RU2152240C1 - Contact plate for vortex mass-transfer heat-exchange apparatuses - Google Patents
Contact plate for vortex mass-transfer heat-exchange apparatuses Download PDFInfo
- Publication number
- RU2152240C1 RU2152240C1 RU96112796A RU96112796A RU2152240C1 RU 2152240 C1 RU2152240 C1 RU 2152240C1 RU 96112796 A RU96112796 A RU 96112796A RU 96112796 A RU96112796 A RU 96112796A RU 2152240 C1 RU2152240 C1 RU 2152240C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- contact
- liquid
- cavity
- plate
- pipe
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к устройствам для проведения тепломассообменных процессов в системах газ (пар) - жидкость при проведении абсорбции, ректификации, дистилляции, концентрирования неорганических кислотных смесей в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности. The invention relates to devices for carrying out heat and mass transfer processes in gas (steam) - liquid systems during absorption, rectification, distillation, concentration of inorganic acid mixtures in the chemical, petrochemical and other industries.
Известны различные контактные тарелки вихревых тепломассообменных аппаратов, описанные, например, в а.с. 1655532, B 01 D 3/30, 1991 и а.с. 572272, B 01 D 3/26, 1977. Эти тарелки выполнены в виде полотна, на котором установлены контактные элементы в виде цилиндрических патрубков с завихрителями внутри них и отбойниками с центральным отверстием, установленными над ними. В а. с. 1655532 цилиндрический контактный патрубок установлен с зазором к полотну тарелки, а сам патрубок выполнен с двойной стенкой с полостью для теплоносителя. Стенки патрубка выполнены в виде набора чередующихся и изменяющихся по высоте выпуклых и плоских участков. В а.с. 572272 цилиндрический патрубок плотно прилегает к полотну тарелки, а отбойник снабжен внешним и внутренним цилиндрами, коаксиально расположенными по отношению к контактному патрубку. Кроме того, контактный патрубок снабжен узлом подачи жидкости с полотна тарелки в нижнюю часть. Тарелка снабжена устройствами для рециркуляции газа, расположенными между контактным патрубком и внешним цилиндром, нижний срез которого расположен ниже уровня жидкости на тарелке. Недостатком этих тарелок является малое время контакта фаз, вторичный унос жидкости из-под отбойника, незначительный диапазон устойчивой работы, а также достаточно сложная конструкция. There are various contact plates of vortex heat and mass transfer apparatuses, described, for example, in A.S. 1655532, B 01
Наиболее близким к предлагаемой тарелке является контактная тарелка для вихревых тепломассообменных аппаратов, описанная в а.с. 498009, B 01 D 3/26, 1976 г. Эта тарелка выполнена в виде полотна, на котором плотно закреплен контактный патрубок, снабженный в нижней части закручивателем и узлом подачи жидкости с вышележащей тарелки, а в верхней части - отбойным устройством для сепарации фаз. Отбойное устройство выполнено с внешним и внутренним цилиндрами, расположенными коаксиально контактному патрубку. Такое конструктивное выполнение контактной тарелки обеспечивает, по мнению авторов, расширение диапазона устойчивой работы аппарата, снижение межтарельчатого уноса и улучшение массообмена. Однако эта тарелка обладает малым временем и поверхностью контакта фаз, а также повышенным брызгоуносом жидкости при повышенных расходах жидкости, подаваемой в контактную тарелку. При работе этой конструкции контактной тарелки с возрастанием расхода жидкости увеличивается толщина пленки жидкости, поднимающейся по внутренней стенке контактного патрубка, которая превышает величину зазора между контактным патрубком и внутренним цилиндром отбойного устройства. При этом часть жидкости отсекается отбойником и уносится газовым потоком на вышележащую ступень. Это приводит к увеличению брызгоуноса и к снижению диапазона эффективной работы тарелки. Поэтому эта контактная тарелка не обеспечивает достаточной интенсификации процесса тепломассообмена, особенно при больших нагрузках по жидкой фазе. Closest to the proposed plate is a contact plate for vortex heat and mass transfer apparatuses described in A.S. 498009, B 01
В основу изобретения поставлена задача разработать такую контактную тарелку, которая позволит увеличить время и поверхность контакта фаз, интенсифицировать процесс тепломассообмена, увеличить диапазон эффективной работы тарелки, а также практически исключить брызгоунос жидкости из тарелки. The basis of the invention is the task to develop such a contact plate that will increase the time and contact surface of the phases, intensify the heat and mass transfer process, increase the range of effective operation of the plate, and practically eliminate liquid splashing from the plate.
