б

Риг. 2

Составитель A.Ñîíäîð

P акто Н.A ван ева Тех ед 3.Фанта Ко екто Н.Ковалева

Заказ 955/9 Тираж 963 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР пО делам изобретений и открытий

113035 Москва Ж-35 Ра шская наб. . 4 5

ФилиаЛ ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Характерная особенность предлагаемой конструкции ударно-диспергирующего массо- и теплообменного аппарата заключается в простате конструкции и в незначительности капиталовложениЯ для его изготовления, доступности автоматизации для ведения в нем заданного технологического. процесса, воз» можности осуществления масштабного перехода, возможности нагрузки в широком интервале как по легкой фазе (газ, пар), так и по тяжелой фазе (вода, раствор, масло и т.д. ), малая геометрическая размерность,:что важно при дефиците производственной площади, простоте в эксплуатации и в ремонте.

Предлагаемы аппарат можно испольэовать для таких процессов как абсорбция, десорбция, ректификация, экстракция, выпарка растворов, охлаждение и 20 очистка газов, смешение газов и жидкостей и т.д.

Несколько конкретных примеров его, использования: аэрация воздухом сбра сываемых технологических вод сушка 25 природного газа и очистка его от сероводорода и других компонентов) осуществление диссоциации аммиачных вод коксохимического йрсизводства улавли ванне бензольных углеводородов, амин- 30 ака, сероводорода и других компонентов из коксового газа.

Конструктивная особенность контакт ного устройства в аппарате позволяет создавать гидродинамическую обстанов- 36 ку, при которой кинетическая энергия фаз, в основном, направляется на интенсивное обновление и увеличение поверхности контактируеьых фаз.

Массо- и теплообменный аппарат ударно-диспегирующего типа, состоящий из цилиндрического корпуса, сепарационного устройства и контактного с направляющими лопатками, патрубков для . ввода и вывода контактируеьнх фаз, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процессов теплои массообмена, контактное устройство установлено внутри корпуса аппарата и выполнено в виде цилиндрической камеры, причем один торец ограничен стенкой корпуса, а второй торец выполнен открытым для ввода фаз, лопатки установлены под углом к горизонтальной оси устройства, причем первая лопатка снабжена вращающейся осью и закреплена в нижней части контактного устройства со.стороны ввода фаз, вторая лопатка - в его верхней части и третья - закреплена жестко одним концом в торце контактного устройства, а вторым концом - в сепарациониом устройстве.

Источники информации., принятые во .внимание при экспертизе

1. Э.К.Сийрде, Э.H.Tåàðî и др. Дистилляция, 1971, с.ll9,150, 2. Авторское свядетельство Â173724, кл. 12 Й 1/02 1965.

3. Авторское свидетельство 9336038, кл. В 01 Э 47/10, 1972.