RU2165283C2 - Mass-transfer apparatus - Google Patents
Mass-transfer apparatus Download PDFInfo
- Publication number
- RU2165283C2 RU2165283C2 RU99111653A RU99111653A RU2165283C2 RU 2165283 C2 RU2165283 C2 RU 2165283C2 RU 99111653 A RU99111653 A RU 99111653A RU 99111653 A RU99111653 A RU 99111653A RU 2165283 C2 RU2165283 C2 RU 2165283C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- liquid
- contact device
- woven
- mass
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к аппаратурному оформлению тепломассобменных процессов, таких как ректификация, абсорбция, конденсация пара, охлаждение парогазовых смесей и др., и может быть использовано в химической, нефтеперерабатывающей и родственных отраслях промышленности. The invention relates to hardware design of heat and mass transfer processes, such as rectification, absorption, steam condensation, cooling of gas-vapor mixtures, etc., and can be used in chemical, oil refining and related industries.
В последнее десятилетие широкое применение в промышленности находят массообменные аппараты, в которых для формирования поверхности контакта фаз в системе газ-жидкость в качестве контактного устройства (газораспределительной решетки) используют синтетические тканые материалы [1,2] или тарелки из тканых полимерных структур [3,4]. In the last decade, mass transfer devices have been widely used in industry, in which synthetic woven materials [1,2] or plates made of woven polymer structures [3,4] are used as a contact device (gas distribution grid) to form a phase contact surface in a gas-liquid system. ].
Теоретические исследования гидродинамики и массообмена газожидкостного слоя на тканых контактных устройствах (ТКУ), подтверждающие их преимущества по сравнению с традиционными, изложены в литературе [5]. Theoretical studies of the hydrodynamics and mass transfer of the gas-liquid layer on woven contact devices (TCU), confirming their advantages over traditional ones, are described in the literature [5].
Наиболее близким по технической сущности и достаточному эффекту является массообменый аппарат [6], который содержит вертикальный корпус, газораспределительное контактное устройство в виде решетки, патрубки для подачи и ввода газа, сборник жидкости, размещенный в нижней части корпуса, при этом выход патрубка подачи газа заглублен непосредственно ниже контактного устройства в подрешеточное пространство. The closest in technical essence and sufficient effect is a mass transfer apparatus [6], which contains a vertical housing, a gas distribution contact device in the form of a grill, nozzles for supplying and introducing gas, a fluid collector located in the lower part of the housing, while the outlet of the gas supply nozzle is deepened directly below the contact device into the sublattice space.
В указанном аналоге газ подается по патрубку внутрь корпуса под решетку, отжимает жидкость вниз, выдавливает часть жидкости в полость под решеткой, образуя под решеткой газожидкостную "подушку". Далее газ пересекает решетку, дробится на множество мелких пузырьков и барботирует через толщу жидкости, находящейся над решеткой. In this analogue, gas is supplied through a pipe inside the housing under the grate, squeezes the liquid down, squeezes part of the liquid into the cavity under the grate, forming a gas-liquid “pillow” under the grate. Then the gas crosses the lattice, crushed into many small bubbles and sparges through the thickness of the liquid above the lattice.
К недостаткам этой конструкции аппарата, принятой в качестве прототипа, следует отнести следующие:
- распределение газа по всей площади решетки неравномерно, особенно при низкой скорости газа;
- сложность использования этой конструкции в качестве аппарата погружного типа и невозможность его использования без днища.The disadvantages of this design of the device, adopted as a prototype, include the following:
- gas distribution over the entire lattice area is uneven, especially at a low gas velocity;
- the complexity of using this design as a submersible type apparatus and the inability to use it without a bottom.
При использовании указанной в прототипе решетки при скорости газа в аппарате до ≈ 3 м/с не будет осуществляться выдавливание слоя жидкости в надрешеточное пространство по всей периферии аппарата. Вследствие наклона решетки газ будет барботировать только около распределителя газа (поз. 4, фиг. 1 прототипа). When using the lattice specified in the prototype, when the gas velocity in the apparatus is up to ≈ 3 m / s, the liquid layer will not be extruded into the superlattice along the entire periphery of the apparatus. Due to the inclination of the grate, gas will sparge only near the gas distributor (
В связи с этим целями изобретения являются упрощение конструкции, повышение эксплуатационных возможностей при более эффективном функционировании аппарата. In this regard, the objectives of the invention are to simplify the design, increase operational capabilities with a more efficient functioning of the apparatus.