Поставленная задача решается тем, что в контактной тарелке для вихревых тепломассообменных аппаратов в системе газ (пар)-жидкость, включающей закрепленный на полотне контактный патрубок с завихрителем в нижней части и отбойником над ним, который снабжен внутренним и внешним цилиндрами, расположенными коаксиально контактному патрубку, а также узлы подачи и отвода жидкости с полотна тарелки, и подвода жидкости в завихритель, согласно изобретению внутренний цилиндр отбойника выполнен с глухим основанием с образованием полости для жидкой фазы, в эту полость погружен патрубок подачи жидкой фазы на тарелку, нижний срез наружного цилиндра выполнен с отбортовкой, расположенной с зазором к стенке аппарата и полотну тарелки с образованием кармана. Полость этого кармана сообщена с узлом подачи жидкости в завихритель. The problem is solved in that in the contact plate for vortex heat and mass transfer apparatuses in the gas (steam)-liquid system, including a contact pipe fixed to the canvas with a swirl in the lower part and a chipper above it, which is equipped with an internal and external cylinders located coaxially to the contact pipe, as well as nodes for supplying and discharging liquid from the plate web, and for supplying liquid to the swirl, according to the invention, the inner cylinder of the chipper is made with a blind base to form a cavity for liquid phase, the nozzle for supplying the liquid phase to the plate is immersed in this cavity, the lower cut of the outer cylinder is made with a flange located with a gap to the apparatus wall and the plate web with the formation of a pocket. The cavity of this pocket is in communication with the fluid supply unit to the swirl.
Кроме того, стенки отбойника выполнены двойными с образованием полости для теплоносителя. In addition, the walls of the chipper are double with the formation of a cavity for the coolant.
А также в кольцевом пространстве между контактным патрубком и внешним цилиндром отбойника установлено теплообменное устройство. And also in the annular space between the contact pipe and the outer cylinder of the chipper installed heat exchanger.
Преимущества предлагаемой контактной тарелки заключаются в том, что вращающийся высокотурбулизированный газожидкостной поток, образованный в завихрителе, поступает в кольцевое пространство между внутренним цилиндром отбойника и контактным патрубком, где при стесненных условиях движения происходит дополнительная турбулизация газожидкостного потока и создается зона постоянно перемешивающегося потока с непрерывно обновляющейся поверхностью контакта фаз. Эта турбулизация потока сохраняется и далее при прохождении кольцевого пространства между внешним цилиндром отбойника и контактным патрубком. При выходе газожидкостного потока из кольцевого пространства за счет центробежных и гравитационных сил происходит сепарация газовой и жидкой фаз. Жидкая фаза через патрубок сразу отводится из зоны контакта, а газовая фаза продолжает взаимодействие со "свежей" жидкостью, подаваемой в полость внутреннего цилиндра и свободно стекающей по поверхности отбойника (вторая фаза взаимодействия в пленочном режиме). При работе тарелки нет необходимости поддерживать определенный уровень жидкости на тарелке для обеспечения работоспособности вихревого контактного устройства, вся жидкость своевременно удаляется из зоны контакта и тем самым исключается брызгоунос из-под отбойника. Такое конструктивное выполнение позволит использовать отбойник не только для разделения жидкой и газовой фаз, но и для увеличения времени и поверхности контакта фаз, что значительно интенсифицирует тепломассообменные процессы. Опущенный в центральную полость внутреннего цилиндра патрубок подачи жидкости на тарелку образует гидрозатвор и тем самым исключает возможность проскока газовой фазы. Все это расширяет диапазон эффективной устойчивой