КОНТАКТНОЕ УСТРОЙСТВО С ОДНОСТОРОННЕЙ СЕПАРАЦИЕЙ ДЛЯ ТЕПЛОМАССООБМЕННЫХ АППАРАТОВ

Настоящая полезная модель относится к устройствам для организации взаимодействия газовых и жидкостных потоков при проведении массообменных процессов абсорбции, десорбции и ректификации. Предлагаемое устройство может быть использовано в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей пищевой, энергетической и фармацевтической промышленности.
Из предшествующего уровня техники известно прямоточное контактное устройство для взаимодействия пара (газа) с жидкостью [А.с. 210085 Б.И., 1968, №6], представляющее собой контактный патрубок, в основании которого расположен тангенциально-лопаточный завихритель, а на противоположной стороне контактного патрубка установлен тороидальный сепаратор жидкости. Контактное устройство располагается на ступени многоступенчатого массообменного аппарата. При работе устройства, восходящий поток газа проходит через щели образованные лопатками завихрителя и начинает поступательно-вращательное движение вверх по контактному патрубку. Одновременно в устройство через узел подвода подается жидкость, которая диспергируется и в виде капель движется к периферии аппарата под действием центробежной силы, оседает на стенках патрубка в виде пленки. Контактируя с газом, пленка жидкости движется вверх по патрубку и отделяется от газа посредством тороидального сепаратора. Это устройство позволяет добиваться высокой эффективности процесса массообмена, может работать при больших скоростях газов. Однако имеет следующие недостатки: сложность конструкции завихрителя, изготовление которого требует изготовления большого числа деталей сложной формы и их последующей точной сборки; конструкция сепарационного узла, выполненного в виде половины тора, такова, что приводит к перемешиванию на ступени массообменного аппарата прореагировавшей и непрореагировавшей жидкостей, из-за чего снижается эффективность массообменного процесса. Кроме того, тангенциально-лопаточный завихритель и тороидальный сепаратор из-за своей сложной формы создают дополнительное сопротивление движущемуся потоку газа, что приводит к увеличению энергетических затрат на проведение процесса.
7
Наиболее близким по конструкции к предлагаемой полезной модели является устройство [RU №80352 МПК B65D 90/30], которое состоит из контактного патрубка, циклонного завихрителя, узла подвода жидкости и узла сепарации жидкости. Контактный патрубок имеет форму цилиндра, один конец которого усечен под некоторым углом. На одной половине корпуса патрубка в верхней трети расположены отверстия. Способ работы контактного устройства аналогичен предыдущему, однако примененный в нем циклонный завихритель и сепаратор комбинированного (дырчатого и щелевого) типа создают меньшее сопротивление движению потоку газа и проще в изготовлении. Недостатком данной конструкции является перемешивание жидкости на ступени массообменного аппарата по высоте слоя, применение более простого по конструкции завихрителя циклонного типа приводит к быстрому затуханию крутки газового потока при движении газового потока внутри контактного патрубка и возникновению эффекта «проскока» газа.
Задача, решение на которой направлена заявленная полезная модель, заключается в повышении эффективности массообменных процессов при высоких нагрузках по газу при сравнительно низких энергетических затратах на проведение процесса.
Данная задача решается за счет того, что заявленное контактное устройство с односторонней сепарацией для тепломассообменных аппаратов, состоит из контактного патрубка, завихрителя, патрубка ввода жидкости, сепарационных отверстий расположенных на одной половине контактного патрубка в верхней его части, прорезей на верхнем срезе корпуса, причем внутри контактного патрубка установлено направляющее устройство в форме геликоида, у каждого сепарационного отверстия могут быть установлены отбойники, которые могут поворачиваться перпендикулярно течению пленки жидкости, а на наружной поверхности контактного патрубка может быть установлено кольцо.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков является более высокая эффективность работы контактного устройства за устранения «проскока» газа в контактном патрубке благодаря направляющему устройству в форме геликоида, надежной сепарации жидкости через сепарационные отверстия, снабженные отбойниками и устранению перемешивания жидкости по высоте слоя на ступени массообменного аппарата из-за установки на наружной поверхности контактного патрубка кольца.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых изображено:
На фиг.1. - разрез общего вида контактного устройства по вертикальной оси;
На фиг.2 - разрез завихрителя контактного устройства по линии А-А;
На фиг.3. - вид сепарационного отверстия с отбойником и схема движения жидкости.
Предлагаемое контактное устройство состоит из контактного патрубка 1, завихрителя потока газа 2, патрубка ввода жидкости 3, внутри корпуса установлено направляющее устройство в форме геликоида 4. На одной половине корпуса в верхней части выполнены сепарационные отверстия 5. верхний срез корпуса усечен под некоторым углом, на одной половине сделаны прорези 6. У каждого сепарационного отверстия установлены отбойники 7. На наружной поверхности контактного патрубка в нижней его части установлено кольцо 8.
Устройство работает следующим образом. Жидкость с вышележащей ступени аппарата поступает на тарелку колонного аппарата и через патрубок подвода жидкости 3 подается в устройство, где диспергируется в восходящий закрученный поток газа (пара). Двухфазный поток поднимается вверх по патрубку, где под действием центробежной силы капли жидкости оседают на стенках и образуют пленку. Пленка жидкости взаимодействует с газом и движется закручено вверх. В вихревых контактных устройствах других конструкций вращательно-поступательное движение газового потока и пленки жидкости угасает, из-за чего снижается время контакта фаз, возникает эффект «проскока» газового потока относительно пленки жидкости. Установка внутри корпуса направляющего устройства 3 в форме геликоида позволяет поддержать крутку пленки и газа, увеличить время контакта фаз, и дополнительно турбулизировать жидкость, для улучшения массообмена. Этому так же способствуют отбойники 7, расположенные после каждого из сепарационных отверстий 5. Взаимодействуя с ними, часть жидкости отбрасывается наружу, что улучшает сепарацию, а другая часть за счет эффекта гидравлического прыжка дополнительно ускоряется, улучшая контакт между фазами (фиг.3). Жидкость, распыляемая через сепарационные отверстия в верхней части патрубка, контактирует с газом вне контактного устройства, оседает на тарелку и движется к следующему ряду контактных устройств. Остатки жидкости в устройстве сепарируются через прорези 6. Прорези и сепарационные отверстия выполнены так, чтобы обеспечить однонаправленное движение жидкости на тарелке, исключить перемешивание прореагировавшей и непрореагировавшей жидкостей и не допустить унос капель жидкости на выше лежащую тарелку колонного аппарата. Для предотвращения перемешивания жидкости по высоте слоя на тарелке на контактном патрубке в нижней его части установлено кольцо 8, которое будет препятствовать перемешиванию слоя жидкости на ступени массообменного аппарата. Преимуществом предлагаемого устройства будет: наличие дополнительной зоны контакта газа и жидкости за контактным патрубком; отсутствие перемешивания жидкости на тарелке и организация направленного движения жидкости по тарелке; дополнительная турбулизация жидкой фазы внутри контактного патрубка; увеличение времени контакта между газом и жидкостью; поддержание крутки газового и жидкостного потока по высоте контактного устройства; более высокое качество сепарации жидкости благодаря отбойникам.