МАССООБМЕННОЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к газовой, газоперерабатывающей, химической и нефтехимической промышленности, и может быть использована в колонных или сепарационных аппаратах установок подготовки и переработки газа.
Известно устройство для контакта газа и жидкости, состоящее из основания и коаксиально установленных завихрителя, цилиндрического патрубка, сепарационного устройства и обтекателя. Обтекатель, выполненный в виде параболоида вращения, зафиксирован с цилиндрическим патрубком распорками. В верхней части цилиндрического патрубка имеются отверстия для первичной сепарации жидкости, соединенные с карманом для отвода жидкости. Между завихрителем и цилиндрическим патрубком внутри устройства установлена диафрагма в виде кольца. В нижней части цилиндрического патрубка расположены тангенциальные каналы для подачи жидкости, выполненные в виде отбортованных отверстий, с размерами отбортовок, не превышающими ширину кольца диафрагмы. Кроме того, в верхней части корпуса завихрителя выполнены тангенциальные каналы для подачи газа в виде отбортованных отверстий. Отверстия тангенциальных каналов для подачи жидкости отбортованы в ту же сторону, как и отверстия тангенциальных каналов для подачи газа, и симметричны им относительно основания. (Патент РФ на изобретение №2122880, МПК B01D 3/26, опубл. 10.12.1998)
Общими признаками известного технического устройства и предлагаемого являются следующие:
- основание с центробежным элементом;
- центробежный элемент, состоящий из цилиндрического патрубка, снабженного в верхней части сепарационным устройством, а в нижней части - завихрителем;
- отверстия в верхней части цилиндрического патрубка для первичной сепарации жидкости;
- каналы для подачи жидкости;
- элемент дробления.
Недостатками известного устройства является наличие распорок для фиксации стакана, которые прерывают движение центробежного потока и тем самым ухудшают эффективность устройства. Так же, наличие обтекателя и дистанционных прутков увеличивают сопротивление потоку, тем самым снижается диапазон работы устройства.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому устройству является устройство для контакта газа и жидкости. предназначенное для аппаратов абсорбции, ректификации, включающее основание, установленное в корпусе с патрубками входа и выхода потоков, с размещенными на нем центробежными элементами, каждый из которых состоит из цилиндрического патрубка, снабженного в верхней части сепарационным устройством, а в нижней части - тангенциальным завихрителем. Тангенциальный завихритель закрыт донышком. Устройство снабжено каналами для подачи жидкости на донышко завихрителя. Нижний торец канал подачи жидкости заглушен, при этом боковая часть нижнего торца имеет отверстия выхода жидкости. Коаксиально патрубку над каналом установлен обтекатель, выполненный в виде параболоида вращения. На внутренней поверхности завихрителя выше тангенциальных входов газа установлена, по крайней мере, одна кольцевая переливная перегородка с шириной, определяющей глубину барботажного слоя жидкости. (Патент РФ на изобретение №2192912, МПК В01D 3/26, опубл. 20.11.2002)
Общими признаками известного технического устройства и предлагаемого являются следующие:
- корпус;
- основание с центробежным элементом;
- центробежный элемент, состоящий из цилиндрического патрубка, снабженного в верхней части сепарационным устройством, а в нижней части - тангенциальным завихрителем;
- тангенциальный завихритель, закрытый донышком;
- канал для подачи жидкости на донышко завихрителя;
- элемент дробления.
Недостатками известной конструкции является узкий диапазон устойчивой работы устройства, т.к. эффективность зависит от формируемого цилиндрического вращающегося слоя жидкости газовым потоком с помощью кольцевой переливной перегородки с заданной шириной, которая и определяет глубину барботажного слоя жидкости.
Техническим результатом предлагаемого решения является повышение эффективности массообменных процессов между газом и жидкостью в широком диапазоне технологических задач.
Этот результат достигается тем, что в массообменном устройстве, включающем установленное в корпусе основание, с, по крайней мере, одним центробежным элементом, включающим цилиндрический патрубок, снабженный в верхней части сепарационным устройством, а в нижней части - тангенциальным завихрителем, закрытым донышком, коаксиальный канал для подачи жидкости на донышко завихрителя, элемент дробления, новым является то, что устройство имеет не менее двух оснований, а коаксиальный канал для подачи жидкости представляет собой питающую трубку, верхний торец которой установлен в вышележащем основании, при этом элемент дробления кольцеобразно расположен на внешней поверхности питающей трубки и/или на внутренней поверхности цилиндрического патрубка.
Кроме того, элемент дробления выполнен в виде сетки.
Кроме того, элемент дробления выполнен в виде торообразной насадки или набора горообразных насадок.
Кроме того, элемент дробления выполнен в виде клинообразной насадки или набора клинообразных насадок.
Кроме того, элемент дробления выполнен из гидрофобного материала.
Кроме того, элемент дробления выполнен в виде надсечек, нанесенных на поверхность питающей трубки и/или на внутреннюю поверхность цилиндрического патрубка.
Кроме того, элементов дробления на внешней поверхности питающей трубки и/или на внутренней поверхности цилиндрического патрубка установлено несколько.
Кроме того, в верхней части цилиндрического патрубка на равном расстоянии друг от друга выполнены прорези.
Кроме того, на поверхности питающей трубки перед сепарационным устройством установлена экранирующая насадка.
