СТРУЙНО-ПЛЕНОЧНОЕ КОНТАКТНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕПЛОМАССООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ

Настоящая полезная модель предназначена для проведения тепломассообменных процессов в системе газ-жидкость и может найти применение в химической, нефтехимической, металлургической, пищевой промышленности и энергетике.
Известно контактное устройство для массообменных аппаратов, включающее горизонтальное перфорированное полотно, которое имеет секционирующие вертикальные перегородки, выполненные с обеспечением возможности равномерного распределения жидкости по перфорированному горизонтальному полотну [см. патент RU 94163, B01D 3/22, 2009].
Недостатком контактного устройства является узкий диапазон устойчивой и эффективной работы, а также высокое гидравлическое сопротивление проходу газа.
Известна контактная тарелка для массообменных процессов, на которой установлены сливные стаканы, имеющие вертикальные стенки [см. патент GB 1422131 (A), B01D 3/20, 1972]. Контактная тарелка разделяется соответствующей опорной балкой по своей диаметральной линии на два участка тарелки. На каждом таком участке тарелки имеется соответствующий ряд параллельных прямоугольных сливных стаканов, расположенных перпендикулярно по отношению к опорной балке. Причем между сливными стаканами расположена барботажная зона с тарелками различных конструкций. Ряд сливных стаканов, находящихся на одном участке, располагается в шахматном порядке относительно другого ряда сливных стаканов, находящихся на противоположном ему участке тарелки. При этом сливные стаканы открыты с верхнего своего конца, а нижний конец снабжен некоторым множеством сливных отверстий для жидкости.
Недостатком изобретения является невысокая эффективность и интенсивность протекающих массообменных процессов в барботажной зоне. Кроме того, контактная тарелка вне зависимости от типа установленных контактных устройств обладает высоким гидравлическим сопротивлением, которое обусловлено необходимостью прохождения потока газа через слой жидкости находящейся в барботажной зоне контактной тарелки.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является струйно-барботажное контактное устройство, состоящее из сливных стаканов, расположенных в поперечном и продольном сечениях в шахматном порядке [см. патент RU 156379, B01D 3/20, 2015]. Сливные стаканы имеют вертикальные стенки, открыты с верхнего своего конца, а нижний конец снабжен некоторым множеством сливных отверстий для жидкости. Стаканы в каждом ряду соединены между собой с помощью стержня, при этом расстояние между сливными стаканами равняется ширине сливного стакана, то есть сливные стаканы в поперечном сечении имеют форму квадрата.
Недостатком данного контактного устройства является относительно невысокая эффективность тепломассообменных процессов, протекающих в пространствах между двумя соседними по высоте сливными стаканами, где реализуется взаимодействие падающих струй и капель жидкости с восходящим потоком газа.
Задача, на решение которой направлена заявленная полезная модель, заключается в повышении общей эффективности тепломассообменных процессов в системе газ-жидкость за счет увеличения удельной площади поверхности контакта фаз и коэффициентов тепло- и массоотдачи в пространствах между двумя соседними по высоте сливными стаканами.
Поставленная задача решается струйно-пленочным контактным устройством, которое состоит из параллельных квадратных сливных стаканов, имеющие вертикальные стенки. Сливные стаканы расположены в поперечном и продольном сечениях в шахматном порядке, открыты с верхнего своего конца, а нижний конец снабжен некоторым множеством сливных прорезей для жидкости. Опорами для сливных стаканов являются вертикальные перегородки, установленные параллельно и перекрестно относительно друг друга, проходящие через центр сливных стаканов. Вертикальные перегородки имеют прорези, предназначенные для установки соответствующих сливных стаканов. В днище сливных стаканов выполнены лепестки в виде круговых сегментов отогнутые таким образом, чтобы проходное сечение было направлено на поверхность вертикальных перегородок.
Техническим результатом полезной модели является увеличение удельной площади поверхности контакта фаз и коэффициентов тепло- и массоотдачи в пространствах между двумя соседними по высоте сливными стаканами, и, как следствие, повышение общей эффективности тепломассообменных процессов в системе газ-жидкость.
Сущность полезной модели поясняется следующими чертежами:
- на фиг. 1 изображено предлагаемое струйно-пленочное контактное устройство для тепломассообменных процессов;
- на фиг. 2 - продольный разрез струйно-пленочного контактного устройства.
Струйно-пленочное контактное устройство состоит из параллельных квадратных сливных стаканов 1, имеющие вертикальные стенки, необходимые для поддержания уровня жидкости внутри сливных стаканов 1. Опорами для сливных стаканов 1 являются вертикальные перегородки 2, имеющие прорези, предназначенные для установки соответствующих сливных стаканов 1 (фиг. 1). Сливные стаканы 1 открыты с верхнего своего конца, а в днище выполнены отогнутые лепестки 3 в виде круговых сегментов, необходимые для распределения жидкости по поверхности вертикальных перегородок 2 (фиг. 2).
Предлагаемое струйно-пленочное контактное устройство для тепломассообменных процессов работает следующим образом.
Жидкость через множество отогнутых лепестков 3, выполненных в днище сливных стаканов 1, распределяется в виде струй на расположенные ниже вертикальные перегородки 2. При этом на указанных сливных стаканах поддерживается уровень жидкости за счет вертикальных стенок сливных стаканов. Благодаря шахматному расположению сливных стаканов 1 газ, поступающий снизу, имеет зигзагообразный характер движения.
При движении струй жидкости по поверхности вертикальных перегородок 2 происходит распределение жидкости с образованием устойчивого пленочного течения. При этом стекающая пленка жидкости контактирует с восходящим потоком газа. Далее образовавшаяся пленка, соударяясь о поверхность жидкости, находящейся внутри сливных стаканов 1, создает развитую постоянно обновляющуюся поверхность контакта фаз, которая определяется наличием относительно небольших газовых пузырей в слое жидкости и несколькими вылетающими каплями из жидкости.
В предлагаемом струйно-пленочном контактном устройстве по сравнению с прототипом увеличиваются удельная площадь поверхности контакта фаз и коэффициенты тепло- и массоотдачи в пространствах между двумя соседними по высоте сливными стаканами за счет установки интенсифицирующих элементов в виде вертикальных перегородок. Кроме того, известно, что пленочное течение жидкости характеризуется большими коэффициентами тепло- и массоотдачи, чем распыливание жидкости. Поэтому, как показывают проведенные экспериментальные исследования по определению массообменной эффективности охлаждения оборотной воды общая эффективность в предлагаемом струйно-пленочном контактном устройстве при рабочих режимах работы увеличилась на 18,2…47,5% по сравнению с прототипом.
Таким образом, увеличение удельной площади поверхности контакта фаз и коэффициентов тепло- и массоотдачи в пространствах между двумя соседними по высоте сливными стаканами в предлагаемом струйно-пленочном контактном устройстве приводит к повышению общей эффективности тепломассообменных процессов в системе газ-жидкость.