RU2797870C1 - Vortex type contact device - Google Patents
Vortex type contact device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2797870C1 RU2797870C1 RU2023100181A RU2023100181A RU2797870C1 RU 2797870 C1 RU2797870 C1 RU 2797870C1 RU 2023100181 A RU2023100181 A RU 2023100181A RU 2023100181 A RU2023100181 A RU 2023100181A RU 2797870 C1 RU2797870 C1 RU 2797870C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- contact
- liquid
- pipe
- heat
- jacket
- Prior art date
Links
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 39
- 238000012546 transfer Methods 0.000 abstract description 28
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 8
- 239000002826 coolant Substances 0.000 abstract description 7
- 238000004821 distillation Methods 0.000 abstract description 5
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 238000003795 desorption Methods 0.000 abstract description 3
- 238000000605 extraction Methods 0.000 abstract description 3
- 238000007599 discharging Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 19
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 8
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 4
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к контактным устройствам многоступенчатых тепломассообменных аппаратов для проведения ректификации, дистилляции, абсорбции, десорбции, экстракции и может быть использовано в биотехнологии, химической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности.The invention relates to contact devices for multi-stage heat and mass transfer apparatus for distillation, distillation, absorption, desorption, extraction and can be used in biotechnology, chemical, oil refining and other industries.
Известны различные контактные устройства тепломассообменных аппаратов, работающих в системе газ-жидкость, взаимодействие фаз в которых осуществляется в закрученном потоке. Они включают контактные патрубки, установленные на полотно тарелок, снабжены завихрителями, узлами ввода и вывода жидкости и газа.There are various contact devices of heat and mass transfer apparatus operating in the gas-liquid system, the interaction of the phases in which is carried out in a swirling flow. They include contact nozzles installed on the plate web, equipped with swirlers, liquid and gas inlet and outlet units.
Так в массообменном аппарате [А.с. СССР SU 498009, B01D 3/26, B01D 3/30, 1974 г.] тарелка выполнена в виде полотна, на котором плотно закреплен контактный патрубок, снабженный в нижней части многолопастным завихрителем и узлом подвода жидкости в зону контакта с вышележащей тарелки, а в верхней части - отбойным устройством в виде колпачка для сепарации фаз. Узел подвода жидкости выполнен в виде U-образной трубки, один конец которой закреплен в полотне вышележащей ступени, а второй конец - по центру контактного патрубка над завихрителем, заглушен сверху и снабжен отверстиями на боковой поверхности. Такое конструктивное решение, по мнению авторов, способствует расширению устойчивой работы аппарата, снижает межтарельчатый унос и улучшает массообмен.So in the mass transfer apparatus [A.S. USSR SU 498009, B01D 3/26, B01D 3/30, 1974] the plate is made in the form of a sheet on which the contact pipe is tightly fixed, equipped in the lower part with a multi-blade swirler and a fluid supply unit to the contact zone from the overlying plate, and in the upper part - with a fender in the form of a cap for phase separation. The liquid supply unit is made in the form of a U-shaped tube, one end of which is fixed in the overlying stage canvas, and the other end is in the center of the contact pipe above the swirler, plugged from above and provided with holes on the side surface. Such a constructive solution, according to the authors, contributes to the expansion of the stable operation of the apparatus, reduces inter-tray entrainment and improves mass transfer.
Однако эта тарелка отличается малым временем и поверхностью контакта фаз, а также вторичным уносом капель жидкости из-под сепарационного колпачка, что значительно снижает тепломассообмен, особенно при больших нагрузках по жидкой фазе.However, this plate is characterized by a small time and phase contact surface, as well as secondary entrainment of liquid droplets from under the separation cap, which significantly reduces heat and mass transfer, especially at high loads in the liquid phase.
