Массообменный аппарат
1. МАССООБМЕИНЫЙ АППАРАТ, содержащий корпус, последовательно чередующиеся по высоте горизонтальные и наклонные тарелки, снабженные устройством для прохода пара, о тличающееся тем, что, с целью повыпения производительности аппарата без снижения эффективности разделенияj наклонные тарелки.установлены под углом 10-20 , а свободные сечения для прохода пара горизонтальных и наклонных тарелок находятся в соотношении 1:1,5-1:2. 2. Аппарат по п. 1, отличающий с я тем, что устройство для прохода дара на наклонных та (Л релках выполнено в виде клапана.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (19) (1)) 4(5!) В 01 D 3/22
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР пО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3613925/23-26 (22) 05.07.83 (46) 15.04.85. Бюл. !(- 14 (72) Ю.А.Комиссаров, В.В.Кафаров, А.Ю.Те Г.Н.Семенов, Ф.Г.Федосеев, .С.В.Эйгин, Е.А.Солодовников, А.А.Калужский, А.Н.Юрманский и Л.М.Шапиро (71) Московский ордена Ленина и ор- дена Трудового Красного Знамени химико-технологический институт им. Д.И.Менделеева и Уфимский ордена .Трудового Красного Знамени завод .синтетического спирта им. 40-летия ВЛКСМ (53) 66.015. 23.05 (088. 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР
У 633542, кл. В 01 D 3/32, 1972.
2. Авторское свидетельство СССР
N - 548287, кл. В О1 D 3/30, 1975.
3. Патент Германии Ф 922286, кл. 12а 5, 1955 (прототип). (54) (57) . МАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ, содержащий корпус, последовательно чередующиеся по высоте горизонтальные и наклонные тарелки, снабженные устройством для прохода пара, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения производительности аппарата без снижения эффективности разделения наклонные тарелки. устаУ о новлены под углом 10-20, а свободные сечения для прохода пара горизонтальных и наклонных тарелок находятся в соотношении !:1,5-1:2.
2. Аппарат по и. 1, о т л и ч аю шийся тем, что устройство для прохода пара на наклонных тарелках выполнено в виде клапана.
1149988
Изобретение относится к массообменным аппаратам с преимущественно прямоточным движением жидкости на смежных тарелках, применяемых в процессах ректификации, абсорбции и 5 т.п.
Известен массообменный аппарат, содержащий корпус, последовательно чередующиеся по высоте горизонтальные тарелки и переточные устройства, 10 выполненные в виде наклонного коро— ба, соединяющего сливную зону вышележащей тарелки с приемной зоной нижележащей тарелки, что позволяет обеспечить прямоток жидкости на смеж- 15 ных тарелках и ликвидировать градиент концентрации по длине пути жид кости $1j .
Недостатками аппарата являются сложность изготовления и монтажа 20 короба,а также снижение площади свободного сечения для прохода пара и, как следствие, ограничение производительности аппарата.
Известен массообменный аппарат, 25 в котором используются клапанные прямоточные (струйные) тарелки с противотоком жидкости на смежных тарелках (2J .
Струйное течение жидкости на та- З0 релке позволяет увеличить производительность аппарата, однако эффективность разделения при этом падает.
Причиной этого служит дисперсное сОстояние жидкОсти на тарелке в зультате чего время контакта фаз пар-жидкость мало, а слой пены на тарелке мал и, как средство борьбы с этим отрицательным свойством аппарата, в их конструировании наметились такие направления, как поперечное секционирование тарелок с целью увеличения времени пребывания жидкости на тарелке, и установка в межтарельчатом пространстве разнообразных отбойников пара. Это значительно усложняет монтаж тарелок, увеличивает их металлоемкость, но сохранение эффективности разделения не достигается из-за разрушения структуры 50 пенного слоя. При увеличении скорости пара за счет скоростного напора движение жидкости на тарелке ускоряется и часть жидкости движется вместе с паром. Высота подъема жидкости у слива достигает 200-250 мм и над сливом образуется зона уплотнения паро-жидкостного потока, которая является источником интенсивного уноса жидкости. Одновременно усиливается аэрация жидкости в сливе, что свидетельствует о растущем захвате пара в зоне уплотнения. Наличие зоны уплотнения над сливом, помимо интенсивного уноса жидкости на вышележащую тарелку, приводит к слабой дегазации сливающейся жидкости, накоплению ее на тарелке и при больших нагрузках по пару — к захлебыванию.