работы тарелки, особенно при повышенных расходах жидкой фазы. The advantages of the proposed contact plate are that a rotating highly turbulized gas-liquid flow formed in the swirler enters the annular space between the inner cylinder of the chipper and the contact pipe, where, under constrained traffic conditions, additional turbulence of the gas-liquid flow takes place and a zone of constantly mixing flow with a continuously updated surface is created phase contact. This turbulization of the flow is maintained further with the passage of the annular space between the outer cylinder of the chipper and the contact pipe. When the gas-liquid flow leaves the annular space due to centrifugal and gravitational forces, gas and liquid phases are separated. The liquid phase through the nozzle is immediately diverted from the contact zone, and the gas phase continues to interact with the “fresh” liquid supplied to the cavity of the inner cylinder and flowing freely over the surface of the chipper (second phase of interaction in the film mode). During the operation of the plate, there is no need to maintain a certain level of liquid on the plate to ensure the operability of the vortex contact device; all liquid is removed from the contact zone in a timely manner and thereby eliminates splashing from under the chipper. Such a constructive implementation will make it possible to use a chipper not only to separate the liquid and gas phases, but also to increase the time and contact surface of the phases, which significantly intensifies heat and mass transfer processes. The nozzle for supplying liquid to the plate, lowered into the central cavity of the inner cylinder, forms a water lock and thereby eliminates the possibility of a breakthrough of the gas phase. All this extends the range of effective stable operation of the plate, especially at increased flow rates of the liquid phase.
Кроме того, при охлаждении (нагревании) жидкости, проходящей через полость гидрозатвора, стекающей по наружной поверхности двойных стенок отбойного устройства, а также при охлаждении (нагревании) вращающегося газожидкостного потока, проходящего в кольцевом пространстве по внутренней поверхности двойных стенок отбойника, улучшаются процессы тепломассообмена, сопровождающиеся выделением (поглощением) тепла. In addition, when cooling (heating) the liquid passing through the cavity of the hydraulic lock, flowing down the outer surface of the double walls of the fender device, as well as when cooling (heating) the rotating gas-liquid flow passing in the annular space along the inner surface of the double walls of the fender, heat and mass transfer processes are improved, accompanied by the release (absorption) of heat.
А также, благодаря охлаждению (нагреванию) газожидкостного потока при прохождении размещенного в кольцевом пространстве между внешним цилиндром отбойника и контактным патрубком тепломассообменного устройства значительно интенсифицируются процессы тепломассообмена, увеличивается время контакта фаз и снижается брызгоунос из контактной тарелки. And also, due to the cooling (heating) of the gas-liquid flow during the passage of the baffle located in the annular space between the outer cylinder and the contact pipe of the heat and mass transfer device, the processes of heat and mass transfer are significantly intensified, the contact time of the phases is increased, and the spray-out of the contact plate is reduced.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлен продольный разрез варианта компоновки многоступенчатого аппарата с предлагаемыми тарелками, на фиг. 2 - его разрез по А-А. The invention is illustrated in the drawing, where in FIG. 1 shows a longitudinal section through a variant of the arrangement of a multi-stage apparatus with the proposed plates, in FIG. 2 - its section along AA.