Известно контактное устройство для тепло-, массообменных и сепарационных процессов, включающее контактный цилиндрический патрубок, вертикально жестко установленный на опорное полотно, выполненное с отверстием для подачи газа, контактный цилиндрический патрубок снабжен средством для подачи жидкости и выполнен с отверстиями - снизу для подачи газа, сверху для его выхода, в верхней части контактного патрубка установлен съемник пленочной жидкости, в контактном патрубке соосно с ним установлен статический лопастный завихритель [патент RU 2647312, B01D 3/30, B01D 45/14, 2017 г.]. Завихритель выполнен многолопастным, вход завихрителя расположен в нижней части контактного патрубка, лопасти завихрителя выполнены каждая в виде удлиненной пластины и веерно расположены под острым углом к оси контактного патрубка с частичным наложением на соседние пластины, наружные боковые кромки лопастей образуют коническую поверхность завихрителя, ориентированную большим основанием вверх, внутренние кромки каждой лопасти выполнены с образованием щелевых зазоров между соседними лопастями, высота конуса завихрителя больше внутреннего диаметра контактного патрубка в 1,2-1,4 раза, суммарное проходное сечение щелевых зазоров между лопастями конического завихрителя составляет 0,9-1,1 внутреннего сечения контактного патрубка, средство для подачи промывочной жидкости расположено ниже завихрителя.A contact device for heat, mass transfer and separation processes is known, including a contact cylindrical pipe, vertically rigidly mounted on a support web, made with a hole for gas supply, a contact cylindrical pipe equipped with a means for supplying liquid and made with holes - from below for gas supply, from above for its exit, a film liquid remover is installed in the upper part of the contact pipe, a static bladed swirler is installed in the contact pipe coaxially with it [patent RU 2647312,
Недостатками являются сложность конструкции и низкая эффективность тепломассообмена при высоких нагрузках по жидкой фазе из-за захлебывания устройства.The disadvantages are the complexity of the design and the low efficiency of heat and mass transfer at high loads in the liquid phase due to flooding of the device.
Известно контактное устройство для тепломассообменного аппарата [патент RU 2780517, МПК B01D 3/30, 2022 г.], включающее цилиндрический патрубок, вертикально жестко установленный на опорное полотно, выполненное с отверстием для подачи газа (пара). Патрубок снабжен перфорированной крышкой для распределения жидкости. Нижняя часть патрубка имеет равномерно расположенные по окружности отверстия для слива жидкости, выше которых до верхнего края патрубка вырезаны, по меньшей мере, восемь равномерно расположенных по окружности вертикальных щелевидных прорезей прямоугольной формы, причем суммарная площадь сечений щелевидных прорезей равна площади внутреннего диаметра патрубка. Отношение высоты патрубка к его внутреннему диаметру составляет от 1,0 до 1,5.A contact device for a heat and mass transfer apparatus is known [patent RU 2780517, IPC
Недостатком аналога является попадание паров (газов) в кольцевое пространство между патрубком и корпусом тепломассообменного аппарата через отверстия для слива жидкости, а также вторичным уносом капель жидкости из этого пространства.The disadvantage of analogue is the ingress of vapors (gases) into the annular space between the pipe and the body of the heat and mass exchange apparatus through the holes for draining the liquid, as well as the re-entrainment of liquid drops from this space.