Известен также массообменный аппарат, содержащий корпус, последова— тельно чередующиеся по высоте горизонтальные и наклонные тарелки, снабженные устройствами для прохода пара, выполненные в виде носообразных просечек (3) .
Несмотря на отсутствие градиента концентрации по длине пути жидкости на горизонтальных тарелках, эффективность разделения аппарата в целом падает с ростом паровых нагрузок из-за роста перепада давления на наклонных тарелках, создаваемого возрастающим слоем светлой жидкости на них за счет фиксированного исполнения и обратного (рециркулирующего) потока жидкости в боковых сегментных частях площади барботажа.
Цель изобретения — повышение производительности аппарата беэ снижения эффективности разделения.
Поставленная цель достигается тем, что в массообменном аппарате, содержащем корпус, последовательно чередующиеся по высоте горизонтальные и наклонные тарелки, снабженные устройством для прохода пара, наклонные тарелки устанавливают под углом
10-20, а свободные сечения для прохода пара горизонтальных и наклонных тарелок находятся в соотношении 1: 1, 5-1: 2.
Устройство для прохода пара на наклонных тарелках выполнено в виде клапана.
На фиг. 1 изображен массообменный аппарата; на фиг, 2 — разрез А-А на фиг. 1.
В корпусе массообменного аппарата 1 смонтированы горизонтальные барботажные тарелки 2 ("итчатые, клапанные, колпачковые и т.п.), разделенные наклонньии тарелками 3 с центральной 4 и сегментньии 5 зона1149988
Скорость воздуха, и/с
Эффективность разделения
Расход воды, и /и.
Соотношение свободных сечений горизонтальных и наклонных тарелок
Угол установки наклонной тарелки,О
8 !О t2 20 22 1: 1,25 1: 1,5 1: 1,75 1:2,0 1:2 25
16,0
7t,5
18 0 16 0
А А..
72,0 72,0
1О 8
-«А»
51,5
20 0
72,0
20 8
72,5
20 О
73,9
1О О
«Л.
42,0!
О О
40,0
0,5
1 ° 5
«А» «А
98 180
35,0 65,0
18 0
65,3
200180 129
А65,3 63,0 36,0
А»
20 0
66,0
1О 2 ьФ
42 0
16 0
64,8
0,5
5 0
19 О. 17 0 10 S х =з., А
68,0 65,0 40,8
t8 0
-А
67,9
t1 0 а»
38,0
10 S
Ф, 39,0
18 0 ь
68,0
20 2
69,0
I9 5
Ф.
67 5
14,4
40 8
40,0
82 5
87,5
82 5 79 2
88,0 86,0
815 585
87,5 69,5
39 0
З9,5
60 5
72,5
82 5
88,0
83 0
«-А
It8,7
I 5 l 5
40 1 62 8
4 1,0 74,0
42 2
41,5
83 2 ь
83,2
83 0 80 3
83 0
88,5
83ь8
89,0
82 5
88,0
60 3
А»
71,0
5 0
1,5
83,0 83,0
82 3
87,5
195
82 5 79
88,0 86 3
43 5
43,8
41 2
41,7
82 5
А»
88,0
83 О
88,6
60 6
62,8
58. 8 х»
58 4
14,4
26 0 25а0
90,! 89,0
24 0
--А
89 ° 5
О 0
40 5
0 0
39,5
1643
60,8
240 . 260
90, 93,8
10 8
58,8
2,8
25 0 а
89,8
1,5
24 5 22 8
89,3 88,7
2 3 00
О О
41,2
О О
40,8
16 1
60,2
23 0
89,3 .