Заявляемая совокупность признаков, а именно, наличие не менее двух оснований и установка верхнего торца питающей трубки в вышележащем основании, и расположение элемента дробления кольцеобразно на внешней поверхности питающей трубки и/или на внутренней поверхности цилиндрического патрубка, позволяет обеспечить эффективное дробление жидкости, поступающей с вышележащего основания, которая под действием центробежных сил скапливается и поднимается по поверхности питающей и/или по внутренней поверхности цилиндрического патрубка, а также позволяет получить зону эффективного массообмена между контактирующими потоками газа и жидкости. Причем зона эффективного контакта может быть организована как единичными элементами дробления, так и несколькими элементами, что расширяет возможности применения данного устройства в широком диапазоне технологических задач, как по нагрузкам по жидкости и газу, так и по качеству получаемых потоков.
Выполнение элемента дробления в виде сетки или в виде торообразной или клинообразной насадки, причем из гидрофобного материала, позволяет обеспечить эффективное дробление жидкости при различных вариантах исполнения элемента дробления, что расширяет также технологические возможности изготовления устройства при обеспечении его эффективной работы.
Выполнение элемента дробления в виде надсечек на поверхности питающей трубки и/или на внутренней поверхности цилиндрического патрубка также повышает эффективность дробления жидкости и обеспечивает эффективный массообмен между потоками.
Наличие прорезей в верхней части цилиндрического патрубка на равном расстоянии друг от друга обеспечивает отвод жидкости, которая под действием центробежных сил движется по внутренней поверхности цилиндрического патрубка из зоны контакта, что позволяет обеспечить эффективную работу устройства при значительных нагрузках по жидкости.
Установка экранирующей насадки на поверхности питающей трубки перед сепарационным устройством способствует уменьшению уноса жидкости из сепарационного элемента.
На фигуре 1 представлено массообменное устройство с элементом дробления, выполненным в виде сетки.
На фигуре 2 представлен центробежный элемент с элементом дробления, выполненным в виде набора горообразных насадок.
На фигуре 3 представлен центробежный элемент с элементом дробления, выполненным в виде набора клинообразных насадок.
Массообменное устройство содержит не менее двух оснований 1, установленных в корпусе 2. Основание 1 имеет, по крайней мере, один центробежный элемент. Центробежный элемент включает цилиндрический патрубок 3, снабженный в верхней части сепарационным устройством 4, выполненный в виде каплесъемника, а в нижней части - тангенциальным завихрителем 5. Тангенциальный завихритель 5 закрыт донышком 6. Устройство снабжено коаксиальным каналом для подачи жидкости на донышко 6 тангенциального завихрителя 5. Коаксиальный канал для подачи жидкости представляет собой питающую трубку 7, верхний торец 8 которой установлен в вышележащем основании 9, а нижний торец 10 заглушен, при этом боковая часть нижнего торца 10 имеет отверстия 11.
В нижней части цилиндрического патрубка 3 может быть расположен кольцеобразно элемент дробления 12 на внутренней поверхности цилиндрического патрубка 3 и/или элемент дробления 13 на внешней поверхности питающей трубки 7. Элементы дробления 12, 13 могут быть выполнены различной формы: на Фиг.1 элементы дробления 12, 13 выполнены в виде сетки, а на фиг.2 - в виде торообразной насадки, на фиг.3 - в виде конусообразной насадки. Элементы дробления 12, 13 могут быть выполнены в виде надсечек, нанесенных на поверхность питающей трубки и/или на внутреннюю поверхность цилиндрического патрубка, соответственно (на фиг. не показано). Причем, если установлены элементы дробления 12 и элемент дробления 13, то последний устанавливается выше, чем элемент дробления 12. При установке нескольких элементов дробления 12 и элементов дробления 13 они располагаются в шахматном порядке (фиг.1).
В верхней части цилиндрического патрубка 3 на равном расстоянии друг от друга выполнены прорези 14, снабженные направляющими элементами для дополнительного отвода жидкости. Кроме того, на поверхности питающей трубки 7 перед сепарационным устройством 4 установлена экранирующая насадка 15.
Устройство работает следующим образом.
Газовый поток поступает внутрь центробежного элемента через тангенциальный завихритель 5, приобретает вращательное движение, в результате чего формируется закрученный поток. Для осуществления массообмена с вышележащего основания 9, установленного в корпусе 2, через верхний торец 8 питающей трубки 7 подается жидкость на донышко 6 тангенциального завихрителя 5. С помощью распределительных отверстий 11, выполненных на боковой части нижнего торца 10 питающей трубки 7, жидкость попадает в зону действия центробежных сил. В результате смешения происходит дробление жидкости и образование вращающегося газожидкостного потока. Далее капли жидкости полем центробежных сил отбрасываются к стенке цилиндрического патрубка 3 и сливаются в пленку, которая попадает на элемент дробления 12, дробится на мелкие частицы и отталкивается на питающую трубку 7. Далее частицы жидкости попадают на элемент дробления 13, установленный на питающей трубке 7, в результате чего они также дробятся и отскакивают на гладкую поверхность цилиндрического патрубка 3, где, формируясь в пленку, направляются в сепарационное устройство 4.
Часть капель после дробления под действием центробежных сил сливается в пленку на поверхности питающей трубки 7, поднимается вверх и, попадая на экранирующую насадку 15, эта жидкость отбрасывается на поверхность цилиндрического патрубка 3.
Жидкость отводится из центробежного элемента через прорези 14, а также через кольцевой зазор между цилиндрическим патрубком 3 и сепарационным устройством 4. Газ отводится из центробежного элемента через центральное отверстие сепарационного устройства 4.