В качестве прототипа выбрана контактная тарелка для вихревых тепломассообменных аппаратов [патент RU 2152240, МПК B01D 3/26, B01D 3/30, 1996 г.], состоящая из полотна, на котором установлен контактный патрубок с завихрителем в нижней части и отбойником над ним, который снабжен внутренним и внешним цилиндрами и расположен коаксиально контактному патрубку. Полотно снабжено узлами подачи и отвода жидкости с полотна тарелки и подвода жидкости в завихритель. Внутренний цилиндр выполнен с глухим основанием с образованием полости, в которую помещен патрубок подачи жидкой фазы. Нижний срез наружного цилиндра выполнен с отбортовкой, расположенной с зазором к стенке аппарата и полотну с образованием кармана, причем полость этого кармана сообщена с узлом подвода жидкости в завихритель.As a prototype, a contact plate for vortex heat and mass transfer devices was chosen [patent RU 2152240, IPC
Недостатком прототипа является небольшая поверхность контакта фаз, так как взаимодействие газа происходит только со стекающей жидкостью на ступени, что недостаточно эффективно и в результате приводит к увеличению числа тарелок, тем самым повышая металлоемкость тепломассообменной колонны.The disadvantage of the prototype is a small phase contact surface, since the interaction of the gas occurs only with the flowing liquid on the stage, which is not effective enough and as a result leads to an increase in the number of plates, thereby increasing the metal content of the heat and mass transfer column.
Технической проблемой является разработка контактного устройства вихревого типа, в котором устранены недостатки прототипа и аналога.The technical problem is the development of a vortex-type contact device, in which the disadvantages of the prototype and analogue are eliminated.
Технический результат достигается контактным устройством вихревого типа, которое включает закрепленный на полотне цилиндрический контактный патрубок, снабженный внешним цилиндром, расположенным коаксиально контактному патрубку, устройство отвода жидкости с полотна, отбойное устройство. С наружной стороны внешний цилиндр окружен рубашкой с патрубками подачи и отвода промежуточного теплоносителя. Диаметр рубашки составляет от 1,05 до 1,1 наружного диаметра внешнего цилиндра.The technical result is achieved by a vortex-type contact device, which includes a cylindrical contact pipe fixed on the web, equipped with an external cylinder located coaxially to the contact pipe, a device for draining liquid from the web, a fender. From the outside, the outer cylinder is surrounded by a jacket with branch pipes for supplying and removing the intermediate coolant. The jacket diameter is from 1.05 to 1.1 of the outer diameter of the outer cylinder.
Техническим результатом является обеспечение высокой интенсификации процессов тепломассообмена за счет увеличения поверхности контакта сред через разделяющую теплопередающую стенку рубашки, что позволяет увеличить эффективность процессов тепломассообмена при упрощении конструкции и снижении металлоемкости контактного устройства.The technical result is to provide high intensification of heat and mass transfer processes by increasing the contact surface of the media through the separating heat transfer wall of the jacket, which makes it possible to increase the efficiency of heat and mass transfer processes while simplifying the design and reducing the metal consumption of the contact device.
Сущность изобретения поясняется чертежами:The essence of the invention is illustrated by drawings:
- на фиг. 1 изображен продольный разрез варианта компоновки тепломассообменного аппарата с предлагаемым контактным устройством вихревого типа;- in Fig. 1 shows a longitudinal section of a variant of the layout of the heat and mass transfer apparatus with the proposed contact device of the vortex type;
- на фиг. 2 - его поперечный разрез А-А на фиг. 1.- in Fig. 2 is its cross section A-A in FIG. 1.
