контактное устройство для массообменных аппаратов

Формула изобретения

1. Контактное устройство для массообменных аппаратов, содержащее горизонтальное полотно, конический патрубок, помещенный в нем коаксиально и с зазором газовый патрубок с размещенным над ним направляющим элементом, выполненным в виде жидкостного стакана с вогнутым и перфорированным по периметру днищем, верхние части жидкостного стакана и газового патрубка снабжены пульсационными карманами, отличающееся тем, что пульсационные карманы установлены на наружной поверхности жидкостного стакана и на внутренней поверхности газового патрубка, нижняя часть жидкостного стакана снабжена отсекателями, выполненными в виде треугольных вырезов, по периметру которых внутри установлены пластины, а нижняя часть газового патрубка снабжена отбойником, выполненным в виде лопаток, установленных на его внешней поверхности.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что треугольные вырезы на жидкостном стакане выполнены с углом при вершине 20 28^o, а ширина пластины отсекателя равна 0,6 0,8 ширины зазора между жидкостным стаканом и газовым патрубком.

3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что лопатки на газовом патрубке установлены под углом 38 42^o к горизонту.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для проведения массообменных процессов в системе газ жидкость и может быть использовано в процессах абсорбции и десорбции в нефтеперерабатывающей, газовой, химической и других отраслях промышленности.

Известно контактное устройство для массообменного аппарата, содержащее продольную перегородку в виде усеченного конуса, расположенную так, что между переливным порогом и продольной перегородкой образуется зазор для прохода газа и колпачки, края которых отогнуты в кольцевые зазоры [1]

Недостатком указанной конструкции является высокое гидравлическое сопротивление и недостаточная производительность.

Известна прямоточная контактная тарелка для взаимодействия газа с жидкостью, содержащая горизонтальную перегородку и контактные устройства с газовыми патрубками. При этом контактное устройство выполнено в виде конуса, нижнее малое основание которого расположено ниже верхнего среза газового патрубка, на котором помещен круглый колпачок [2]

Указанная тарелка характеризуется недостаточной производительностью, обусловленной нерациональным использованием площади, и небольшой межфазной поверхностью, поскольку основная часть жидкости в зоне контакта фаз стекает в виде пленки.

По технической сущности и достигаемому результату наиболее близкой к предлагаемой конструкции контактного устройства относится контактное устройство для массообменных аппаратов, содержащее горизонтальное полотно, конический патрубок, помещенный в нем коаксиально и с зазором газовый патрубок с размещенным над ним направляющим элементом, выполненным в виде жидкостного стакана с вогнутым и перфорированным по периметру днищем и верхние части жидкостного стакана и газового патрубка снабжены пульсационными карманами. При этом пульсационные карманы установлены на внутренней поверхности жидкостного стакана и на наружной поверхности газового патрубка [3]

Указанное контактное устройство характеризуется недостаточной производительностью, обусловленной отсутствием конструктивных элементов, препятствующих брызгоуносу и нерациональным размещением по отношению к жидкостному стакану и газовому патрубку пульсационных карманов, перекрывающих значительное сечение контактных каналов.

Цель изобретения увеличение производительности контактного устройства.

Цель достигается контактным устройством для массообменных аппаратов, содержащим горизонтальное полотно, конический патрубок, помещенный в нем коаксиально и с зазором газовый патрубок с размещенным над ним направляющим элементом, выполненным в виде жидкостного стакана, с вогнутым и перфорированным по периметру днищем, и пульсационные карманы, в котором пульсационные карманы установлены в верхних частях жидкостного и газового патрубков на их наружной и внутренней поверхностях соответственно, нижняя часть жидкостного стакана снабжена отсекателями, выполненными в виде треугольных вырезов, по периметру которых внутри установлены пластины, а нижняя часть газового патрубка снабжена отбойником, выполненным в виде лопаток, установленных на его наружной поверхности. При этом треугольные вырезы на жидкостном стакане выполнены с углом при вершине 20-28^о, ширина пластины отсекателя равна 0,6-0,8 ширины зазора между жидкостным стаканом и газовым патрубком, а лопатки на газовом патрубке установлены под углом к горизонту 38-42^о.

Отличительным признаком предлагаемой конструкции контактного устройства являются: установка пульсационных карманов на наружной поверхности жидкостного стакана и на внутренней поверхности газового патрубка, снабжение нижней части жидкостного стакана отсекателями, выполненными в виде треугольных вырезов, по периметру которых внутри установлены пластины, и нижней части газового патрубка отбойником, выполненным в виде лопаток, установленных на его наружной поверхности. При этом треугольные вырезы на жидкостном стакане выполнены с углом при вершине 20-28^о, ширина пластины отсекателя равна 0,6-0,8 ширины зазора между жидкостным стаканом и газовым патрубком, а лопатки на газовом патрубке установлены под углом к горизонту 38-42^о.

Отличительный признак по установке (размещению) пульсационных карманов на наружной поверхности жидкостного стакана и на внутренней поверхности газового патрубка определяет новизну и изобретательский уровень предлагаемого технического решения в сравнении с прототипом, так как этот признак в контактных устройствах используется впервые и позволяет значительно увеличить производительность за счет увеличения площади сечения контактного канала без увеличения площади тарелки, занимаемой контактным устройством, и, следовательно, без увеличения диаметра аппарата.