Эти цели достигаются тем, что газораспределительное контактное устройство, выполненное в виде тканой сетки, размещено на высоте H до конца нижней части корпуса аппарата с днищем или без него и составляет не менее
H≥2·4σ/(dэкв ρg), м
где 2 - коэффициент, учитывающий амплитуду пульсаций газожидкостного слоя;
σ - коэффициент поверхностного натяжения жидкости, Н/м;
dэкв - диаметр эквивалентный тканой сетки контактного устройства, м;
ρ - плотность жидкости, кг/м3;
g - ускорение свободного падения, м/с2.These goals are achieved by the fact that the gas distribution contact device, made in the form of a woven mesh, is placed at a height H to the end of the lower part of the apparatus with or without a bottom and is at least
H≥2 · 4σ / (d equiv ρg), m
where 2 is a coefficient taking into account the amplitude of the pulsations of the gas-liquid layer;
σ is the coefficient of surface tension of the liquid, N / m;
d eq is the equivalent diameter of the woven mesh of the contact device, m;
ρ is the density of the liquid, kg / m 3 ;
g - acceleration of gravity, m / s 2 .
На фиг. 1 схематично изображен вертикальный разрез предлагаемого аппарата погружного типа без днища с верхним центральным вводом; на фиг. 2 - то же, с верхним боковым вводом; на фиг. 3 - вертикальный разрез аппарата с днищем и боковыми вводами газа. In FIG. 1 schematically shows a vertical section of the proposed apparatus of a submersible type without a bottom with an upper central input; in FIG. 2 - the same with the upper side entry; in FIG. 3 is a vertical section of the apparatus with a bottom and side gas inlets.
Массообменный аппарат состоит из корпуса 1, внутри которого горизонтально по сечению корпуса 1 размещено ТКУ 2. При большом диаметре корпуса может быть использована секционная конструкция ТКУ. Входной патрубок или патрубки подачи газа 3 смонтированы сверху с центральным (фиг. 1) или верхним боковым (фиг. 2) вводом подачи газа. На фиг. 3 показаны боковые вводы входных патрубков 3 в корпус аппарата и их выходы 4 внутри корпуса 1. Выходы патрубков 4 подачи газа заглублены непосредственно ниже уровня ТКУ 2 в подсеточное пространство 5. Выходной патрубок отвода газа 7 смонтирован в верxней части корпуса 1. Жидкость 6 заполняет нижнюю часть корпуса аппарата 1 погружного типа (фиг. 1 и 2) и не нуждается в монтаже патрубков 9 и 10 подачи жидкости и ее слива, как это показано на фиг. 3 для аппарата, корпус которого снабжен днищем 8. The mass-transfer apparatus consists of a housing 1, inside of which a
На фиг. 1, 2 и 3 показаны уровни жидкости 6 соответственно первоначального заполнения hзап и в рабочем состоянии при ее вытеснении газом hв (т. е. высота газовой подушки под ТКУ), а также высота H от верхнего уровня ТКУ до конца нижней части корпуса 1.In FIG. 1, 2 and 3 show the
Высота H является одной из основных конструктивных характеристик аппарата, что обеспечивает его эффективную работу в погруженном состоянии без пропускания газа вниз для аппарата без днища и оптимальный режим работы аппаратов с днищем. The height H is one of the main structural characteristics of the apparatus, which ensures its efficient operation when immersed without passing gas downward for the apparatus without a bottom and the optimal mode of operation of the apparatus with a bottom.
Все указанные на фиг. 1, 2, 3 и 4 конструктивные типы массообменных аппаратов полностью соответствуют формуле изобретения. All indicated in FIG. 1, 2, 3 and 4 design types of mass transfer apparatus fully comply with the claims.
