Тепло-массообменный аппарат

Тепло-массообменный аппарат

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

опНСАННЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (,ц 62I357

Союз Советских

Содиагистических

Реслублии

1 (.» (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 22.11.73 (21) 1971175/23-26 (51) М. Кл.-

В 01D 3/32 с присоединением заявки № 1971216/23-26; 1971178/23-26 (23) Приоритет

Государственный комитет

Совета Министров СССР оо делан изобретений и открытий (43) Опубликовано 30.08.78. Бюллетень № 32 (45) Дата опубликования описания 04.08.78 (53) УДЕ 66.048.375 (088.8) (72) Авторы изобретения

А. В. Шафрановский, В. В. Курковская, В. К. Чубуков, Ю. А. Басков, В. П. Гаврилин и Н. М. Волкова (71) Заявитель (54) ТЕПЛО-, МАССООБ/йЕННЫЙ АППАРАТ

Изобретение относится к пленочным аппаратам для проведения массо-, теплообменных процессов в системе жидкость— газ и может быть, в частности, использовано в химической, нефтяной, пищевой, фар- S мацевтической и других отраслях промышленности для разделения методом вакуумной ректификации смесей термически нестойких и близкокипящих продуктов.

Известен тепло- массообменный аппарат, 1р содержащий корпус, контактные элементы, выполненные в виде горизонтальных и наклонных отбортованных пластин, свернутых в спираль, и устройства для ввода и вывода фаз. 15

Однако в процессе работы известного аппарата неравномерно распределяются скорости газовой фазы по высоте аппарата.

Это объясняется тем, что расход газа в вертикальном направлении все время изменяется, так как газ частично проникает через щелевое пространство между пластинами по другую сторону винтовой поверхности.,>Кивое же сечение аппарата для прохода газа в вертикальном направлении постоянно по всей высоте аппарата.

Это обстоятельство приводит к наличию

«узких» мест в аппарате, где скорость газа максимальна, в то время как в большей части объема аппарата скорость газа значительно ниже предельно допустимой.

Нагрузка аппарата по газовой фазе, особенно при вакуумной ректификации, существенно ограничивается наличием предельно допустимой скорости газа в «узком» месте аппарата. В случае же заданной производительности «узкие» места создают местные сопротивления, увеличивающие суммарное гидравлическое сопротивление аппарата проходу газовой фазы.

В таком аппарате имеет место сужение живого сечения для прохода газа в щелевом пространстве между пластинами вследствие залипания жидкости между пластинами вдоль наружных бортов, обращенных к стенкам аппарата. Это происходит в тех случаях, когда ширина зазора между пластинами мала, а плотность орошения рабочей поверхности пластин велика. Под действием центробежных сил, развиваемых при течении пленки жидкости вдоль скругленных пластин образуется «валик» жидкости, загромождающий вход для газовой фазы в щелевые зазоры между пластинами. Это приводит к неравномерной работе аппарата и повышению его гидравлического сопротивления.

621357

B аппарате происходит частичное нарушение перекрестной схемы движения пленки жидкости и газового потока, обеспечивающей высокую эффективность процесса, в том случае, когда число заходов винтовой поверхности значительно, а нагрузка аппарата по газовой фазе умерена, т. е. не достигает предельно возможной нагрузки для данного аппарата. При этих условиях газовый поток, выбирая направление наименьшего гидр один амического сопротивленияя, огибает очередную направляющую перегородку не в поперечном к пластинам направлении, а поднимается вверх вдоль пластин по винтовой траектории, т. е. противотоком к пл íêå жидкости, и затем появляется па другой стороне направляющей перегородки. Получающийся при этом отрицатсльный эффект равносилен исключению из процесса некоторой доли суммарной смоченной поверхности аппарата.

