МАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ

Предлагаемое устройство относится к области массообмена и может быть использовано в химической и нефтеперерабатывающей промышленности для осуществления контакта между фазами в системах газ-пар-жидкость и жидкость-жидкость.
Известен массообменный аппарат, содержащий корпус из немагнитного материала с расположенными внутри него тарелками, снабженным переливными трубами с отбойными устройствами и устройством для подачи газа, выполненное в виде центральной трубы, разделенной по высоте поперечными перегородками и снабженными прорезями, кромки которых направлены по касательной к поверхности, а снаружи корпуса по высоте установлены генераторы магнитного поля, а на тарелках помещены ферромагнитные частицы (авт. св. СССР №413952, ВО/Д3/20, ВО/Д3/32, 1974 г.).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата относятся сложность конструкции, связанной с необходимостью установки генераторов магнитного поля и размещением на тарелках ферромагнитных частиц, совершающих колебательное и вращательное движение вместе с обрабатываемыми фазами жидкости и газа.
Известны конструкции вибрационных и массообменных аппаратов, содержащих корпус, систему тарелок с отверстиями, которые прикрепляются к штанге, получающей вертикально направленные колебания от вибровозбудителя (Варсанофьев В.Д., Кольман-Иванов Э.Э. Вибрационная техника в химической промышленности. - М.: Химия, 1985 г., с.214-215).
К причинам, препятствующим к достижению заданного технического результат, относятся сложность конструкции, связанная с жестким закреплением системы тарелок на штанге и присоединением ее к вибровозбудителю.
Известна конструкция колонны, содержащая корпус, внутри которого установлена штанга, имеющая возможность перемещаться вдоль вертикальной оси аппарата. На штанге жестко закреплены перфорированные диски насадки, а на верхней крышке колонны установлен приводной механизм и электродвигатель, от которых через штангу к дискам насадки передается возвратно-поступательные колебания, способствующие дроблению дисперсной фазы и перемешиванию обеих фаз (Вибрационные массообменные аппараты/ Городецкий И.Я., Васин А.А., Олевский В.В, Лупанов П.А. - М.: Химия, 1980 г., с.14-15).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата относится сложность конструкции, связанная с установкой штанги, имеющей возможность перемещаться вдоль вертикальной оси, жесткое закрепление на штанге перфорированных дисков и необходимость в приводе и электродвигателе для передачи возвратно-поступательного движения от них к штанге и дискам насадки.
Техническим результатам является упрощение конструкции аппарата и его эксплуатации за счет использования для создания вертикальных и горизонтальных колебаний дисков насадки кинетической энергии самой обрабатываемой жидкости.
Поставленный технический результат достигается тем, что в массообменном аппарате, содержащем корпус, перфорированные диски насадки, имеющие возможность вертикального перемещения, отличающиеся тем, что диски насадки выполнены в виде тарелок с переливными патрубками, при этом на внутренней боковой поверхности корпуса в местах установки тарелок жестко закреплены кольцевые желоба, на которых равномерно по окружности установлены опорные пластины, на тарелках соосно с опорными пластинами установлены упорные пластины, а на краях тарелок по окружности закреплены кольца диаметром равным среднему диаметру желоба, причем между опорными и упорными пластинами установлены цилиндрические пружины.
Выполнение дисков насадки в виде тарелок с переливными патрубками упрощает конструкцию аппарата, так как позволяет использовать стандартные тарелки с переливными патрубками.
Закрепление кольцевых желобов внутри корпуса в местах установки тарелок, а на краях тарелок по окружности колец диаметром равным среднему диаметру желоба позволяет нижние края колец помещать внутрь кольцевого желоба, то есть легко монтировать кольца тарелок в желобах с возможностью их вертикального и горизонтального перемещения относительно стенок желоба.
Равномерная по окружности установка на опорные пластины на каждом желобе и соосно с ними упорных пластин на тарелках и установка между опорными и упорными пластинами цилиндрических пружин позволяет тарелкам совершать вертикальные и частично радиальные колебания под действием ударного воздействия жидкости стекающей с верхней тарелки по переливному патрубку на нижнюю тарелку, что позволяет создавать высокую скорость массопереноса между фазами и интенсифицировать процесс массопередачи без применения сложных по конструкции привода и электродвигателя и подвода самой электроэнергии к аппарату. Кроме того, это упрощает эксплуатацию и увеличивает безопасность при работе аппарата.
На фигуре 1 представлен фрагмент массообменного аппарата предлагаемой конструкции в разрезе, на фигуре 2 вид сверху по сечению А-А. На фигуре 3 - вид Б на жесткое закрепление кольцевого желоба внутри корпуса, установку кольца на краях тарелки внутри желоба и установку цилиндрической пружины между опорной и упорной пластинами желоба и тарелки.
в
a
к
Массообменный аппарат содержит корпус 1, тарелки 2, насадки с переливными патрубками 3 и отверстиями 4. В местах установки тарелок 2 внутри корпуса 1 жестко закреплены кольцевые желоба 5 с внутренним диаметром D меньшим диаметра D корпуса 1. На каждом желобе 5 равномерно по окружности установлены опорные пластины 6. Для аппаратов небольшого диаметра достаточно трех опорных пластин, как показано на фигуре 2, для аппаратов большого диаметра число пластин может быть увеличено от 4 до 8. Соосно с опорными пластинами на каждой тарелки 2 установлены упорные пластины 7. Между опорными пластинами 6 и упорными пластинами 7 установлены цилиндрические пружины 8. На краях каждой тарелки 2 по окружности закреплены кольца 9 диаметром D равным среднему диаметру желоба 5, то есть
Высота стенки кольца 9 над поверхностью диска 2 больше высоты жидкости на тарелке 2, а нижняя часть кольца 9 установлена внутри желоба 5 с зазором относительно дна желоба. Такая свободная установка кольца 9 внутри желоба 5 позволяет совершать колебания каждой тарелки 2 в вертикальном и частично горизонтальном направлениях.
Массообменный аппарат работает следующим образом. Внутрь корпуса сверху вниз подают жидкость, которая перетекает по переливным патрубкам 3, заполняет всю поверхность тарелок 2, а снизу вверх подают газ или более легкую жидкость. Частично через отверстия 4 жидкость заполняет кольцевые желоба 5 с образованием гидрозатвора в зазорах между желобам 5 и нижними частями колец 9. Газ (пар или более легкая жидкость) поднимается снизу вверх через отверстия 4, а жидкость движется вдоль тарелок 2 и стекает по переливным патрубкам 3 с верхнележащих на нижележащие тарелки 2. Под действием струи жидкости, стекающей по переливному патрубку 3, каждая тарелка 2, установленная на цилиндрических пружинах 8, совершает вертикальные и частично горизонтальные колебания, что интенсифицирует процесс массопереноса между взаимодействующими газом и жидкостью. Этому могут способствовать и пузырьки газа (пара), барботирующие через отверстия и в тарелках 2.
Таким образом, предполагаемая конструкция массообменного аппарат позволяет интенсифицировать процесс массопередачи за счет колебаний и перемешивания жидкости и газа (пара или более легкой жидкости) без применения сложных и дорогих устройств, создающих вынужденные колебания, упростить эксплуатацию аппарата без подвода к нему энергии для вибропривода и повысить безопасность работы.