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 данного 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, 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 этого 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 близкой по технической сущности и достигаемому результату является колонна для контактирования газов с жидкостями, оснащенная некоторым множеством тарелок, расположенных с определенным интервалом друг относительно друга в осевом направлении [см. патент RU 2252059, B01D 3/20, 2001]. Каждая из тарелок имеет соответственно два участка, разделяющихся один относительно другого по диаметральной линии указанной тарелки. Каждый из участков тарелки содержит некоторое множество параллельных прямоугольных сливных стаканов, некоторое множество принимающих зон для жидкости и барботажную зону, расположенную между сливными стаканами, и принимающими зонами для жидкости. Каждая из принимающих зон для жидкости располагается непосредственно под соответствующим сливным стаканом очередной из последовательно расположенных одна над другой тарелок, которая находится непосредственно сверху, при этом сливные стаканы открыты с верхнего своего конца и закрыты с нижнего конца. Нижний конец снабжен некоторым множеством сливных отверстий для жидкости, а сами сливные стаканы простираются от диаметральной линии в сторону линии окружности тарелки, располагаясь при этом таким образом, чтобы торцы сливных стаканов, размещенных на обоих участках тарелки, занимали соответствующее положение вдоль диаметральной линии в чередующемся положении.
Недостатком устройства является капельный унос жидкости с нижележащей тарелки на вышележащую при увеличении скорости газа, что существенно снижает массообменную эффективность процесса.
Задача, на решение которой направлена заявленная полезная модель, заключается в повышении эффективности тепломассообменных процессов в системе газ-жидкость.
Поставленная задача решается контактным устройством для тепломассообменных процессов, которое включает корпус, патрубки для ввода и вывода технологических потоков газа и жидкости и некоторого количества цилиндрических стаканов со сливными отверстиями и кольцевых каналов, установленных внутри корпуса аппарата, при этом стаканы установлены соосно корпусу, а кольцевые каналы установлены в пространстве между стаканами равноудалено от вышележащего и нижележащего стакана, примыкая к стенкам корпуса, причем внутренний диаметр кольцевых каналов совпадает с наружным диаметром стаканов, а в нижней части боковых стенок стаканов и кольцевых каналов по всему периметру выполнено множество отверстий для стока жидкости.
Техническим результатом полезной модели является увеличение эффективности массообмена за счет повышения интенсивности взаимодействия контактирующих фаз и уменьшения гидравлического сопротивления проходу газа.
Сущность полезной модели поясняется следующим чертежами:
- на фиг. 1 изображена схема предлагаемого контактного устройства для тепломассообменных процессов в продольном сечении;
- на фиг. 2 изображена схема перетока жидкости со стаканов на кольцевые каналы.
Контактное устройство для тепломассобменных процессов включает корпус 1, патрубок ввода жидкости 2, патрубок вывода жидкости 3, патрубок ввода газа 4, патрубок для выхода газа 5. В корпусе 1 соосно установлены стаканы 6 кольцевые каналы 7. Кольцевые каналы и выполнены таким образом, чтобы внутренний диаметр кольцевого канала был равен наружному диаметру стакана. При этом стаканы и кольцевые каналы установлены в внутри корпуса равноудалено друг от друга. В нижней части боковых стенок кольцевых каналов и стаканов по периметру выполнены отверстия 8 для стока жидкости (см. фиг. 1).
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Жидкость поступает внутрь корпуса 1 устройства через патрубок 2 и попадает на поверхность первого стакана 6, жидкость накапливается в стакане некоторым слоем. Через отверстия 8 жидкость стекает из стакана в виде отдельных струй и попадает на поверхность кольцевого канала 7, где снова накапливается и в свою очередь стекает в виде струй на поверхность нижележащего стакана. Таким образом жидкость с верхней части аппарата ступенчато перетекает в нижнюю. Навстречу жидкости поднимается поток контактирующего газа, поступающего в аппарат через патрубок 4. Контакт газа и жидкости происходит при пронизывании восходящего газа струями жидкости, а также в слое жидкости на поверхности стаканов и кольцевых каналов. При падении струй на поверхность жидкости в глубину слоя увлекаются пузырьки газа, которые активно перемешивают жидкость, создают развитую постоянно обновляющуюся поверхность контакта фаз, которая определяется наличием относительно небольших газовых пузырей в слое жидкости и вылетающими каплями из жидкости (см. фиг. 2).
Для обеспечения равнопроточности аппарата, а значит минимального гидравлического сопротивления, кольцевые каналы и стаканы установлены таким образом, чтобы свободная площадь для прохода газа была постоянной на всей высоте устройства.
В предлагаемом контактном устройстве увеличивается интенсивность взаимодействия контактирующих фаз и площадь межфазного взаимодействия, так как контакт между газом и жидкостью происходит как внутри слоя жидкости, так и при взаимодействии газа со струями стекающей жидкости. Кроме того, предлагаемое контактное устройство обладает низким гидравлическим сопротивлением, так как обеспечивается равнопроточность прохода газа, кроме того, предложенная конструкция исключает потери давления газа на барботаж через слой жидкости.
Таким образом, в предлагаемом контактном устройстве достигается высокая интенсивность взаимодействия между газом и жидкостью, а также пониженное гидравлическое сопротивление, что приводит к высокой эффективности тепломассообменных процессов при небольших энергетических затратах.