228 t08
А ==4==
24 5
91,2
5эо
2,8
88,7 59 ° 5
О О а
39 ° 5
23 2 22 8
О 0
43,0
22 5
88,8
15 8
2,»
60,5
22 5
89,7
22 6 148
2» 1
88,5 59,3
23 2
92,3
14,4
2,8
89,7 88,5, И р и и е ч а н и е : В числителе приведены эффективность разделения для прототи" да, а в знаменателе — для изобретения. ми барботажа, и установленными на них клапанами 6.
Жидкость из приемной эоны верхней тарелки 2 поступает в барботажную зону, где происходит обогащение ее высококипящими компонентами при контакте с паром. Далее жидкость поступает на наклонную тарелку 3, где она также участвует в массообмене с паром. С наклонной тарелки 3 жидкость транспортируется в приемную зону нижележащей тарелки 2, расположенной под приемной зоной вышележащей тарелки. Далее движение жидкости повторяется, чем и обеспечивается ее прямоток на смежнык горизонтальных тарелках 2. Клапаны на наклонных тарелках ориентированы в сторону слива в центральной зоне площади барботажа и в противоположную сторону в боковых сегментных ее частях.
Пример. Были проведены сравнительные исследования технического решения по изобретению и прототипу.
Исследования проводились на системе воздух-вода в аппарате диаметром
700 мм с тремя горизонтальными тарел5 ками (ситчатые и колпачковые) свободным сечением l0,67 . и установленных между ними наклонных тарелок с пластинчатыми клапанами (по изобретению) и фиксированными элементами
1О для прохода пара (по прототипу).
Соотношение свободных сечений горизонтальных и наклонных тарел,зк изменилось в пределах 1:1,25-1:2,25.
Расстояние между тарелками 350 мм.
15 Угол установки наклонной тарелки изменялся от 1,5 до 22 . Режимные параметры: расход воды изменялся от 1,5 до 14,4 м /м.ч, скорость воздуха на полное сечение аппарата
2О изменялась от 0,5 до 2,8 м/с.
Результаты сравнительного анализа технического решения по изобретению и прототипу приведены в таблице.
1149988
Составитель А.Сондор
Техред О.Ващишина Корректор В. Бутяга
Редактор Н. Горват
Заказ 2010/6 Тираж 659 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная, 4
Соотношение свободных сечений приведены для оптимального угла.установки наклонной тарелки 12, ибо характер изменения эффективности разделения во всем диапазоне углов установ- ки наклонной тарелки сохраняется таким же.
Из анализа результатов, приведенных в таблице, видно, что в техническом решении по изобретению эффек- ig тивность разделения с ростом нагрузок по пару не снижается, в отличие от прототипа, что происходит за счет следующих факторов.
Структура потока пенного слоя на горизонтальных тарелках приближается к режиму идеального вытеснения, а пар в межтарельчатом пространствек режиму полного перемешивания, что соответствует максимальной эффектив- рр ности разделения за счет снижения обратных (рециркулирующих) потоков в пристеночных зонах аппарата.
Так установка клапанов в боковых сегментных частях наклонной тарелки в сторону, противоположную основному потоку жидкости, позволила снизить долю реыиркулирующего потока с
0,52 (прототип) до О, 12-0,18 (по изобретению).
Малый перепад давления на наклон- . ной тарелке за счет дисперсного состояния сплошной фазы (жидкости), в результате чего ее общее сопротивление равно сопротивлению сухой тарелки, в то время как в прототипе необходимо учитывать и сопротивление слоя жидкости на ней.
При низких паровых нагрузках в отличие от прототипа эффективность разделения высокая. Из. таблицы видно, что при угле установки наклонной тао релки в пределах 10-20 и соотношении свободных сечений горизонтальной и наклонной тарелок 1: 1,5-1:2 соблюдаются оптимальные условия массопередачи в аппарате.