Контактная тарелка состоит из полотна 1, на котором установлен контактный патрубок 2. В нижней части контактный патрубок 2 снабжен завихрителем 3. Над патрубком 2 установлено отбойное устройство 4 с внутренним цилиндром 5 и внешним цилиндром 6. Внутренний цилиндр 5 выполнен с глухим основанием с образованием полости 7. Внешний цилиндр 5 в нижней части имеет отбортовку 8, расположенную с зазором к стенке аппарата. Отбортовка 8 образует карман 9. Полость кармана 9 сообщена устройством для подвода жидкости 10 с нижней частью контактного патрубка. В полость 7 погружен патрубок 11 подачи жидкости на тарелку. Патрубок 12 предназначен для отвода жидкости с полотна тарелки. Стенки 4, 5, 6, 8 отбойника выполнены двойными, полость между ними сообщена с системой теплоносителя 13, 14. В кольцевом пространстве между контактным патрубком 2 и внешним цилиндром 6 отбойника установлено теплообменное устройство 15. При многоступенчатой компоновке аппарата патрубки 11 и 12 совмещаются. The contact plate consists of a web 1, on which the contact pipe 2 is installed. In the lower part, the contact pipe 2 is equipped with a
Рассмотрим работу контактной тарелки на примере абсорбции аммиака в производстве кальцинированной соды. Этот процесс характеризуется повышенным массовым отношением расходов жидкой (L) и газовой (G) фаз, что составляет: L/G = 4-6. Расход жидкости (рассола) значительно превышает расход газовой фазы. Consider the work of the contact plate on the example of the absorption of ammonia in the production of soda ash. This process is characterized by an increased mass ratio of the flow rates of the liquid (L) and gas (G) phases, which is: L / G = 4-6. The flow rate of the liquid (brine) significantly exceeds the flow rate of the gas phase.
Жидкость (рассол) подается по патрубку 11 в полость 7, заполняет ее, образуя гидрозатвор, далее равномерно растекается по наружной поверхности отбойника 4 и в виде пленки жидкости стекает по внешнему цилиндру 6 отбойника в карман 9, откуда по трубке 10 поступает в центр завихрителя 9. В трубке 10 образуется при этом гидрозатвор, исключающий проскок газа. Газ, содержащий аммиак, поступает в завихритель 3. Проходя между лопатками завихрителя, газ приобретает вращательное движение. В центре завихрителя создается зона пониженного давления. Вращающийся газовый поток диспергирует жидкость внутри завихрителя 3. При этом образуется высокодисперсный вращающийся вихревой восходящий газожидкостной поток с непрерывно обновляющейся поверхностью контакта фаз за счет перемешивания с вращающимся газожидкостным потоком закрученных струй газа, входящих между лопатками завихрителя. The liquid (brine) is supplied through the pipe 11 to the cavity 7, fills it, forming a water seal, then evenly spreads along the outer surface of the chipper 4 and flows in the form of a film of liquid along the outer cylinder 6 of the chipper 9, from where it passes through the tube 10 to the center of the swirler 9 . In this case, a water lock is formed in the tube 10, preventing gas leakage. The gas containing ammonia enters the
Восходящий высокодиспергированный вращающийся вихревой газожидкостной поток из завихрителя поступает в кольцевое пространство между контактным патрубком 2 и внутренним цилиндром 5 отбойника, выполненным с коническим основанием, где за счет постепенного сужения проходного кольцевого сечения при движении газожидкостного потока вверх происходит увеличение окружной скорости газовой фазы. Увеличение окружной скорости газовой фазы вблизи поверхности раздела фаз приводит к увеличению окружной скорости жидкости за счет сил поверхностного трения газового потока о жидкость, что вызывает дополнительную турбулизацию жидкой фазы. При этом при стесненных условиях прохождения газожидкостного потока создается зона высокотурбулизированного, постоянно перемешивающегося газожидкостного потока, которая сохраняется и далее при прохождении вращающегося газожидкостного потока между контактным патрубком 2 и внешним цилиндром 6 отбойника. An ascending highly dispersed rotating vortex gas-liquid flow from the swirl enters the annular space between the contact pipe 2 and the chimney inner cylinder 5, which is made with a conical base, where, due to the gradual narrowing of the annular cross section, when the gas-liquid flow moves upward, the peripheral velocity of the gas phase increases. An increase in the peripheral velocity of the gas phase near the interface leads to an increase in the peripheral velocity of the liquid due to the surface friction forces of the gas stream against the liquid, which causes additional turbulization of the liquid phase. In this case, under the constrained conditions of the passage of the gas-liquid flow, a zone of highly turbulized, constantly mixing gas-liquid flow is created, which is maintained further when the rotating gas-liquid flow passes between the contact pipe 2 and the outer cylinder 6 of the chipper.
