Контактное устройство с односторонней сепарацией для тепломассообменных аппаратов
Контактное устройство с односторонней сепарацией для тепломассообменных аппаратов предназначено для проведения массообменных процессов в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, пищевой, энергетической и фармацевтической промышленности. Контактное устройство состоит из корпуса, завихрителя, направляющего устройства, патрубка ввода жидкости, в верхней части на одной половине корпуса проделаны сепарационные отверстия, в верхней части корпуса вырезаны щели, для лучшей сепарации жидкости. На внутренней поверхности контактного устройства у сепарационного отверстия установлены отбойники таким образом, чтобы способствовать сепарации жидкости. Устройства предлагается располагать на тарелке колонного аппарата. Особенностью предлагаемого контактного устройства является однонаправленная сепарация жидкости. Техническим результатом является повышение эффективности процесса массообмена.
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.
Наиболее близким по конструкции к предлагаемой полезной модели является устройство [RU 80352 МПК7 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.
1. Контактное устройство с односторонней сепарацией для тепломассообменных аппаратов, состоящее из контактного патрубка, завихрителя, патрубка ввода жидкости, сепарационных отверстий, расположенных на одной половине контактного патрубка в верхней его части, прорезей на верхнем срезе корпуса, отличающееся тем, что внутри контактного патрубка установлено направляющее устройство в форме геликоида.
2. Контактное устройство с односторонней сепарацией для тепломассообменных аппаратов по п.1, отличающееся тем, что у каждого сепарационного отверстия на осях установлены отбойники, которые могут поворачиваться перпендикулярно течению пленки жидкости.
3. Контактное устройство с односторонней сепарацией для тепломассообменных аппаратов по пп.1. и 2, отличающееся тем, что на наружной части контактного патрубка установлено кольцо.