Контактное устройство вихревого типа (см. фиг. 1, 2) включает полотно 1, цилиндрический контактный патрубок 2, внешний цилиндр 3, расположенный коаксиально контактному патрубку 2, устройство 4 отвода жидкости с полотна 1, отбойное устройство 5. С наружной стороны внешний цилиндр 3 окружен рубашкой 6 с патрубком 7 подачи и патрубком 8 отвода промежуточного теплоносителя. Рубашка 6 представляет собой герметичный объем, примыкающий к наружной стенке внешнего цилиндра 3 по всей высоте, в котором находится промежуточный теплоноситель (в частном случае оборотная вода). Диаметр рубашки 6 составляет от 1,05 до 1,1 наружного диаметра внешнего цилиндра 3, вследствие повышенной скорости промежуточного теплоносителя и достижения больших коэффициентов теплопередачи. Увеличение диаметра рубашки 6 от указанного диапазона ведет к увеличению сопротивления, а уменьшение - к недостаточному поддержанию температуры промежуточного теплоносителя.The contact device of the vortex type (see Fig. 1, 2) includes a
Выше устройства 4 отвода жидкости с полотна 1 контактный патрубок 2 имеет равномерно вырезанные по окружности до верхнего края патрубка 2 вертикальные прорези прямоугольной формы 9 для прохода газа (пара), суммарная площадь которых равна площади внутреннего диаметра контактного патрубка 2 (см. фиг. 2). Причем устройство 4 отвода жидкости представляет собой равномерно расположенные по окружности квадратные отверстия в нижней части патрубка 2 для обеспечения непрерывного отвода жидкости с полотна 1, количество которых совпадает с числом прорезей 9. Опорное полотно 1 имеет гидрозатвор 10, который исключает попадание паров (газов) в кольцевое пространство между патрубком 2 и внешним цилиндром 3 через отверстия для отвода жидкости. Все это расширяет диапазон эффективной устойчивой работы контактного устройства, особенно при повышенных расходах жидкой фазы.Above the
При многоступенчатой компоновке тепломассообменного аппарата контактные устройства вихревого типа устанавливаются по всей высоте на расстоянии друг от друга в необходимом для реализации процесса количестве, образуя между отбойным устройством 5 нижележащего контактного устройства и полотном 1 вышележащего контактного устройства сепарационную зону, где стекающая жидкость разбивается восходящим потоком газа (пара) на отдельные струи и капли.With a multi-stage layout of the heat and mass transfer apparatus, vortex-type contact devices are installed over the entire height at a distance from each other in the amount necessary for the implementation of the process, forming a separation zone between the fender 5 of the underlying contact device and the
Контактное устройство вихревого типа работает следующим образом. Газ (пар) движется снизу вверх и поступает в контактный патрубок 2 через центральное отверстие, выполненное в полотне 1. Далее он движется через прямоугольные прорези 9, резко ускоряясь и разделяясь на два вихря, вращающиеся в противоположные стороны. Таким образом, в кольцевом пространстве между контактным патрубком 2 и внешним цилиндром 3 по всей высоте формируется стабильное вихревое движение.The contact device of the vortex type works as follows. Gas (steam) moves from the bottom up and enters the
Жидкость поступает в контактное устройство сверху на отбойное устройство 5, соударяясь о его поверхность, дробится на капли, а также в виде пленки перераспределяется вниз по стенкам кольцевого пространства между контактным патрубком 2 и внешним цилиндром 3, где встречается с восходящим закрученным потоком газа (пара). Таким образом, из стекающей пленки жидкости по стенкам кольцевого пространства между контактным патрубком 2 и внешним цилиндром 3 под действием газа (пара) срываются отдельные капли и струи жидкости, образуя при этом по всей высоте газо-(паро)жидкостное закрученное течение, которое характеризуется постоянно обновляющейся поверхностью контакта фаз, высокими коэффициентами тепло- и массоотдачи, которые способствуют увеличению эффективности контактного устройства. Далее основная часть распавшейся жидкости под действием центробежных сил отбрасывается к стенке внешнего цилиндра 3, где создается пленочное течение. При этом жидкость, достигая прорезей 9, частично попадает внутрь контактного патрубка 2, где также взаимодействует с восходящим потоком газа (пара). Другая часть жидкости проходит через отверстия для отвода жидкости и отводится из контактного устройства 2, встречая на своем пути по опорному полотну 1 гидрозатвор 10, который предотвращает попадание паров (газов) в кольцевое пространство между патрубком 2 и внешним цилиндром 3 через отверстия для отвода жидкости. Расстояние между полотном 1 и верхней частью прямоугольных отверстий для отвода жидкости равно высоте слоя жидкости на полотне 1.The liquid enters the contact device from above to the fender 5, colliding with its surface, breaks up into drops, and is also redistributed in the form of a film down the walls of the annular space between the