В зазоре между отбортовкой 8 и поверхностью тарелки 1 за счет центробежных и гравитационных сил происходит сепарация газовой и жидкой фаз. Газовая фаза, свободная от капель и брызг жидкости, взаимодействует со стекающей по наружной поверхности внешнего цилиндра 6 пленкой "свежей" жидкости и уходит на вышележащую ступень. Жидкость удаляется с поверхности тарелки через патрубок 12 на нижележащую тарелку или выводится из аппарата. In the gap between the flanging 8 and the surface of the plate 1 due to centrifugal and gravitational forces, the gas and liquid phases are separated. The gas phase, free of droplets and splashes of liquid, interacts with a film of "fresh" liquid flowing down the outer surface of the outer cylinder 6 and goes to the overlying stage. The liquid is removed from the surface of the plate through the pipe 12 to the underlying plate or is removed from the apparatus.
Процесс абсорбции аммиака рассолом сопровождается химической реакцией с выделением значительного количества тепла. Для увеличения скорости и степени абсорбции аммиака необходимо снижение температуры газовой и жидкой фаз. Благодаря выполнению отбойника с полостью для теплоносителя и расположению в кольцевом пространстве между контактным патрубком 2 и внешним цилиндром 6 отбойника теплообменного устройства, например, в виде навитой трубы 15, полость которой сообщена с теплоносителем, можно максимально увеличить интенсивность теплопередачи на всем пути движения жидкости и газового потока, что приводит к увеличению скорости и степени абсорбции аммиака. The absorption of ammonia by brine is accompanied by a chemical reaction with the release of a significant amount of heat. To increase the speed and degree of absorption of ammonia, it is necessary to lower the temperature of the gas and liquid phases. Due to the implementation of the fender with a cavity for the coolant and the location in the annular space between the contact pipe 2 and the outer cylinder 6 of the fender of the heat exchanger, for example, in the form of a
А также при прохождении газожидкостного потока через теплообменное устройство происходит снижение окружной скорости движения газожидкостного потока и "задержка" жидкости, что способствует увеличению времени пребывания жидкости в зоне контакта фаз, снижению брызгоуноса из контактной тарелки. В предлагаемой конструкции контактной тарелки обеспечивается контакт всей массы подаваемого рассола с газовым потоком, достигается увеличение времени и поверхности контакта газа с рассолом, что значительно увеличивает эффективность абсорбции аммиака. And also, when the gas-liquid flow passes through the heat exchanger, the peripheral velocity of the gas-liquid flow decreases and the fluid “lags”, which helps to increase the residence time of the liquid in the contact zone of the phases, and to reduce the spray out of the contact plate. In the proposed design of the contact plate, the entire mass of the supplied brine is contacted with the gas stream, an increase in the time and surface of contact of the gas with the brine is achieved, which significantly increases the absorption efficiency of ammonia.
