МАССООБМЕННОЕ КОНТАКТНОЕ УСТРОЙСТВО
MASS TRANSFER CONTACT DEVICE

Изобретение относится к контактным устройствам массообменных аппаратов, предназначенных для непосредственного контакта паровой или газовой и жидкой фаз в процессах ректификации, дистилляции, абсорбции, десорбции, а также других тепломассообменных процессах в нефтегазопереработке, химии, энергетике и других отраслях.
Известен патент RU 2081657, В01D 3/26, 20.06.97, в котором контактная тарелка для вихревых тепломассообменных аппаратов, включающая установленный на полотне тарелки контактный патрубок с многощелевым завихрителем внутри и отбойником над ним, который снабжен внутренним и внешним цилиндрами, расположенными коаксиально контактному патрубку, установленному с зазором к полотну тарелки. Нижний срез внешнего цилиндра отбойника расположен выше уровня жидкости на тарелке, а в кольцевом пространстве между внешним цилиндром отбойника и контактным патрубком установлена контактная насадка с плотно примыкающими к стенкам торцовыми крышками. Контактная насадка выполнена в виде винтовой спиральной ленты, либо в виде радиально расположенных пластин или горизонтально расположенного слоя катализатора.
Недостаток указанной контактной тарелки и общий для всех горизонтальных тарелок, где паровой или газовый поток проходит через слой жидкости, - высокое гидравлическое сопротивление.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является массообменное контактное устройство (патент RU 2271848 С1, 20.03.02006), содержащее корпус, наклонную тарелку, приспособление для слива жидкости с верхней тарелки на нижнюю, причем наклонная тарелка состоит из нескольких параллельных слоев с просечками, размещенных на опорном кольце на заданном расстоянии между собой. Угол между горизонтальной плоскостью опорного кольца и внешней стороной наружного слоя тарелки принимается в пределах от 90 до 160°, жидкость, сливающаяся с верхней тарелки на нижнюю, поступает на тот слой тарелки, который первый контактирует с паровым или газовым потоком, а паровой или газовый поток проходит через слои тарелки последовательно, при этом количество слоев в тарелке принимается не менее трех.
Недостатки данного массообменного устройства следующие:
- Данное устройство может работать эффективно только при скоростях газового или парового потока в 2-3 раза выше по сравнению с аппаратами с горизонтальными тарелками, при уменьшении скорости газового потока или колебаниях потока жидкости эффективность массообмена резко снижается.
- Эффективность массообмена зависит от диаметра корпуса массообменного контактного устройства и с увеличением диаметра корпуса более 1 м эффективность массообмена снижается.
Цель изобретения - разработка массообменного устройства, способного эффективно работать при колебаниях нагрузки по газовой и жидкой фазам и при различной величине диаметра корпуса массообменного контактного устройства.
Указанный технический результат достигается за счет того, что массообменное контактное устройство содержит корпус, наклонную тарелку, размещенную на опорном кольце или решетке, патрубки для слива жидкости с верхней тарелки на нижнюю.
На опорном кольце или решетке размещено несколько наклонных тарелок, имеющих общую систему подачи жидкости на каждую тарелку, общую систему приема жидкости с тарелок и слива жидкости с верхних тарелок на нижние. При этом одна тарелка размещена в центре опорной решетки, а все последующие кольцевые тарелки размещены коаксиально относительно центральной тарелки.
Слой каждой тарелки состоит из каркаса и насадки, закрепленной на каркасе. Каркас состоит из стержней или пластин, размещенных на заданном расстоянии между собой, а насадка выполнена в виде винтовой спиральной ленты либо в виде кольцевых пластин, установленных на заданном расстоянии между собой параллельно горизонтальной плоскости опорного кольца или решетки.
Угол наклона стержней или пластин со стороны крепления насадки между горизонтальной плоскостью опорного кольца или решетки принимается в пределах от 110 до 160°. Количество наклонных тарелок, размещенных на опорном кольце или решетке, принимается не менее двух, а тарелка состоит от одного до двух параллельных слоев.
За счет использования, указанных выше технических решений массообменное контактное устройство будет иметь следующие преимущества перед прототипом:
- Применение вместо одной тарелки нескольких тарелок, из которых одна центральная, а остальные кольцевые, коаксиальные по отношению к центральной тарелке, позволяет увеличить поверхность массообмена как минимум в 1,5 раза.
- Использование в качестве насадки винтовой спиральной ленты, либо кольцевых пластин, параллельных плоскости опорного кольца или решетки, дополнительно увеличивает поверхность массообмена в 1,5-2 раза, а следовательно, и эффективность массообмена.
- Количество слоев в тарелках за счет повышения эффективности массообмена снижается до двух или одного в зависимости от требований конкретного технологического процесса.
- Расширяется область применения, так как массообменное контактное устройство может эффективно работать при значительных колебаниях нагрузки по газу и жидкости.
- Эффективность работы устройства не зависит от диаметра корпуса.
- Принятая форма тарелок и их коаксиальное размещение относительно центральной тарелки обеспечивает максимальное увеличение поверхности массообмена.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
На фиг.1 изображены фронтальный вид массообменного контактного устройства, содержащего одну центральную наклонную и две кольцевые наклонные тарелки, размещенные коаксиально относительно центральной тарелки.