Переливаясь через гидрозатвор 10, жидкость стекает на отбойное устройство 5 нижележащего контактного устройства, встречается в зоне сепарации с восходящими парами, вышедшими из кольцевого пространства между контактным патрубком 2 и внешним цилиндром 3 нижележащего контактного устройства, где происходит отделение газа от жидкости под действием центробежных и гравитационных сил. Отсепарированный поток газа (пара) направляется снизу-вверх в цилиндрический патрубок 2 вышележащего контактного устройства. Также для увеличения поверхности теплообмена в рубашку 6 через патрубок 7 подается промежуточный теплоноситель, поступающий снизу и отводящийся сверху через патрубок 8. Благодаря охлаждению газожидкостного потока при прохождении через стенку, отделяющую рубашку 6 от кольцевого зазора между внешним цилиндром 3 и патрубком 2, значительно интенсифицируются процессы тепломассообмена. При этом за счет закрученного газожидкостного потока постоянно обновляется поверхность контакта фаз, увеличивается время контакта фаз. Высокие удельные тепловые потоки через внешний цилиндр 3 позволяют наиболее эффективно передавать теплоту охлаждающему агенту в рубашке 6 при конденсации паров в кольцевом пространстве.Overflowing through the
Предлагаемое контактное устройство вихревого типа обеспечивает формирование закрученного течения газа (пара) и капель жидкости в вертикальном канале предлагаемого устройства, что формирует высокую интенсивность перемешивания в поперечном сечении устройства, увеличивая эффективность тепло- и массопереноса. При этом проведенные численные исследования показывают, что на внутренней стенке внешнего цилиндра в области закрученных потоков достигаются значения коэффициентов теплоотдачи равной 14747 Вт/(м2⋅K) при средней скорости течения жидкости равной 1 м/с. Таким образом, создание условий для увеличения скоростей движения контактирующих фаз относительно друг друга и непрерывное обновление межфазной поверхности, в том числе и за счет наличия рубашки, способствует повышению тепловой эффективности работы контактного устройства. Наличие гидрозатвора исключает возможность проскока газовой фазы, что расширяет диапазон эффективной работы устройства, особенно при повышенных расходах жидкой фазы и малой нагрузке по газовой. Простота конструкции контактного устройства дает возможность снижения объема и веса тепломассообменных аппаратов. The proposed contact device of the vortex type provides the formation of a swirling flow of gas (vapor) and liquid drops in the vertical channel of the proposed device, which forms a high intensity of mixing in the cross section of the device, increasing the efficiency of heat and mass transfer. At the same time, the numerical studies performed show that on the inner wall of the outer cylinder in the region of swirling flows, the values of heat transfer coefficients equal to 14747 W/(m 2 ⋅K) are achieved at an average fluid flow rate of 1 m/s. Thus, the creation of conditions for increasing the speeds of movement of the contacting phases relative to each other and the continuous renewal of the interfacial surface, including due to the presence of a jacket, contributes to an increase in the thermal efficiency of the contact device. The presence of a hydraulic seal eliminates the possibility of gas phase slippage, which expands the range of effective operation of the device, especially at high liquid phase flow rates and low gas load. The simplicity of the design of the contact device makes it possible to reduce the volume and weight of the heat and mass transfer apparatus.
Предлагаемое контактное устройство вихревого типа обеспечивает интенсификацию процессов тепломассообмена за счет увеличения поверхности контакта сред через разделяющую теплопередающую стенку рубашки, что позволяет увеличить эффективность процессов тепломассообмена. Устройство имеет простую конструкцию и может использоваться в тепломассообменных аппаратах для проведения процессов ректификации, дистилляции, абсорбции, десорбции, экстракции.The proposed contact device of the vortex type ensures the intensification of heat and mass transfer processes by increasing the contact surface of the media through the separating heat transfer wall of the jacket, which makes it possible to increase the efficiency of heat and mass transfer processes. The device has a simple design and can be used in heat and mass transfer apparatus for the processes of distillation, distillation, absorption, desorption, extraction.