Аппарат работает следующим образом. До подачи газа в аппарат (фиг. 1 и 2) его погружают в жидкость 6 на глубину первоначального заполнения hзап (фиг. 1 и 2) выше уровня ТКУ 2 до условия его смачивания. Запуск аппарата осуществляют подачей газа через выходы патрубков 4 непосредственно ниже уровня ТКУ 2 в подсеточное пространство 5 либо с верхним, либо с боковым входом патрубков 3 в корпус 1. При подаче газа непосредственно под ТКУ 2 барботажа газа не происходит до достижения его давления равным
ΔPобщ= ΔPст+ΔPσ(Па) (1)
где ΔPст - давление столба жидкости в газожидкостном слое под ТКУ, (Па);
ΔPст= ρgh,(Па);
ΔPσ - давление, обусловленное силами поверхностного натяжения, (Па);
ΔPσ= 4σ/dэкв,(Пa).The device operates as follows. Prior to supplying gas to the apparatus (Figs. 1 and 2), it is immersed in
ΔP total = ΔP st + ΔP σ (Pa) (1)
where ΔP article - the pressure of the liquid column in the gas-liquid layer under the TCU, (Pa);
ΔP st = ρgh, (Pa);
ΔP σ is the pressure due to surface tension forces (Pa);
ΔP σ = 4σ / d equiv , (Pa).
При этом происходит выдавливание слоя жидкости из подсеточного пространства 5 ТКУ 2 на высоту
hв= 4σ/(dэквρg),м (2)
и ее переток в подсеточное пространство ТКУ 2. Образовавшаяся под ТКУ газовая подушка служит одновременно с ТКУ газораспределительным устройством. Причем согласно условиям барботажа газа на ТКУ в автомодельном клапанном режиме давление газа по периферии подсеточного пространства одинаково. Сброшенная вследствие частичного провала в подсеточное пространство 5 жидкость 6 в постоянном режиме возвращается в барботажный слой по условию (hв) (2).When this occurs, the extrusion of the liquid layer from the
h in = 4σ / (d equiv ρg), m (2)
and its flow into the subgrid space of
Повышение давления в пространстве под ТКУ до условия больше ΔPобщ (1) приводит к барботажу газа через жидкость, созданию газожидкостного слоя с частичным ее провалом, вызванным пульсациями слоя. Обработанный таким образом газ отводится через выходной патрубок 7 (фиг. 1,3) либо непосредственно в атмосферу (фиг. 2). Жидкость отводится в большой объем (фиг. 1, 2) или в сборник (фиг. 3).The increase in pressure in the space under the TCU to a condition greater than ΔP total (1) leads to gas bubbling through the liquid, the creation of a gas-liquid layer with its partial failure caused by layer pulsations. The gas thus treated is discharged through the outlet pipe 7 (Fig. 1.3) or directly into the atmosphere (Fig. 2). The liquid is discharged into a large volume (Fig. 1, 2) or into the collection (Fig. 3).
Предлагаемый массообменный аппарат отличается не только выбором высоты от уровня контактного устройства до нижней части корпуса с днищем или без него, т.е. минимального по высоте сборника жидкости, но и возможностью создания под решеткой не газожидкостной, а газовой "подушки". The proposed mass transfer apparatus differs not only in the choice of height from the level of the contact device to the lower part of the housing with or without a bottom, i.e. the minimum height of the liquid collector, but also the possibility of creating under the grate not a gas-liquid, but a gas "pillow".
Эти отличительные особенности были получены благодаря выполнению решетки контактного устройства в виде тканой сетки, расположенной горизонтально и выполненной из металлических или полимерных нитей определенного диаметра и плотности плетения, которая характеризуется эквивалентным диаметром dэкв. ее пространственных отверстий. В зависимости от плотности плетения (расстояния между нитями основы и утка) получают тканую сетку с различным dэкв. и свободным сечением, т.е. отношением площади отверстий к площади тканой сетки.These distinctive features were obtained due to the design of the lattice of the contact device in the form of a woven mesh located horizontally and made of metal or polymer fibers of a certain diameter and weaving density, which is characterized by an equivalent diameter d eq. its spatial openings. Depending on the density of weaving (the distance between the warp and weft) get a woven mesh with different d EQ. and free section, i.e. the ratio of the area of the holes to the area of the woven mesh.
Конструкция тканой сетки контактного устройства, при котором dэкв. находится в пределах от 0,3 до 1 мм, проявляет новое свойство, которое обеспечивает капиллярный эффект, т.е. удержание жидкости в отверстиях тканой сетки без "провала".The design of the woven mesh of the contact device, in which d eq. is in the range from 0.3 to 1 mm, exhibits a new property that provides a capillary effect, i.e. fluid retention in the holes of the woven mesh without "failure".