Угол наклона стержней или пластин каркаса со стороны крепления насадки между горизонтальной плоскостью опорного кольца или решетки принят 120°.
На фиг.2 изображен разрез фронтального вида А-А фиг.1.
На фиг.3 изображена в аксонометрии часть каркаса первого слоя центральной тарелки без насадки.
На фиг.4 изображена в аксонометрии часть каркаса первого слоя кольцевой наклонной тарелки без насадки.
На фиг.5, 6, 7, 8 показаны различные профили (сечения) винтовой или кольцевой насадки, закрепляемой на стержне или пластине каркаса.
2
1
Массообменное контактное устройство (фиг.1, 2) состоит из корпуса 1, опорного кольца 3 и опорной решетки 3, на которой размещены три наклонные тарелки; одна центральная наклонная тарелка и две кольцевые, установленные коаксиально относительно центральной тарелки.
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
2
1
2
1
Каждая тарелка состоит из двух слоев. Слой каждой тарелки состоит из каркаса в виде стержней 4; 4; 4; 4; 4; 4 и соответственно насадки 5; 5; 5; 5; 5; 5, выполненной в виде спиральной винтовой ленты, либо в виде кольцевых пластин, параллельных горизонтальной плоскости опорного кольца 3 или решетки 3. Угол наклона стержней каркаса со стороны крепления насадки между горизонтальной плоскостью опорного кольца 3 или решетки 3 принят = 120°.
1
2
3
4
5
6
1
2
3
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
Нижние концы стержней каркасов 4; 4; 4; 4; 4; 4 закреплены на кольцевых коаксиальных камерах 2; 2; 2 приема жидкости с насадки 5; 5; 5; 5; 5; 5. Камеры 2; 2; 2, соединенные между собой каналами 2, вместе с патрубками 2 образуют общую систему приема жидкости и последующего слива на тарелки, размещенные ниже.
1
2
3
4
5
6
1
2
3
1
2
3
4
1
3
5
Верхние концы стержней каркасов 4; 4; 4; 4; 4; 4 крепятся к камерам 6; 6; 6 подачи жидкости на каждую тарелку. Камеры 6; 6; 6 имеют просечки (отверстия) в боковых стенках и соединены каналами 6 без просечек, с которыми образуют систему подачи жидкости на насадку первого слоя 5; 5; 5 каждой из наклонных тарелок.
Массообменное контактное устройство фиг.1, 2 работает следующим образом.
1
1
3
5
1
2
3
1
3
5
Паровой или газовый поток поступает снизу вверх через опорную решетку 3 и далее через насадку первого слоя 5; 5; 5 каждой из тарелок. Жидкость из камер 6; 6; 6 через просечки поступает на насадку 5; 5; 5 и стекает сверху вниз.
1
3
5
2
4
6
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
6
Паровой или газовый поток, контактируя с жидкостью, стекающей по насадке 5; 5; 5, уносит часть жидкости на насадку второго слоя 5; 5; 5. Жидкость с насадки 5; 5; 5; 5; 5; 5 стекает в приемные кольцевые камеры 2; 2; 2, соединенные каналами 2, и далее через патрубки 2 сливается на тарелки, расположенные ниже. Паровой или газовый поток после контактирования с жидкостью на насадке первого и второго слоев 5; 5; 5; 5; 5; 5 поступает на тарелки, расположенные выше. Диаметр центральной тарелки принимается 0,1-0,3 от диаметра корпуса.
1
2
3
4
2
Выбор применения винтовой спиральной ленты, либо кольцевых пластин в качестве насадки зависит от конкретных свойств, используемых в процессе веществ и параметров технологического процесса. В массообменных контактных устройствах с диаметром корпуса менее 1 м в качестве опорной решетки может использоваться система приема жидкости с насадки, состоящая из кольцевых коаксиальных камер 2; 2; 2, соединенных каналами 2, при этом система приема жидкости устанавливается на опорное кольцо 3.
1
1
1
На фиг.3 показана часть каркаса 4 центральной тарелки, стержни которого опираются на камеру 2 приема жидкости с насадки, а верхние концы стержней крепятся к камере 6 подачи жидкости на насадку.
5
2
3
3
На фиг.4 показана часть каркаса 4 кольцевой коаксиальной тарелки, стержни которого опираются на кольцевые коаксиальные камеры 2 и 2 приема жидкости, стекающей с насадки, а верхние концы стержней крепятся к кольцевой камере 6 подачи жидкости на насадку.
На фиг.5, 6, 7, 8 показан разрез (профиль) насадки. Профили на фиг.5, 6, 8 предпочтительнее применять для насадки первого слоя, профиль на фиг.7 для насадки второго слоя.
Указанными вариантами формы насадок не ограничиваются. Могут использоваться и другие формы насадки, применяемые в промышленности в качестве насадок пакетного типа для контактных аппаратов.
Предлагаемое изобретение позволяет создать множество массообменных контактных аппаратов для проведения массообменных процессов, осуществляемых как под давлением, так и под вакуумом.
Источники информации
1. Патент RU 2081657 С1, 29.06.97. Контактная тарелка для вихревых тепломассообменных аппаратов.
2. Авторское свидетельство SU 1304840 A1, 4В01D 3/30, 23.04.87. Тепломассообменный аппарат.
3. Патент RU 2271848 С1, 20.03.2006. Массообменное контактное устройство.