Claims (5)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2797870C1 true RU2797870C1 (en) | 2023-06-09 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU498009A1 (en) * | 1974-09-19 | 1976-01-05 | Гродненский Химический Комбинат Им. С.О.Притыцкого | Mass transfer apparatus |
| RU2152240C1 (en) * | 1996-06-18 | 2000-07-10 | Халитов Рифкат Абдрахманович | Contact plate for vortex mass-transfer heat-exchange apparatuses |
| DE10352294A1 (en) * | 2003-11-08 | 2005-06-02 | Julius Montz Gmbh | Thermal separation column, for chemical reactions involving liquid agents, has mixer assembly between feed collector unit and liquid distributor |
| RU2647312C1 (en) * | 2017-04-26 | 2018-03-15 | Гамаль Рафаэльевич Ахсаниев | Contact device for heat, mass-exchange and separation processes, contact branch pipe for it, swirler and liquid supply device for branch pipe |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU498009A1 (en) * | 1974-09-19 | 1976-01-05 | Гродненский Химический Комбинат Им. С.О.Притыцкого | Mass transfer apparatus |
| RU2152240C1 (en) * | 1996-06-18 | 2000-07-10 | Халитов Рифкат Абдрахманович | Contact plate for vortex mass-transfer heat-exchange apparatuses |
| DE10352294A1 (en) * | 2003-11-08 | 2005-06-02 | Julius Montz Gmbh | Thermal separation column, for chemical reactions involving liquid agents, has mixer assembly between feed collector unit and liquid distributor |
| RU2647312C1 (en) * | 2017-04-26 | 2018-03-15 | Гамаль Рафаэльевич Ахсаниев | Contact device for heat, mass-exchange and separation processes, contact branch pipe for it, swirler and liquid supply device for branch pipe |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7601310B2 (en) | Distributor system for downflow reactors | |
| US3997303A (en) | Liquid-gas phase separator having a perforated plate and mist eliminator pad | |
| US3233879A (en) | Fixed centrifugal gas and liquid contacting device | |
| HU215731B (en) | Process and equipment for the contacting of gas and fluid media | |
| CN102802780A (en) | Vapor-liquid contacting apparatuses with vortex contacting stages | |
| US5106544A (en) | Method of and apparatus for vapor distribution | |
| CA1219523A (en) | Apparatus for treating mixtures of liquid and gas | |
| US1821619A (en) | Bubble-cap | |
| RU2797870C1 (en) | Vortex type contact device | |
| RU2791822C1 (en) | Vortex contact device | |
| WO2006059920A1 (en) | Whirling device for carrying out downward phase current physico-chemical processes | |
| RU2780517C1 (en) | Contact device for heat and mass exchanger | |
| JP2020514030A (en) | Contact trays with baffle walls for concentrating low liquid streams and methods involving same | |
| RU2152240C1 (en) | Contact plate for vortex mass-transfer heat-exchange apparatuses | |
| RU2033235C1 (en) | Separation device for mass-exchange apparatus | |
| RU200779U1 (en) | Distribution tray for heat and mass exchangers | |
| RU2071804C1 (en) | Vortex-type mass-exchange column | |
| RU107961U1 (en) | VORTEX STEP FOR CONTACT GAS COOLING | |
| SU1344394A1 (en) | Gas washer | |
| RU177443U1 (en) | DEVICE FOR HEAT AND MASS EXCHANGE PROCESSES | |
| SU1011185A1 (en) | Cyclone froth type scrubber | |
| SU1011194A1 (en) | Mass exchange apparatus | |
| SU969299A1 (en) | Froth-and-vortex apparatus | |
| RU198302U1 (en) | Cap plate | |
| US2321839A (en) | Heating and deaerating of liquids |