Пленочное массообменное устройство с закручиванием потоков

Полезная модель относится к устройствам для проведения массообменных процессов в системах «газ-жидкость» и может найти применение в химической, нефтехимической, пищевой и микробиологической промышленности. Аппарат состоит из корпуса, устройства для ввода жидкости, штуцера для вывода жидкости, штуцеров для ввода и вывода газа. Внутри аппарата на опорах расположена центральная стойка, на которой смонтировано массообменное контактное устройство. Контактное устройство представляет собой систему, консольно закрепленных на центральной стойке под определенным углом, профилированных пластин, образующих нисходящую спираль, подобную винтовой лестнице. В ходе работы аппарата по пластинам массообменного устройства стекает пленка жидкости и контактирует с восходящим потоком газа. Постоянное перетекание жидкости с пластины на пластину обеспечивает высокую интенсивность перемешивания пленки и, как следствие, высокую массообменную эффективность процесса.

Полезная модель относится к устройствам для проведения массообменных процессов в системах «газ-жидкость» и может найти применение в химической, нефтехимической, пищевой и микробиологической промышленности.

Одним из наиболее эффективных способов организации контакта жидкой и газообразной фаз является создание пленочного течения жидкости. Взаимодействие потока газа с пленкой жидкости приводит к достаточно интенсивному массообмену. Однако пленочное течение жидкости явление очень неустойчивое, и под влиянием вязкостных свойств среды и шероховатости поверхности течения пленка быстро разрушается, образуются струи жидкости, вследствие чего резко падает интенсивность массобмена. Поэтому предложено большое число способов организации устойчивого пленочного течения жидкости.

Известно устройство [RU 2324517 С1 МПК B01D 3/28, 53/18 2006 г.]. Аппарат содержит корпус, разделенный горизонтальными перегородками на камеры ввода и вывода жидкости и газа. Контактные трубы и распределительные патрубки размещены с зазором относительно нижних торцов профилированных газожидкостных распределителей, которые прижаты к поверхности нижней горизонтальной перегородки камеры для ввода газа. В корпусе аппарата установлена дополнительная перегородка с образованием камеры для дисперсных частиц, а к пластинам газожидкостного распределителя прикреплены дополнительно, с образованием герметичных полостей, снабженных патрубками для ввода и вывода теплоносителя. Внутри контактных труб установлена винтовая спираль, для перераспределения пленки жидкости. Работа аппарата заключается в следующем. Жидкость подается в аппарат и, проходя распределительную камеру, попадает в контактные трубы и стекает по их внутренней поверхности, контактирует с противоточно подаваемым газом. Недостатком этого устройства является сложность конструкции узла подачи,

а так же то, что, несмотря на наличие винтовой спирали, течение пленки в контактных трубах неустойчиво и интенсивный массообмен возможен только на начальном участке ее течения.

Известен, так же, вихревой аппарат для очистки газов, включающий цилиндрический корпус с патрубками для ввода и вывода газа, тангенциально-лопастной завихритель газа, ороситель с виде центральной перфорированной трубы, снабженный шнеком с переменным шагом, бункер для сбора жидкости и патрубок для вывода жидкости [SU 1346209, В01D 47/06, 1987 г. бюл. 39]. Указанный аппарат обладает недостаточно высокой производительностью по жидкости и эффективностью массообмена вследствие слабого перемешивания жидкости незначительно удерживающей способности аппарата.

Предлагаемый аппарат состоит из корпуса 1, устройства ввода жидкости 2, штуцера ввода газа 3, штуцера вывода жидкости 4, штуцера вывода газа 5, центральной стойки 6, которая закреплена на верхней 7 и нижней 8 опорах и массообменного контактного устройства. Контактное устройство представляет собой систему консольно закрепленных на центральной стойке под определенным углом, профилированных пластин (лопаток) 9 образующих нисходящую спираль, подобную винтовой лестнице (см. фиг.1). Контактные пластины профилированы таким образом, чтобы иметь некоторую кривизну как в продольном, так и в поперечном направлении и ориентированы под углом к горизонтали так, чтобы касательная к профилю лопатки и горизонталь образовывали некоторый угол . Лопатки выполнены наклонными для того, чтобы уравновесить центробежную силу, возникающую при движении пленки жидкости по лопатке, и силу тяжести самой жидкости, для стабилизации толщины пленки на пластине. Угол вычисляется по следующей формуле:

где r - радиус аппарата, g - ускорение свободного падения, V - скорость движения пленки жидкости по лопатке.

Работа аппарата происходит следующим образом. Через устройство подачи в аппарат подается 2 жидкость и попадает на первую лопатку массообменного устройства, распределяется по ней и стекает в направлении ее наклона. Достигая края лопатки, жидкость перетекает на следующую, при этом пленка сохранятся и образует непроницаемую завесу, подобную тем, что образуется в пленочных колоннах. Благодаря тому, что жидкость постоянно перетекает с лопатки на лопатку по контактному устройству, в пленке происходит перераспределение между слоями и интенсивное перемешивание, что способствует интенсивному массобмену, при этом из-за того, что пусть жидкости по лопатке относительно невелик, не происходит нарушения сплошности пленки и струеобразования, как это бывает в пленочных аппаратах других типов. Навстречу стекающей по лопаткам жидкости по спиральному пространству между пластинами поднимается газ, активно контактируя с пленкой. Преимущество аппарата является еще то, что массообмен происходит не только с верхней поверхностью пленки, текущей по лопаткам, но и с обратной ее поверхностью во время перетекания жидкости с лопатки на лопатку (см. фиг.2). Конструкция аппарата приводит к образованию сложноорганизованного противоточного движения восходяще-кругового потока газа и нисходяще-кругового потока жидкости. В результате происходит образование большой поверхности контакта фаз интенсивное перемешивание самих потоков жидкости и газа, что, в конечном счете, способствует интенсивному массобмену.

1. Пленочное массообменное устройство с закручиванием потоков, содержащее корпус, устройство ввода жидкости в аппарат, штуцер вывода жидкости из аппарата, штуцеры ввода и вывода газа, центральную стойку, верхнюю и нижнюю опоры стойки и массообменного устройства, отличающееся тем, что массообменное устройство выполнено в виде системы консольно расположенных на центральной стойке профилированных пластин так, что пластины образуют нисходящую ступенчатую спираль.

2. Пленочное массообменное устройство с закручиванием потоков по п.1. отличающееся тем, что пластины контактного устройства ориентированы под углом к горизонтали так, чтобы касательная к профилю лопатки и горизонталь образовывали некоторый угол , вычисляемый по формуле , где r - радиус аппарата, g - ускорение свободного падения, V - скорость движения пленки жидкости по лопатке.