Кроме того, недостатком известного аппарата является сильное влияние продольной диффузии в газовой фазе на эффективность процесса разделения в аппарате. Даже в том случае, когда газовый поток пересекает щелевое пространство между пластинами в поперечном к ним направлении, относительно короткая длина зазора между пластинами, равная ширине пластин, приводит к выравниванию состава газовой фазы на входе в зазор и на выходе из него, что ухудшает эффективность процесса. Движение пленки жидкости вдоль пластин, т. е. в поперечном к газовому потоку направлении, возмущая газовый поток, также способствует выравниванию состава газовой фазы в направлении ее движения.

Цель изобретения — интенсификация процесса и уменьшение гидравлического сопротивления.

Это достигается размещением контакт. ных элемептов в корпусе в виде усеченных конусов с общим большим основанием, на меньших основаниях которых установлены горизонтальные перегородки, а также тем, что наружный край пластин располо>кен выше внутреннего и на отбортованных сторонах пластин установлены изогнутые промежуточные перегородки с отогнутыми в разные стороны концами и образующие зазор с поверхностью пластин.

На фиг. 1 изображен общий вид аппарата в продольном разрезе с контактными элементами, расположенными в корпусе в виде усеченных конусов; на фиг. 2 — сечение А — Л на фиг. 1; на фиг. 3 — сечение

Б — Б на фиг. 2; на фиг. 4 — общий вид аппарата с пластинами различного наклона; на фиг. 5---то же, с перегородками, установленными на пластинах; на фиг. 6 — сечение  — В на фиг. 5; на фиг. 7 — 10— различные варианты исполнения перегородок.

Тепло-, массообменный аппарат состоит из вертикально о цилиндрического корпуса

1 с и прубками 2 и 3 для входа и выхода газа и 4 и 5 для входа и выхода жидкости.

В корпусе установлен пакет пластин 6, снабженных внутренними бортами 7, обращенными внутрь пакета и наружными бортами 8, обращенными к стенкам аппарата.

Пластины 6 располо>кены в виде двухзаходной винтовой поверхности. В полости аппарата между внутренними бортами 7 пластин установлены внутренние направляющие перегородки 9; между наружными борта»и 8 пластин и стенками корпуса 1 установлена наружная направляющая перегородка 10, Пластины объединены в пакст с помощью стержней 11 и штырей 12, размещенных между пластинами и жестко связанных со стержнями 11. Последние жестко связаны с направляющими перегородками 9 и 10. Отличительной особенностью аппарата является то, что пластины

6 смещены одна относительно другой в горизонтальной плоскости, причем величина просвета между внутренними бортами 7 пластин изменяется по высоте аппарата.

Одновременно изменяется, однако в обратную сторону, величина просвета между наружными бортами 8 пластин и стенками корпуса 1 аппарата, Скругленные пластины 6 имеют небольшой боковой наклон от наружного борта 7 к центру кривизны, т. е. внутрь аппарата.

Щелевое пространство между пластинами 6 секционировано промежуточными перегородками 13, направленными от одного борта 7 пластины 6 к другому. Нижний кр ай i.ðoìåæóòo÷íoé перегородки 13 образует зазор с поверхностью смежной пластины 6. Этот зазор необходим для беспрепятственного течения пленки по всей длине пластин 6.

Кроме того, могут быть перегородки располо>иены перпендикулярно к поверхности пластины 6 и к боковому краю пластины и имеют прямоугольную форму. Они крепятся к пластинам 6 снизу; их длина необязательно должна быть равна ширине пластины, опи могут быть значительно короче. Перегородки 14 в отличие от перегородок 13 расположены наискось по отношению к краю пластины и крепятся к бортам 7 пластины. Они могут быть снабжены отверстиями 15. Наклонное расположение перегородок предпочтительно, когда необходи»о частично использовать кинетическую энергию газового потока для ускорения движения пленки вдоль пластины 6.

Отверстия 15 могут служить для выравнивания скоростного профиля газового потока по длине пластины 6.

Псрегородки 16 выполнены с переменным по ее длине углом наклона к краю пластины, Наличие плавных закруглений в перегородке способствует образованию так

621357 называемых вихрей Гертлера в газовой фазе, движущейся между перегородками. Вихри Гертлера способствуют интенсификации массообмена в газовой фазе.

