аппарат для проведения тепломассообменных процессов

Формула изобретения

1. Аппарат для проведения тепломассообменных процессов в системе газ - жидкость в прямоточном режиме, включающий вертикальный цилиндрический корпус, тарелку, в центре которой установлен контактный патрубок с переточными трубами, отражатель с лопатками, расположенный на верхнем торце контактного патрубка, отличающийся тем, что тарелка и переточные трубы выполнены горизонтальными, переточные трубы установлены в нижней части контактного патрубка и выступают внутрь его, при этом соотношение диаметра контактного патрубка и его высоты составляет (0,8-1,5): 1, а соотношение сечения контактного патрубка и суммарного сечения переточных труб - (10-20): 1.

2. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что соотношение диаметра отражателя и длины хорды лопатки составляет (1,5-1,8): 1.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к пенным скоростным прямоточным тепломассообменным аппаратам для проведения процессов абсорбции, хемосорбции, увлажнения и пылеулавливания.

Известен аппарат для проведения тепломассообменных процессов в системе газ - жидкость в прямоточном режиме, включающий вертикальный корпус, тарелку, в центре которой установлен контактный патрубок, конусный отражатель с лопатками, расположенный на верхнем торце контактного патрубка (авт.свид. СССР 413954, В 01 D 5/32, 1972 г.).

Аппарат имеет низкую эффективность, большой брызгоунос и узкий диапазон рабочих скоростей по газу из-за невозможности обеспечить хорошее разделение газожидкостного потока в сепарационной зоне.

Наиболее близким к описываемому по технической сущности и достигаемому результату является другой известный аппарат для проведения тепломассообменных процессов в системе газ - жидкость в прямоточном режиме, включающий вертикальный цилиндрический корпус, тарелку, в центре которой установлен контактный патрубок с переточными трубами, отражатель с лопатками, расположенный на верхнем торце контактного патрубка. В этом аппарате тарелка снабжена изогнутыми переточными трубами, верхние концы которых расположены на уровне нижнего торца патрубка, а тарелка установлена с наклоном по отношению к патрубку. Лопатки отражателя выступают за контактный патрубок на расстояние 0,25-0,4 диаметра его, при этом каждая лопатка заходит на 1/3 последующей при высоте лопаток 0,2-0,3 высоты патрубка. Это позволяет повысить эффективность тепломассообмена за счет расширения диапазона рабочих скоростей по газу и уменьшить брызгоунос (авт. свид. 839094, кл. В 01 D 3/26, публ. бюл. 45, 1986 г.).

Однако данный аппарат обладает следующими недостатками. При использовании его в промышленных условиях, при сильно-сильно запыленных газах и загрязненных жидкостях, поступающих в больших количествах, происходит зарастание тарелки и переточных труб, что приводит к частым остановкам аппарата на чистку и соответственно снижается его эффективность. Кроме того, при промышленном использовании такого аппарата снижается эффективность тепломассообмена.

Поставлена задача - создать аппарат, позволяющий повысить эффективность тепломассообмена при одновременном увеличении его надежности при использовании в многотоннажном производстве (например, в производстве минеральных удобрений).

Поставленная задача решена в предложенной конструкции аппарата для проведения тепломассообменных процессов в системе газ - жидкость в прямоточном режиме, включающем вертикальный цилиндрический корпус, тарелку, в центре которой установлен контактный патрубок с переточными трубами, отражатель с лопатками, расположенный на верхнем торце контактного патрубка, в котором тарелка и переточные трубы выполнены горизонтальными. Переточные трубы установлены в нижней части контактного патрубка и выступают внутрь его. При этом соотношение диаметра контактного патрубка и его высоты составляет (0,8-1,5):1, а соотношение сечения контактного патрубка и суммарного сечения переточных труб - (10-20):1. Соотношение диаметра отражателя и длины хорды лопатки - (1,5-1,8):1.

Сущность способа заключается в следующем. Так как данный аппарат предназначен для многотоннажного производства, то соответственно в него поступают большие объемы сильнозагрязненных газов и жидкости. Следовательно, в нем не должно быть узлов и деталей, создающих застойные зоны. Горизонтальные переточные трубы и горизонтальная тарелка позволяют их избежать. При этом необходимо добиться не только снижения зарастания осадками аппарата, но и высокой его эффективности. Высокая эффективность обеспечивается при высокой плотности орошения в контактном патрубке, которая определяется суммарным сечением переточных труб. Наилучшие результаты по улавливанию аммиака и пыли были получены при условиях, когда отношение сечения контактного патрубка к суммарному сечению переточных труб находилось в интервале 10 -20. Отношение диаметра контактного патрубка к его высоте в пределах 0,8-1,5 обеспечивает высокотурбулизированный газожидкостной слой.

Отношение диаметра отражателя к длине хорды лопатки, равное 1,5-1,8, обеспечивает наименьший брызгоунос из аппарата. Все предложенные параметры узлов аппарата были определены из проведенных исследований по массообмену. Результаты исследований приведены в табл.1-3.

Из табл. 1 видно, что максимальная интенсивность массоотдачи контактной ступени наблюдается в диапазоне изменения отношения d/H от 0,8 до 1,5. При выходе за границы интервала коэффициенты массоотдачи падают, что можно объяснить снижением запаса жидкости в рабочей зоне.

Из табл. 2 следует, что наибольшая интенсивность массообмена аппарата (20-21 1/с) соответствует такому сечению переточных труб, при котором отношение S_кп/S_тр составляет 10-20. Это объясняется оптимальными плотностью орошения и запасом жидкости в указанном диапазоне.

Табл. 3 показывает, что оптимальное соотношение диаметра отражателя к длине хорды лопатки, при котором наблюдается наименьший брызгоунос, составляет 1,5-1,8. Это связано с влиянием геометрии и длины лопатки на степень закручивания газожидкостного потока и брызгоунос.

На фиг.1 представлен продольный разрез предлагаемого аппарата; на фиг.2 - поперечный разрез по сечению А-А.

Аппарат включает вертикальный цилиндрический корпус 1, горизонтальную тарелку 2, в центре которой установлен контактный патрубок 3. На верхнем торце контактного патрубка расположен отражатель 4 с криволинейными лопатками 5. В контактном патрубке на уровне нижнего обреза закреплены горизонтальные переточные трубы 6. В корпусе имеются штуцера 7 и 8 для подвода и отвода газа, штуцера 9 и 10, 11 для подвода и отвода жидкости соответственно.

Аппарат работает следующим образом. Газ поступает в цилиндрический корпус аппарата 1 через штуцер 7, проходит в контактный патрубок 3 и диспергирует жидкость, поступающую в контактный патрубок по переточным трубам 6. В контактном патрубке образуется пенный газожидкостной поток, который поднимается вверх, ударяется об отражатель 4 и проходит между лопатками 5, закручивается и отбрасывается к стенке корпуса. За счет центробежного эффекта закрученная жидкость сепарируется, стекает по стенке корпуса вниз и направляется повторно по переточным трубам 6 в контактный патрубок. Свежая жидкость поступает в аппарат через штуцер 9, отработанная жидкость сливается через переливочный штуцер по тарелке 2. Часть жидкости выводится через штуцер 11, газ выходит из аппарата через штуцер 8.