Применение предлагаемой контактной тарелки по сравнению с прототипом позволяет интенсифицировать процесс тепломассообмена химических реакций, сопровождающихся выделением большого количества тепла, увеличить степень поглощения, увеличить время и поверхность контакта фаз, практически исключить брызгоунос жидкости из контактной тарелки при повышенных расходах жидкости и тем самым увеличить диапазон устойчивой работы, значительно уменьшить объем и вес многоступенчатых аппаратов. The use of the proposed contact plate in comparison with the prototype allows to intensify the process of heat and mass transfer of chemical reactions accompanied by the release of a large amount of heat, increase the degree of absorption, increase the time and contact surface of the phases, practically eliminate liquid splashing from the contact plate at high fluid flow rates and thereby increase the range of stable operation significantly reduce the volume and weight of multi-stage devices.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96112796A RU2152240C1 (en) | 1996-06-18 | 1996-06-18 | Contact plate for vortex mass-transfer heat-exchange apparatuses |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96112796A RU2152240C1 (en) | 1996-06-18 | 1996-06-18 | Contact plate for vortex mass-transfer heat-exchange apparatuses |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU96112796A RU96112796A (en) | 1998-09-27 |
RU2152240C1 true RU2152240C1 (en) | 2000-07-10 |
Family
ID=20182404
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU96112796A RU2152240C1 (en) | 1996-06-18 | 1996-06-18 | Contact plate for vortex mass-transfer heat-exchange apparatuses |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2152240C1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006059920A1 (en) * | 2004-11-30 | 2006-06-08 | Zao 'mineral And Chemical Company 'eurochem' | Whirling device for carrying out downward phase current physico-chemical processes |
RU2445996C2 (en) * | 2010-05-04 | 2012-03-27 | Николай Александрович Войнов | Rectification column |
RU200612U1 (en) * | 2020-02-03 | 2020-11-02 | Владимир Федорович Саранцев | VORTEX SIEVE CONTACT DEVICE OF THE HEAT AND MASS EXCHANGER |
RU2791822C1 (en) * | 2023-01-10 | 2023-03-13 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технологический университет" (ФГБОУ ВО "КНИТУ") | Vortex contact device |
-
1996
- 1996-06-18 RU RU96112796A patent/RU2152240C1/en active
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006059920A1 (en) * | 2004-11-30 | 2006-06-08 | Zao 'mineral And Chemical Company 'eurochem' | Whirling device for carrying out downward phase current physico-chemical processes |
RU2445996C2 (en) * | 2010-05-04 | 2012-03-27 | Николай Александрович Войнов | Rectification column |
RU200612U1 (en) * | 2020-02-03 | 2020-11-02 | Владимир Федорович Саранцев | VORTEX SIEVE CONTACT DEVICE OF THE HEAT AND MASS EXCHANGER |
RU2791822C1 (en) * | 2023-01-10 | 2023-03-13 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технологический университет" (ФГБОУ ВО "КНИТУ") | Vortex contact device |
RU2797870C1 (en) * | 2023-01-10 | 2023-06-09 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технологический университет" (ФГБОУ ВО "КНИТУ") | Vortex type contact device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
WO2006128351A1 (en) | A reflecting packed column | |
RU2152240C1 (en) | Contact plate for vortex mass-transfer heat-exchange apparatuses | |
RU2287359C2 (en) | Vortex apparatus for performing physico-chemical processes at descending flow of phases | |
RU2797870C1 (en) | Vortex type contact device | |
RU2071804C1 (en) | Vortex-type mass-exchange column | |
SU1126315A1 (en) | Bubbler for reaction apparatus | |
RU200779U1 (en) | Distribution tray for heat and mass exchangers | |
RU2780517C1 (en) | Contact device for heat and mass exchanger | |
RU2380143C2 (en) | Vortex spray absorber | |
SU610535A1 (en) | Multistage bubbling extractor | |
SU829124A1 (en) | Heat-mass exchange apparatus | |
RU2124939C1 (en) | Method of contacting gas and liquid and apparatus for its embodiment | |
SU1369742A1 (en) | Contact device for heat-mass-exchange apparatus | |
RU2033235C1 (en) | Separation device for mass-exchange apparatus | |
US2321839A (en) | Heating and deaerating of liquids | |
SU923579A1 (en) | Spray-type apparatus for conducting heat-and mass exchange processes | |
RU98108316A (en) | DEAERATOR | |
SU1212515A1 (en) | Foam generator | |
SU330875A1 (en) | VORTEX MASS-EXCHANGE COLUMN | |
RU2081657C1 (en) | Contact tray for vortex heat- and mass-transfer apparatuses | |
RU2233194C1 (en) | Mass exchange column | |
SU1646570A1 (en) | Extractor | |
SU1037935A1 (en) | Heat mass exchange apparatus | |
SU1493279A1 (en) | Oild separating device | |
RU2232625C1 (en) | Vortex apparatus for performing physico-chemical processes at descending flow of phases |