массообменный аппарат

Формула изобретения

Массообменный аппарат, содержащий вертикальный корпус, по высоте которого установлены тарелки, снабженные паровыми соплами, камеры смешения с криволинейными лотками сепарации, перепускные каналы жидкой фазы, устройства ввода и вывода паровой и жидкой фаз, отличающийся тем, что тарелки дополнительно снабжены жидкостными камерами, соединяющимися с перепускными каналами жидкой фазы, камеры смешения установлены на жидкостных камерах, а лотки сепарации соединены по касательной с перепускными каналами и образуют со стенками корпуса паровые каналы, при этом верхняя тарелка снабжена соплом подачи исходной жидкости в камеру смешения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к массообменным аппаратам для проведения процессов ректификации и абсорбции и может быть использовано в пищевой, химической и нефтеперерабатывающей промышленностях.

Известен массообменный аппарат, представляющий собой колонну, разбитую перегородками на секции (Стабников В.Н. Ректификационные аппараты. Расчет и конструирование. - М.: Машиностроение, 1965. - с. 40-41). Пространство между перегородками играет роль сепаратора. В перегородках установлены кольцевые трубы, снабженные приемными камерами для жидкой фазы, стекающей по перепускному каналу с верхней секции. Паровые сопла расположены по окружности внутри кольцевых труб, являющихся одновременно камерами смешения.

Недостатками известного устройства являются: низкий коэффициент полезного действия инжектора, обусловленный диссипацией кинетической энергии жидкости, выходящей из контактного элемента, в сепарирующем пространстве; неэффективная сепарация жидкой фазы вследствие большой скорости паровой фазы при входе в кольцевую трубу; низкая эффективность инжектора как массообменного аппарата вследствие отсутствия эффекта обновления поверхности при ударе в результате выхода парожидкостной смеси непосредственно в сепарирующее пространство секции.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является прямоточная контактная тарелка для взаимодействия газа с жидкостью (а. с. N 161688, М. Кл В 01 D. Опубл. 01.04.1964 г, бюл.N 8), состоящая из горизонтальной перегородки, имеющей сопловые отверстия, контактных элементов, агрегатированных по принципу перекрестного тока газа и жидкости и расположенных над горизонтальной перегородкой, переливного устройства и отбойников, при этом контактный элемент образован парой вертикальных плоскопараллельных пластин, верхняя отогнутая часть одной из которых образует отбойник дугового профиля.

Недостатками известного устройства являются: низкая эффективность контактных устройств вследствие продольного перемешивания жидкой фазы при поступлении в последующие, расположенные на перегородке; потери кинетической энергии жидкой фазы при выходе из отбойника на перегородку и, вследствии этого, большая высота секции с целью достижения оптимального перепада давления пара на паровом сопле, равному гидростатическому давлению жидкости в переливном устройстве. Небольшой перепад давления пара определяет малую скорость его на входе в камеру смешения контактного элемента, неэффективное смешивание жидкой и паровой фаз, низкую эффективность массопередачи, низкий КПД тарелки, большое количество тарелок и соответственно большие габаритные размеры всего аппарата.

Задачей изобретения является уменьшение габаритных размеров массообменного аппарата и снижение энергетических затрат. Поставленная задача достигается тем, что в массообменном аппарате, содержащем вертикальный корпус, по высоте которого установлены тарелки, снабженные паровыми соплами, камеры смешения с криволинейными лотками сепарации, перепускные каналы жидкой фазы, устройства ввода и вывода паровой и жидкой фаз, тарелки дополнительно снабжены жидкостными камерами, соединяющимися с перепускными каналами жидкой фазы, камеры смешения установлены на жидкостных камерах, а лотки сепарации соединены по касательной с перепускными каналами и образуют со стенками корпуса паровые каналы, при этом верхняя тарелка снабжена соплом подачи исходной жидкости в камеру смешения.

На фиг.1 показана схема массообменного аппарата, на фиг.2, 3, 4 - соответственно разрезы А-А, Б-Б и В-В фиг.1.

Массообменный аппарат состоит из вертикального корпуса 1, по высоте которого установлены тарелки 2, делящие корпус на отдельные секции 3. В тарелках установлены паровые сопла 4. Тарелки снабжены жидкостными камерами 5, соединенными с перепускными каналами 6 и имеющими патрубки отвода промежуточных продуктов 7. Входные участки перепускных каналов выполнены в виде диффузоров. Соосно паровым соплам в жидкостных камерах установлены камеры смешения 8, соединенные с криволинейными лотками сепарации 9, которые соединены по касательной с перепускными каналами 6. Между лотками и стенками корпуса образуются паровые каналы 10. Нижняя тарелка снабжена соплом подачи исходного пара(газа) 11. Верхняя тарелка не имеет жидкостной камеры и снабжена соплом подачи исходной жидкости 12 в камеру смешения. Нижняя секция снабжена патрубком отвода истощенной жидкости 13, а верхняя - патрубком отвода обогащенного пара 14.

Массообменный аппарат работает следующим образом. Исходный пар подается в сопло 11 нижней тарелки; исходная жидкость - в сопло 12 верхней секции под избыточным давлением и инжектируемой средой является пар. Пар, выходящий из сопел 4 с большой скоростью, инжектирует жидкость из жидкостных камер 5. В камерах смешения 8 жидкость и пар интенсивно перемешиваются и в виде парожидкостной смеси направляются на криволинейные лотки сепарации 9. Под действием центробежной силы жидкая фаза отбрасывается к стенке лотка и с большой скоростью подается в диффузоры перепускных каналов. Пар отделяется от жидкости, по каналам 10 поднимается вверх и через паровое сопло подается в камеру смешения вышерасположенной секции. Жидкость по перепускному каналу направляется в жидкостную камеру нижерасположенной секции. Таким образом осуществляется противоточное движение жидкой и паровой фаз в пределах массообменного аппарата при прямоточном в пределах секции. Пары обогащаются легколетучим компонентом и выводятся из аппарата через патрубок 14, истощенная жидкость - через патрубок 13, а промежуточные продукты - через патрубки 7 из жидкостных камер.

В диффузорах перепускных каналов происходит уменьшение скорости жидкости, кинетическая энергия потока жидкости переходит в потенциальную. Статическое давление в жидкостной камере больше гидростатического, определяемого плотностью и высотой столба жидкости в перепускном канале, на величину потенциальной энергии. Вследствии этого повышается скорость жидкости при входе в камеры смешения и снижаются потери энергии на удар при смешивании паровой и жидкой фаз. Повышается КПД систем сопла - камеры смешения как инжекторов и эффективность массопередачи в двухфазном потоке. Для достижения оптимального перепада давления на паровых соплах необходимо поддерживать меньшую высоту столба жидкости в перепускных каналах и, соответственно, уменьшается высота секций.

Использование исходной жидкости в качестве рабочей в контактном устройстве верхней секции, а исходного пара - нижней, позволяет повышать давление обогащенного пара до атмосферного при проведении процесса под вакуумом, обеспечить требуемый перепад давления по высоте аппарата.

Благодаря большому перепаду давления на паровых соплах достигается высокая скорость двухфазного потока в камерах смешения и на лотках, высокий КПД их как массообменных элементов. В результате уменьшается количество секций и габаритные размеры всего массообменного аппарата. Использование кинетической энергии жидкости приводит к уменьшению перепада давления между нижней и верхней секциями, снижению давлений подводимых исходных жидкости и пара и снижению энергозатрат.