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 результата, относятся сложность конструкции, связанная с жестким закреплением системы тарелок на штанге и присоединением ее к вибровозбудителю.
Известен 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 В01Д 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 и образование застойных зон на периферии тарелок вблизи стенок корпуса.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков и выбранным за прототип является 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 желоба равномерно по окружности установлены элементы с положительной плавучестью в виде поплавков, а на каждом желобе в зоне переливного патрубка установлены ограничительные пластины. (Описание полезной модели к патенту 97931 В01Д 3/20 и В0Д 3/32, 2010).
К причинам, препятствующим достижению данного технического результата, относиться недостаточная скорость тепло- и массообмена из-за образования застойных зон на периферии тарелок вблизи стенок корпуса.
Техническим результатом предлагаемой конструкции массообменной колонны является увеличение скорости тепло- и массопереноса за счет предотвращения образования застойных зон на периферии тарелок вблизи стенок корпуса и интенсивного перемешивания жидкости.
Поставленный технический результат достигается тем, что в 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, и элементы с положительной плавучестью в виде поплавков, равномерно по окружности установленные на нижнем торце каждого кольца, при этом на верхнем торце каждого торца равномерно по окружности установлены лопатки, а переливные патрубки смежных тарелок изогнуты и направлены на противоположные стороны лопаток.
Установка на верхнем торце каждого кольца равномерно по окружности лопаток позволяет при направлении на них потока жидкости из переливного патрубка вращать тарелки в горизонтальной плоскости.
Так как переливные патрубки смежных тарелок изогнуты и направлены на противоположные стороны лопаток, то смежные тарелки вращаются в противоположные стороны, при этом поток жидкости из переливного патрубка, стекая по лопаткам вниз, разрушает застойные зоны у стенок корпуса, где расположены кольца по всей окружности тарелки за один ее оборот.
Кроме того, поток жидкости, ударяясь о лопатки, заставляет колебаться тарелки с жидкостью в вертикальном и горизонтальном направлениях. Все выше сказанное увеличивает скорость тепло- и массопереноса за счет интенсивного перемешивания жидкости на тарелках и предотвращения образования застойных зон на периферии тарелки.
На фигуре 1 показана схема установки трех тарелок в массообменном аппарате предлагаемой конструкции, а на фигуре 2 - горизонтальный разрез А-А с видом сверху на две смежные тарелки.
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 с положительной плавучестью 6 в виде поплавков.
На верхнем торце каждого кольца 5 равномерно по окружности установлены лопатки 7, а переливные патрубки 3 смежных тарелках изогнуты и направлены на противоположные стороны лопаток 7.
Массообменный аппарат работает следующим образом. При подаче жидкости в корпус 1 она заполняет кольцевые желоба 4, и находящиеся в кольцевых желобах 4 элементы 6 с положительной плавучестью всплывают вместе с тарелками 2, переливными патрубками 3 и кольцами 5 с лопатками 7, 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 лопатки 7 и слой жидкости на ниже лежащей тарелке, вызывая ее вертикальные, а также, горизонтальные и круговые колебания. Так как переливные патрубки 3 в смежных тарелках изогнуты и направлены на противоположные стороны лопаток, то смежные тарелки вращаются в противоположные стороны.
Такой сложный спектр колебаний жидкости на каждой тарелке приводит к увеличению скорости тепло- и массопереноса между газом и жидкостью, разрушает застойные зоны на периферии тарелок и интенсифицирует процесс перемешивания газа и жидкости.
Таким образом, предполагаемая конструкция массообменного аппарата позволяет использовать энергию потока жидкости, вытекающей из каждого переливного патрубка, для вращения и колебания тарелок в вертикальном, горизонтальном и угловом направлениях, а конструкция по прототипу позволяет угловое перемещение тарелок только на ограниченный угол φ. Это вращение смежных тарелок в противоположные стороны и сложные колебания в трех направлениях увеличивают скорость жидкости и газа относительно друг друга, предупреждает образование застойных зон на периферии, что интенсифицирует процесс тепло- и массопереноса.