ПРЯМОТОЧНО-ВИХРЕВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТАКТА ГАЗА И ЖИДКОСТИ

Полезная модель относится к устройствам для организации взаимодействия паровых (газовых) и жидкостных потоков при проведении массообменных процессов, а именно: абсорбции, десорбции, ректификации и может быть использовано в химической, нефтехимической, пищевой, энергетической и фармацевтической промышленности.
Известно устройство [Николаев А.М. Николаев Н.А. Азизов Б.М. Булкин В.А. Прямоточное контактное устройство для взаимодействия пара (газа) с жидкостью: А.с. 210085 // Б.И., 1968, №6], представляющее собой контактный патрубок, в основании которого расположен аксиальный завихритель. При работе устройства восходящий поток газа проходит через лопатки завихрителя и начитает поступательно-вращательное движение вверх по контактному патрубку. Одновременно в устройство через узел подвода подается жидкость, которая диспергирует и в виде капель движется к периферии аппарата под действие центробежной силы, а затем оседает на стенках патрубка в виде пленки. Контактируя с газом, пленка жидкости движется вверх по патрубку и отделяется от газа в угле сепарации.
Существует так же устройство [Гухман Л.М. Контактный элемент: А.с. 509278 // Б.И., 1976, № 13], которое по конструкции аналогично предыдущему, но отличается тем, что используется тангенциально-лопаточный завихритель.
Эти устройства позволяют добиваться высокой эффективности процесса массообмена, могут работать при больших скоростях газов и обладают сравнительно невысоким гидравлическим сопротивлением. Однако обладают некоторыми недостатками. Во-первых: сложность конструкции завихрителей, т.к. и аксиальный, и тангенциально лопаточный завихритель требует изготовления большого числа деталей сложной формы и их последующей точной сборки. Во-вторых: конструкция сепарационного узла, выполненного в виде половины тора, такова, что приводит к перемешиванию прореагировавшей и непрореагировавшей жидкостей, из-за чего снижается эффективность процесса.
Предлагаемое устройство состоит из контактного патрубка 1, завихрителя 2, узла подвода жидкости 3 и узла сепарации жидкости 4 (фиг.1). Устройства предлагается располагать на тарелке колонного аппарата в шахматном порядке.
Контактный патрубок имеет форму цилиндра, один конец которого усечен под некоторым углом. На одной половине корпуса патрубка в верхней трети расположены отверстия 5, а верхней части на той же половине выполнены прорези 6 для лучшей сепарации жидкости.
Завихритель выполнен в виде половинок цилиндра сдвинутых относительно друг друга в радиальном направлении.
Узел сепарации представляет собой лист металла, изогнутый определенным образом, и закрепленный в верхней части контактного патрубка.
Внутри контактного патрубка установлена лента 7, представляющая собой геликоид. На внутренней поверхности завихрителя установлены ленты 8, представляющие собой участки геликоида.
Устройство работает следующим образом. Жидкость поступает на тарелку колонного аппарата и через узел подвода 3 подается в устройство, где диспергируется в восходящий закрученный поток газа (пара). Двухфазный поток поднимается вверх по патрубку, где под действием центробежной силы капли жидкости оседают на стенках и образуют пленку. Пленка жидкости взаимодействует с газом и движется вверх. В прямоточных вихревых аппаратах интенсивность вращательного движения пленки жидкости угасает, из-за чего снижается коэффициент массопередачи и время контакта фаз. Установка внутри контактного патрубка ленты в форме геликоида позволяет поддержать крутку пленки, увеличить время контакта фаз, и дополнительно турбулизировать жидкость, для улучшения массообмена. Этому так же способствуют перегородки 9, расположенные после каждого из отверстий. Взаимодействуя с перегородками 9, часть жидкости, за счет эффекта гидравлического прыжка, отбрасывается наружу, что улучшает сепарацию. Жидкость, распыляемая через отверстия в верхней части патрубка контактирует с газом вне контактного устройства, оседает на тарелку и движется к следующему ряду контактных устройств. Остатки жидкости в устройстве сепарируются через прорези 6 и в сепарационном узле 4. Прорези и конструкция сепарационного узла выполнены так, чтобы исключить перемешивание прореагировавшей и непрореагировавшей жидкостей на тарелке и не допустить унос капель жидкости на вышележащую тарелку колонного аппарата. Техническим результатом является дополнительная турбулизация жидкой фазы внутри контактного патрубка и завихрителя, благодаря лентам в форме геликоида, что существенно увеличит коэффициент массопередачи, и обеспечение надежного разделения жидкой и газовой фаз после контакта благодаря перегородкам, создающим эффект гидравлического прыжка.