КОНТАКТНОЕ УСТРОЙСТВО СО СТРУЙНО-ПЛЕНОЧНЫМ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕМ ГАЗА И ЖИДКОСТИ

Полезная модель предназначена для проведения тепломассообменных процессов в системе газ-жидкость и может найти применение в химической, нефтехимической, металлургической, пищевой промышленности и энергетике.
Аналогом является струйно-пленочное контактное устройство, состоящее из параллельных квадратных сливных стаканов, имеющие вертикальные стенки [Патент RU 165690, B01D 3/20, от 27.10.2016]. 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.
Недостатком аналога является низкая интенсификация перемешивания в стекающей по поверхности вертикальных перегородок пленке жидкости, приводящая к снижению эффективности тепломассообменных процессов.
Прототипом является контактное устройство с пленочным течением жидкости, состоящее из параллельных квадратных сливных стаканов, имеющие вертикальные стенки [Патент RU 171022, B01D 3/20, от 17.05.2017]. 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. Кроме того, дополнительно в вертикальных перегородках выполнено множество отверстий. В днище сливных стаканов выполнены лепестки в виде круговых сегментов отогнутые таким образом, чтобы проходное сечение было направлено на поверхность вертикальных перфорированных перегородок.
Недостатком прототипа является наличие капельного уноса жидкости с поверхности вертикальных перегородок на вышележащий сливной стакан при увеличении скорости газа, что ограничивает повышение производительности колонных массообменных аппаратов со струйно-пленочными контактными устройствами.
Задачей полезной модели является разработка контактного устройства для колонных массообменных аппаратов, в котором устранены недостатки аналога и прототипа.
Техническим результатом является повышение производительности колонных массообменных аппаратов со струйно-пленочными контактными устройствами за счет увеличения предельной скорости захлебывания, вызванного снижением капле- и брызгоуноса при высоких скоростях газового потока.
Технический результат достигается тем, что в контактном устройстве со струйно-пленочным взаимодействием газа и жидкости, 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 перфорированные перегородки, установленные параллельно и перекрестно относительно друг друга, проходящие через центр сливных стаканов. Вертикальные перфорированные перегородки имеют прорези, предназначенные для установки соответствующих сливных стаканов, согласно настоящей полезной модели в вертикальных перфорированных перегородках в области их пересечения, соответствующая центру сливных стаканов, выполнены отгибы, направленные в сторону линии сгиба перпендикулярно расположенной перегородки. Причем для сохранения прочности и жесткости контактного устройства высота отогнутой части вертикальных перегородок составляет не более 90% от всей высоты перегородок. Кроме того, в днище сливных стаканов прорезями являются отверстия круглой формы, при этом наибольший диаметр отверстия приходится на центральную часть сливных стаканов.
Сущность полезной модели поясняется следующими чертежами:
- на фиг. 1 изображено предлагаемое контактное устройство со струйно-пленочным взаимодействием газа и жидкости;
- на фиг. 2 - соединение вертикальных перфорированных перегородок с отгибами.
Цифрами на чертеже обозначены:
1 - Сливной стакан,
2 - Вертикальные перфорированные перегородки,
3 - Отгибы на вертикальных перфорированных перегородках,
4 - Сливные отверстия.
Контактное устройство со струйно-пленочным взаимодействием газа и жидкости состоит из параллельных квадратных сливных стаканов 1, имеющие вертикальные стенки, необходимые для поддержания уровня жидкости внутри них. Опорами для сливных стаканов 1 являются вертикальные перфорированные перегородки 2, имеющие прорези, предназначенные для установки соответствующих сливных стаканов 1. В вертикальных перфорированных перегородках 2 выполнены отгибы 3, направленные в сторону линии сгиба перпендикулярно расположенной перегородки. Сливные стаканы 1 открыты с верхнего своего конца, а в днище выполнены отверстия 4, необходимые для слива жидкости на расположенный ниже сливной стакан 1.
Предлагаемое контактное устройство со струйно-пленочным взаимодействием газа и жидкости работает следующим образом.
Жидкость через множество отверстий 4, 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 их вертикальных стенок. Благодаря шахматному расположению сливных стаканов 1 газ, поступающий снизу, приобретает зигзагообразный характер движения. Под действием восходящего потока газа струи жидкости распределяются по поверхности вертикальных перегородок 2 с образованием устойчивого пленочного течения, при этом основной поток жидкости стекает по образованному благодаря отгибам 3 каналу. При стекании пленки жидкости по поверхности вертикальных перфорированных перегородок 2 происходит тепломассообмен с восходящим потоком газа. Далее пленка, соударяясь о слой жидкости, находящейся внутри сливных стаканов 1, создает развитую постоянно обновляющуюся поверхность контакта фаз, которая определяется наличием относительно небольших газовых пузырей в слое жидкости и вылетающими из него каплями.
3
2
Конструктивные решения вертикальных перфорированных перегородок, заключающиеся в выполнении отгибов, направленных в сторону линии сгиба перпендикулярно расположенной перегородки, а также увеличении диаметра отверстия в центральной части сливных стаканов обеспечивают создание канала, служащего для стабильного перетока жидкости на расположенный ниже сливной стакан. Это позволяет перенаправлять основную часть жидкости в область пониженных скоростей газового потока, обеспечивая тем самым снижение брызго- и каплеуноса в целом по аппарату. Данное решение позволяет увеличить предельную скорость захлебывания для предлагаемого контактного устройства, что подтверждается физическими экспериментами и математическим моделированием. Так, например, при плотности орошения равной 20 м/м⋅ч предельная скорость захлебывания в прототипе составляла 2,2-2,4 м/с, в настоящей полезной модели предельная скорость газа при которой наблюдается устойчивая работа без захлебывания может составлять 2,65-2,8 м/с.
Таким образом, увеличение предельной скорости захлебывания, обусловленная снижением капле- и брызгоуноса, приводит к повышению производительности колонных массообменных аппаратов с предлагаемым контактным устройством при сохранении достаточно высокой эффективности процессов тепломассообмена.