Массообменный аппарат в предложенном виде обладает особой способностью проводить процессы массообмена в эффективном гидродинамическом режиме и при малых скоростях газа (от 0 до 3 м/с) для систем газ-жидкость, имеющих сопротивление процессу поглощения компонентов со стороны газовой фазы, т.е. систем с низким содержанием поглощаемого компонента, когда требуется достаточно большое время контактирования фаз. The mass-transfer apparatus in the proposed form has a special ability to carry out mass transfer processes in an effective hydrodynamic mode and at low gas velocities (from 0 to 3 m / s) for gas-liquid systems that are resistant to the absorption of components from the gas phase, i.e. systems with a low content of the absorbed component, when a sufficiently large contact time of the phases is required.
Преимущества предлагаемого аппарата и его вариантов следующие. The advantages of the proposed device and its options are as follows.
Снижается металлоемкость за счет уменьшения объема пространства под контактным устройством, в том числе за счет исключения днища в аппаратах погружного типа, и упрощается их конструкция. The metal consumption is reduced by reducing the amount of space under the contact device, including by eliminating the bottom in submersible devices, and their design is simplified.
Расширяется область применения и эксплуатационные возможности в варианте аппарата погружного типа. The scope and operational capabilities of the submersible type apparatus are expanding.
Появляется возможность многократного пуска аппарата без предварительной подачи жидкости, что дополнительно делает его более эффективным для использования в качестве устройства для обезвреживания выбросов вредных веществ. There is the possibility of multiple start-up of the apparatus without first supplying liquid, which additionally makes it more effective for use as a device for neutralizing emissions of harmful substances.
Предлагаемый аппарат прошел проверку на гидродинамических стендах ГОСНИИ "МЕТАНОЛПРОЕКТА", г. Северодонецк. The proposed device has been tested at the hydrodynamic stands of the STATE "METANOLPROEKT", Severodonetsk.
Источники информации
1. Борисенко М.М., Серов А.В., Терещенко Л.Я. О механизме формирования поверхности контакта фаз в системе газ-жидкость на горизонтальных контактных устройствах из синтетических тканых материалов. Материалы Всесоюзной конференции "Химреактор-II", часть III, Алушта, 1992 г., с. 542-545.Sources of information
1. Borisenko M.M., Serov A.V., Tereshchenko L.Ya. On the mechanism of formation of the phase contact surface in the gas-liquid system on horizontal contact devices made of synthetic woven materials. Materials of the All-Union Conference "Chemical Reactor II", part III, Alushta, 1992, p. 542-545.
2. Серов А.В., Борисенко М.М. Режимы взаимодействия газа и жидкости на контактных устройствах из тканых синтетических материалов.- Химические волокна, 1993, N 1, с. 41-46. 2. Serov A.V., Borisenko M.M. Modes of interaction of gas and liquid on contact devices from woven synthetic materials. - Chemical fibers, 1993, N 1, p. 41-46.
3. Серов А. В., Терещенко Л.Я., Борисенко М.М. Закономерности формирования газожидкостного слоя на тарелках из тканых полимерных структур.- Химическая промышленность, 1992, N 8, с. 45-49. 3. Serov A. V., Tereshchenko L.Ya., Borisenko M. M. Patterns of formation of a gas-liquid layer on plates of woven polymer structures. Chemical Industry, 1992,
4. Авторское свидетельство СССР N 1274704, кл. B 01 D 3/22, 1986 г. 4. Copyright certificate of the USSR N 1274704, cl. B 01 D 3/22, 1986
5. Борисенко М. М. Гидродинамика и массообмен газожидкостного слоя на тканых контактных устройствах, Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук, Санкт-Петербург, 1993 г. 5. Borisenko M. M. Hydrodynamics and mass transfer of the gas-liquid layer on woven contact devices, Abstract of dissertation for the degree of candidate of technical sciences, St. Petersburg, 1993
6. Патент SU N 1837942 A3, кл. B 01 D 47/02, 1993. 6. Patent SU N 1 837 942 A3, cl. B 01 D 47/02, 1993.
