аппарат для тепло- и массообмена между газом (паром) и жидкостью

Формула изобретения

1. АППАРАТ ДЛЯ ТЕПЛО- И МАССООБМЕНА МЕЖДУ ГАЗОМ (ПАРОМ) И ЖИДКОСТЬЮ, включающий корпус, тарелки с контактными элементами, переливное устройство, приемный и сливной пороги, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса массообмена и расширения рабочего диапазона в циклическом режиме, корпус снабжен желобом, установленным над основанием тарелки с возможностью поворота его в сторону приемного порога, ось поворота желоба смещена относительно центра тяжести в ту же сторону.

2. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что полотно тарелки снабжено перегородками, установленными параллельно приемному порогу в чередующейся последовательности - примыкающими к полотну тарелки и с зазором к нему.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к контактным устройствам для осуществления процессов обмена между газовой (паровой) и жидкой фазами и может найти применение в процессах абсорбции, хемосорбции и ректификации. Преимущественно изобретение предназначено для проведения абсорбционных и ректификационных процессов в циклическом режиме при пульсирующей подаче жидкой фазы.

Цель изобретения - повышение эффективности массообмена и расширение рабочего диапазона в циклическом режиме.

На фиг. 1 представлен предлагаемый аппарат, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Аппарат состоит из заглушенного с обоих концов корпуса 1 и расположенных по его высоте тарелок 2. Вместо тарелок в качестве контактного устройства может использоваться и насадка любой конструкции. Каждая тарелка снабжена приемным 3 и сливным 4 порогами, образующими приемный 5 и сливной 6 карманы, и переливным устройством 7. Для подачи в аппарат газовой фазы служит патрубок 8, для вывода газа из аппарата - патрубок 9. Подача жидкости в аппарат осуществляется через штуцера 10, вывод жидкости - через штуцер 11. Под штуцерами 10 расположены желоба 12, установленные с возможностью поворота относительно горизонтальных осей 13, которые несколько смещены относительно центра тяжести желобов так, чтобы обеспечить поворот желобов в сторону приемных карманов тарелок. Для удержания желобов в горизонтальном положении служат фиксаторы 14.

Каждая тарелка, кроме того, снабжена поперечными перегородками в виде пластин 15 и 16, размещенными таким образом, что из двух соседних перегородок одна плотно примыкает к полотну тарелок (пластины 16), а другая - установлена к нему с некоторым зазором (пластины 15).

Аппарат работает следующим образом. Газ или пар (пунктирные стрелки) подается в аппарат через патрубок 8 и, пройдя поочередно через все тарелки, выводится через патрубок 9. На каждой тарелке газ (пар) контактирует с жидкостью, чем и обеспечивается межфазный обмен теплом и массой. Жидкость (сплошные стрелки) поступает в аппарат через штуцера 10 и стекает с тарелки на тарелку через переливные устройства 7. Подача жидкости осуществляется не непрерывным, а пульсирующим потоком. Поступая из штуцера 10 в желоб 12, жидкость не сразу сливается на тарелку 2, а сначала заполняет этот желоб. По мере заполнения центр тяжести желоба смещается к концу, обращенному к приемному карману тарелки, и, в конечном итоге, желоб поворачивается, сливая жидкость в приемный карман 5. Освободившись от жидкости, желоб вновь занимает горизонтальное положение, упираясь в фиксатор 14, и начинает заполняться новой порцией жидкости. Жидкость из приемного кармана 5, поступает на тарелку 2, вытесняя, при этом, находящуюся на ней жидкость. Наличие поперечных перегородок 15 и 16 предотвращает нежелательное смешение свежей порции жидкости с жидкостью на тарелке, обеспечивая благоприятные условия для эффективного межфазного обмена.

Таким образом, в конструкции аппарата работа желобов, регулирующих подачу жидкости, не зависит от гидродинамического режима работы тарелки и не оказывает вредного влияния на работу контактной зоны тарелки. При этом нет необходимости устанавливать желоба на каждой тарелке со всеми вытекающими отсюда последствиями.

Характеристики пульсирующего потока жидкости в аппарате нетрудно регулировать, меняя расстояние между центром тяжести желобов и осью их поворота. Таким образом, предлагаемая конструктивная компоновка аппарата позволяет обеспечить контролируемую циклическую подачу жидкости во всем рабочем диапазоне и устранить нежелательное перемешивание жидкости на тарелках.

С целью проверки работоспособности предлагаемой конструкции были проведены лабораторные испытания на системе вода-воздух. Изготовленный из оргстекла аппарат диаметром 300 мм был снабжен тремя ситчатыми тарелками с долей свободного сечения, равной 11,2% . Над верхней тарелкой с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси устанавливался желоб емкостью 1000 см³, и каждая тарелка имела три поперечных перегородки высотой 70 мм, расстояние между которыми составляло 65 мм.

В процессе испытаний скорость газа, отнесенная к сечению аппарата, изменялась от 0,3 до 1,15 м/с, а удельная нагрузка по жидкости L/G - от 0,3 до 2 кг/кг. Во всем исследуемом диапазоне работы аппарата обеспечивался устойчивый пульсирующий поток жидкости, причем промежутки времени между пульсациями потока можно было менять от 1 до 15 с путем изменения величины смещения центра тяжести желоба относительно оси поворота.

Визуальными наблюдениями при добавлении красителя в жидкость, поступающую на тарелке, было также установлено, что смешение свежей порции жидкости с жидкостью, находящейся на тарелке, практически отсутствует и режим давления жидкостного потока по тарелке близок к режиму полного вытеснения.