Отличительные признаки по снабжению нижней части жидкостного стакана отсекателями, выполненными в виде треугольных вырезов, по периметру которых внутри установлены пластины, и нижней части газового патрубка отбойником, выполненным в виде лопаток, установленных на его наружной поверхности, определяют новизну и изобретательский уровень предлагаемого технического решения в сравнении с известным прототипом, так как эти признаки в предлагаемом устройстве используются впервые и позволяют значительно увеличить производительность за счет снижения межступенчатого брызгоуноса, достигаемого посредством резкого снижения скорости газа у нижнего среза жидкостного стакана и количества жидкости у нижнего среза газового патрубка.

В дополнение к этому угол при вершине треугольных вырезов на жидкостном стакане 20-28^о, ширина пластин отсекателя, равная 0,6-0,8 ширины зазора между жидкостным стаканом и газовым патрубком, и угол установки лопаток на газовом патрубке 38-42^оС являются оптимальными и определены экспериментально.

Конструкция и работа контактного устройства поясняется чертежом.

Контактное устройство включает горизонтальное полотно 1, конический патрубок 2, газовый патрубок 3, жидкостной стакан 4 с вогнутым и перфорированным по периметру днищем. В верхней части газового патрубка на его внутренней поверхности расположен пульсационный карман 5, а на наружной поверхности жидкостного стакана пульсационный карман 6. В нижней части газового патрубок на его наружной поверхности закреплены лопатки 7 отбойника, а в нижней части жидкостного стакана по внутреннему периметру треугольных вырезов размещены пластины 8.

Контактное устройство работает следующим образом.

Газ поступает в кольцевой зазор между жидкостным стаканом 4 и коническим патрубком 2. Пульсационный карман 6 создает в проходящем газовом потоке инфрачастотные колебания. Колебания приводят к развитию и обновлению межфазной поверхности и эффективному массообмену, а также к коагуляции капель после контакта фаз, способствующей сепарации жидкости. Пульсирующий газовый поток контактирует с жидкостью, стекающей с полотна тарелки 1 по кольцевому зазору между коническим 2 и газовым 3 патрубками. Угол конусности патрубка 2 (14-16^о) является оптимальным и обеспечивает максимальную производительность по жидкости.

Благодаря изменению взаимного расположения элементов конструкции, выразившемуся в переносе пульсационного кармана 6 с внутренней на наружную поверхность жидкостного стакана 4, увеличивается площадь сечения контактного канала кольцевого зазора между внутренней поверхностью жидкостного стакана 4 и наружной поверхностью газового патрубка 3, что позволяет существенно увеличить производительность контактного устройства в сравнении с прототипом.

Качественное разделение фаз после контакта достигается отбойником 7, который отбрасывает жидкость на внутреннюю поверхность жидкостного стакана 4, по которой она вращающейся пленкой стекает на нижележащую промежуточную контактную ступень, а газ поднимается вверх по газовому патрубку 3 к вышележащей промежуточной контактной ступени и направляется в кольцевой зазор между газовым патрубком 3 и днищем жидкостного стакана 4. При этом угол наклона лопаток к горизонту в 38-32^о является оптимальным и обеспечивает более качественное определение жидкости в сравнении с прототипом при сравнительном невысоком гидравлическом сопротивлении. Пульсационный карман 5 сообщает проходящему газовому потоку инфрачастотные колебания. Пульсирующий газовый поток контактирует с жидкостью, истекающей через перфорацию в днище стакана 4, вогнутого так, что обеспечивается максимальная производительность по жидкости.

Благодаря изменению взаимного расположения элементов конструкции, выразившемуся в переносе пульсационного кармана 5 с наружной на внутреннюю поверхность газового патрубка 3, увеличивается площадь сечения контактного канала кольцевого зазора между внутренней поверхностью жидкостного стакана 4 и наружной поверхностью газового патрубка 3, что позволяет существенно увеличить производительность контактного устройства в сравнении с прототипом.

После контактирования большая часть газа проходит через треугольные вырезы отсекателя 8, существенно снижая скорость газа у нижнего среза жидкостного стакана 4 и способствуя уменьшению брызгоуноса на вышележащую ступень контакта фаз. Угол атаки двухфазного потока на пластины отсекателя 8 (10-14^о) и ширина последних, равная 0,6-0,8 ширины зазора между жидкостным стаканом и газовым патрубком, являются оптимальными и обеспечивают максимальное отделение жидкости, которая спокойно стекает по трапециевидным желобам между пластинами соседних отсекателей на горизонтальное полотно 1.

Конструкция контактного устройства испытан на работоспособность и эффективность в диапазоне нагрузок по газу 160-620 м³/ч, по жидкости 0,8-6,0 м³/ч.

Испытания показали, что данная конструкция по сравнению с прототипом позволяет увеличить производительность в 1,5 раза.

Указанное преимущество предлагаемого контактного устройства при использовании изобретения в промышленности для осуществления процессов абсорбции и десорбции позволяет получить существенный технико-экономический эффект.