Claims (1)
где 2 - коэффициент, учитывающий амплитуду пульсаций газожидкостного слоя;
σ - коэффициент поверхностного натяжения жидкости, Н/м;
dэкв - диаметр эквивалентный тканой сетки контактного устройства, м;
ρ - плотность жидкости, кг/м3;
g - ускорение свободного падения, м/с2.A mass transfer apparatus comprising a vertical casing, a gas distribution contact device in the form of a grill, gas supply and outlet pipes, a liquid collector located in the lower part of the body, wherein the gas supply pipe exit is buried directly below the contact device in the sublattice, characterized in that the gas distribution a contact device made in the form of a woven mesh is placed at a height H to the end of the lower part of the apparatus body with or without a bottom and is at least
where 2 is a coefficient taking into account the amplitude of the pulsations of the gas-liquid layer;
σ is the coefficient of surface tension of the liquid, N / m;
d eq is the equivalent diameter of the woven mesh of the contact device, m;
ρ is the density of the liquid, kg / m 3 ;
g - acceleration of gravity, m / s 2 .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99111653A RU2165283C2 (en) | 1999-05-27 | 1999-05-27 | Mass-transfer apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99111653A RU2165283C2 (en) | 1999-05-27 | 1999-05-27 | Mass-transfer apparatus |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2165283C2 true RU2165283C2 (en) | 2001-04-20 |
RU99111653A RU99111653A (en) | 2001-10-10 |
Family
ID=20220708
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU99111653A RU2165283C2 (en) | 1999-05-27 | 1999-05-27 | Mass-transfer apparatus |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2165283C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2003061810A1 (en) * | 2002-01-25 | 2003-07-31 | Alexandr Georgievich Churinov | Mass-transfer device |
RU2756188C1 (en) * | 2020-11-19 | 2021-09-28 | Общество с ограниченной ответственностью "Инженерно-внедренческий центр "ИНЖЕХИМ" (ООО "Инженерно-внедренческий центр "ИНЖЕХИМ") | Gas distribution apparatus |
-
1999
- 1999-05-27 RU RU99111653A patent/RU2165283C2/en active
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2003061810A1 (en) * | 2002-01-25 | 2003-07-31 | Alexandr Georgievich Churinov | Mass-transfer device |
RU2756188C1 (en) * | 2020-11-19 | 2021-09-28 | Общество с ограниченной ответственностью "Инженерно-внедренческий центр "ИНЖЕХИМ" (ООО "Инженерно-внедренческий центр "ИНЖЕХИМ") | Gas distribution apparatus |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3997303A (en) | Liquid-gas phase separator having a perforated plate and mist eliminator pad | |
KR20100016131A (en) | Systems and methods for liquid separation | |
US2926754A (en) | Method for improved mechanical effectiveness and efficiency of component interchangeon a vapor liquid contacting tray | |
Vijayan et al. | Effect of tube diameter on flooding | |
US5110325A (en) | Recycle spray gas-liquid contactor | |
RU2006101984A (en) | NUCLEAR INSTALLATION AND PRESSURE RESET METHOD IN NUCLEAR INSTALLATION | |
RU2165283C2 (en) | Mass-transfer apparatus | |
JP3352683B2 (en) | Packed column containing active liquid distributor | |
CN104524801A (en) | Sieve-plate tower for dispersing falling liquid | |
CA2040840C (en) | Recycle spray gas-liquid contactor | |
JPH02245202A (en) | Gas-liquid contact tray | |
RU2532607C2 (en) | Plate for providing support for liquid absorbent in device for gas purification | |
JP2011106196A (en) | Water-discharge pit structure | |
RU2461406C2 (en) | Mass exchange contact device for interaction of fluid and gas | |
CN201506730U (en) | Self-recycling anaerobic reactor | |
RU2195358C1 (en) | Mass-transfer apparatus | |
RU88980U1 (en) | CONTACT DEVICE OF HEAT AND MASS EXCHANGE DEVICE | |
KR102581106B1 (en) | Micro bubble generating nozzle | |
RU2233194C1 (en) | Mass exchange column | |
CN215939097U (en) | Filler support member with intermediate partition plate | |
RU26439U1 (en) | MASS TRANSFER | |
RU2205679C1 (en) | Mass-exchange apparatus | |
CN102030411A (en) | Self-circulation anaerobic reactor | |
RU15295U1 (en) | BIOREACTOR FILTER FOR SEWAGE TREATMENT | |
JP2010007866A (en) | Nitrogen substitution type deoxygenating device |