МАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ

Предлагаемое устройство относится к области массообмена и может быть использовано в химической и нефтеперерабатывающей промышленности для осуществления контакта между фазами в системах газ-пар-жидкость и жидкость-жидкость.
Известны конструкции вибрационных и массообменных аппаратов, содержащих корпус, систему тарелок с отверстиями, которые прикрепляются к штанге, получающей вертикально направленные колебания от вибровозбудителя (Варсанофьев В.Д., Кольман-Иванов Э.Э. Вибрационная техника в химической промышленности. - М.: Химия, 1985 г., с.214-215).
К причинам, препятствующим к достижению заданного технического результат, относятся сложность конструкции, связанная с жестким закреплением системы тарелок на штанге и присоединением ее к вибровозбудителю.
Известна конструкция колонны, содержащая корпус, внутри которого установлена штанга, имеющая возможность перемещаться вдоль вертикальной оси аппарата. На штанге жестко закреплены перфорированные диски насадки, а на верхней крышке колонны установлен приводной механизм и электродвигатель, от которых через штангу к дискам насадки передается возвратно-поступательные колебания, способствующие дроблению дисперсной фазы и перемешиванию обеих фаз (Вибрационные массообменные аппараты/ Городецкий И.Я., Васин А.А., Олевский В.В, Лупанов П.А. - М.: Химия, 1980 г., с.14-15).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата относится сложность конструкции, связанная с установкой штанги, имеющей возможность перемещаться вдоль вертикальной оси, жесткое закрепление на штанге перфорированных дисков и необходимость в приводе и электродвигателе для передачи возвратно-поступательного движения от них к штанге и дискам насадки.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту и выбранному за прототип относиться массообменный аппарат, содержащий корпус, перфорированные диски насадки, имеющие возможность вертикального перемещения и выполненные в виде тарелок с переливными патрубками, кольцевые желоба жестко закреплены на внутренней боковой поверхности корпуса в местах установки тарелок, и кольца закрепленные по краям тарелок по окружности с диаметром, равным среднему диаметру желоба, при этом на желобах равномерно по окружности установлены опорные пластины, на тарелках соосно с опорными пластинами установлены упорные пластины, причем между опорными и упорными пластинами установлены цилиндрические пружины (Описание полезной модели к патенту 88279, МПК ВОД 3/20, В01Д 3/32, 2009 г.).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата относится недостаточная скорость массообмена из-за цилиндрических пружин, позволяющих совершать только вертикальные колебания тарелок, а так же возможная негоризонтальность тарелок при установке пружин, приводящая к неравномерной работе поверхности тарелок.
Техническим результатам предлагаемой конструкции массообменной колонны является увеличение скоростей тепло- и массопереноса за счет автоколебаний тарелок не только вертикальном, но и в горизонтальном и угловом направлениях, и самопроизвольной установки каждой тарелки в горизонтальном положении.
Поставленный технический результат достигается тем, что массообменный аппарат, содержащий корпус, перфорированные диски насадки, имеющие возможность перемещения и выполненные в виде тарелок с переливными патрубками, кольцевые желоба, жестко закрепленные на внутренней боковой поверхности корпуса в местах установки тарелок, и кольца, закрепленные по краям тарелок по окружности с диаметром равным среднему диаметру желоба, при этом на нижнем торце каждого кольца равномерно по окружности установлены элементы с положительной плавучестью в виде поплавков, а на каждом желобе в зоне переливного патрубка установлены ограничительные пластины.
Установка на нижнем торце каждого кольца равномерно по окружности элементов с положительной плавучестью в виде поплавков позволяет тарелке совершать колебания в вертикальном и горизонтальном направлениях, а также совершать круговые колебания, что увеличивает скорость массопереноса.
Установка на каждом желобе в зоне переливного патрубка ограниченных пластин не позволяет тарелкам под действием потока жидкости, вытекающей из переливных патрубков свободно вращаться в горизонтальной плоскости и сохранять положение патрубков на противоположных сторонах корпуса, что увеличивает время течения жидкости по тарелке и скорость массопереноса.
На фигуре 1 показана схема установки двух тарелок в массообменном аппарате предлагаемой конструкции, а на фигуре 2 горизонтальное сечение А-А в зоне установки тарелки, желоба, элементов с положительной плавучестью в виде поплавков и ограничительных пластин.
Массообменный аппарат содержит корпус 1, перфорированные диски насадки, выполненные в виде тарелок 2, с переливными патрубками 3, кольцевые желоба 4, жестко закрепленные на внутренней боковой поверхности корпуса 1 в местах установки тарелок 2, и кольца 5, закрепленные по краям тарелок 2 равномерно по окружности с диаметром равным среднему диаметру желоба 4. На нижнем торце каждого кольца 5 равномерно по окружности установлены элементы 6 с положительной плавучестью в виде поплавков, а на каждом желобе 4 в зоне переливного патрубка 3 установлены ограничительные пластины 7 под углом φ относительно друг друга.
Массообменный аппарат работает следующим образом. При подаче жидкости в корпус 1 она заполняет кольцевые желоба 4, находящиеся в кольцевых желобах 4 элементы 6 с положительной плавучестью в виде поплавков всплывают вместе с тарелками 2, переливными патрубками 3 и кольцами 5, принимая горизонтальное положение. Газ подают снизу вверх, он проходит через отверстия тарелок 2, барботируя через слой жидкости, находящейся на тарелках 2. Слой жидкости двигается по тарелкам 2 к переливным патрубкам 3, и вытекая из них ударяется о слой жидкости на ниже лежащей тарелке, вызывая ее вертикальные, горизонтальные и круговые колебания в пределах угла φ.
Такой сложный спектр колебаний жидкости на каждой тарелке приводит к увеличению скорости тепло- и массопереноса между газом и жидкостью.
Таким образом, предполагаемая конструкция массообменного аппарат позволяет использовать энергию потока жидкости, вытекающей из каждого переливного патрубка, для колебания тарелок в вертикальном, горизонтальном и угловом направлениях, а конструкция по прототипу позволяет колебаться тарелками только в вертикальном направлении. Эти сложные колебания в трех направлениях увеличивают скорость жидкости и газа относительно друг друга, что интенсифицирует процесс тепло- и массопереноса. Кроме того, самопроизвольная установка каждой тарелки в горизонтальном положении за счет элементов с положительной плавучестью в виде поплавков обеспечивает одинаковый уровень жидкости по всей площади тарелки и равномерность контакта газа с жидкостью, что также способствует увеличению скорости тепло- и массопереноса.