Перегородка 17 выполнена таким образом, что оба конца ее расщеплены профильным вырезом на две половины 18, отогнутые под различными углами к остальной части перегородки. Такая форма исполнения также способствует полезному перемешиванию в газовой фазе.

Перегородка 19 снабжена боковыми выступами 20, которые получаются в результате отгиба в сторону отдельных надрезанных участков перегородки.

Лппарат работает следующим образом.

Жидкость через распределительный патрубок 4 подается на двухзаходную винтовую поверхность пластин и стекает вниз по верхней поверхности -пластин. Из нижней части корпуса 1 жидкость удаляется через патрубок 5. Газ входит в аппарат через патрубок 2 и направляется глухой перегородкой 9 в кольцевое пространство между стенками корпуса 1 и наружными бортами 8 пластин 6. По мере продвижения вверх расход газовой фазы в указанном пространстве постепенно уменьшается вследствие проникновения все возрастающего количества газа во внутрь пакета пластин через щслевое пространство ме>кду пластинами 6, причем ширина просвета между бортами 8 пластин и стенкой корпуса 1 уменьшается в направлении движения газового потока. Благодаря этому линейная скорость газа существенно не изменяется на всем его пути в указанном кольцевом пространстве. Лналогично линейная скорость газа в вертикальном направлении внутри пакета пластин так>не существенно не изменяется по высоте аппарата, ограниченной перегородками 9 и 10.

В верхней части пакета вертикальные скорости газового потока также выравниваются по высоте аппарата. Контактирование между газом и жидкостью происходит в щелевом пространстве между пластинами 6.

Газ выходит из аппарата через патрубок 3.

По второму варианту исполнения газ входит в корпус 1 через патрубок 2 и выходит через патруоок 3. Внутри корпуса 1 газ многократно пересекает пакет пластин

50 благодаря направляющему воздействию перегородок 9 и 10. Жидкость поступает в аппарат через патрубок 4 и стекает пленкой вдоль пластин 6 по нисходящей винтовой траектории. Небольшой боковой наклон пластин к центру аппарата компенсирует действие центробежных сил на пленку жидкости, и толщина пленки по ширине пластины существенно не изменяется.

По третьему варианту исполнения жидкость подается на верхнюю часть двухзаходной винтовой поверхности через патрубок 4 и стекает вдоль пластин 6 по винтовой траектории. Жидкость перетекает с верхнего пакета на нижний и затем попадает на дно аппарата, откуда удаляется через патрубок 5. Газ (пар) входит в аппарат снизу через патрубок 2 и затем, направляемый перегородками 10 и 9, пересекает пакеты пластин, проходя через щелевое пространство между пластинами в поперечном к ним направлении (см. стрелки на фиг. 5). Контакт между фазами происходит в щелевых каналах между пластинами. Промежуточные перегородки 16, 17 и 19 способствуют процессам переноса вещества в газовом потоке, повышая общую э(рфективность аппарата. Газ удаляется из аппар".òà через патрубок 3.

Ф ор мула изобр етения

1. Тепло-, массообменный аппарат, содержащий корпус, контактные элементы, выполненные в виде отбортованных пластин, свсрнутых в спираль, и устройства ввода и вывода фаз, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса и уменьшения гидравлического сопротивления, контактные элементы размещены в корпусе в виде усеченных конусов с общим большим основанием, на меньших основаниях которых установлены горизонтальные перегородки.

2. Лппарат по п. 1, отличаю щийс я тем, что наружный край пластин расположен выше внутреннего.

3. Лппарат по п. 1, отличающийся тем, что на отбортованных сторонах пластин установлены изогнутые промежуточные перегородки с отогнутыми в разные стороны концами и образующие зазор с поверхностью пластин.

621357

Щг, о

7 1У

Рог. Ю

Составитель А. Тарасов

Редактор Т. Никольская Техред Н, Рыбкина

Корректор Н. Федорова

Подписное

Типография, пр.,апуиова, 2

Заказ 1501!4 Изд. № 592 Тираж 922

НПО Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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