Аппарат с насадкой для тепломассообмена и пылеулавливания

(51) 01 53/20 (2006.01) 01 47/14 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ Поставленная задача решается в аппарате с насадкой для тепломассообмена и пылеулавливания,содержащий корпус, штуцера входа и выхода газа и жидкости, регулярную насадку с шагом, кратным 1,5-4 размерам миделевого сечения тела,насадочными телами, в котором, согласно изобретению, регулярная насадка выполнена в виде трубного пучка с шагом расположения труб в вертикальном и радиальном направлениях равном 2 диаметрам трубы. Концы труб каждого ряда насадки, выходящие за корпус аппарата, могут быть снабжены коллектором для сбора жидкости и штуцером для перелива жидкости на нижерасположенный ряд или концы труб трубного пучка, выходящие за корпус аппарата, с левой и правой стороны могут быть снабжены общими коллекторами, у которых один из коллекторов имеет патрубок для подачи жидкости, а другой коллектор патрубок для ее слива. Кроме того, корпус аппарата может быть выполнен с квадратным поперечным сечением. При шагах расположения труб в трубном пучке в вертикальном и радиальном направлениях равном 2 диаметрам трубы (в полупериодном синфазном режиме) достигаются высокие показатели коэффициентов массотепло-передачи и степени пылеулавливания,происходит снижение материаломкости аппарата,обеспечивается возможность совмещения в одном аппарате различных процессов химической технологии.(72) Волненко Александр Анатольевич Балабеков Оразалы Сатимбекович Корганбаев Бауржан Ногайбаевич Хусанов Жахангир Евадуллаевич Бекибаев Нурмаханбет Сейтмаганбетович(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения ЮжноКазахстанский государственный университет им. М.Ауэзова Министерства образования и науки Республики Казахстан(54) АППАРАТ С НАСАДКОЙ ДЛЯ ТЕПЛОМАССООБМЕНА И ПЫЛЕУЛАВЛИВАНИЯ(57) Изобретение относится к тепломассообменной и пылеулавливающей технике и может найти применение в химической, нефтехимической,нефте-перерабатывающей,пищевой,металлургической, горно-добывающей, целлюлознобумажной промышленностях, преимущественно при осуществлении процессов тепломассообмена и пылеулавливания. Задача изобретения - повышение эффективности аппарата в полупери-одном синфазном режиме за счет раздельного проведения процессов массообмена и теплообмена,теплообмена и пылеулавливания, с возможностью регулирования процесса теплообмена. Изобретение относится к тепломассообменной и пылеулавливающей технике и может найти применение в химической, нефтехимической,нефтеперерабатывающей,пищевой,металлургической, горно-добывающей, целлюлознобумажной промышленностях, преимущественно при осуществлении процессов тепломассообмена и пылеулавливания. Известен кожухотрубный теплообменник(Патент РК 14131 кл. 28 1/04, 2007), состоящий из кожуха с патрубком ввода охлаждаемой среды и патрубком вывода охлажденной среды и охлаждающих труб,расположенных по направлению движения потока охлаждаемой среды с шагом, равным 4-5 диаметрам трубы. Интенсификация процесса теплообмена достигается за счет достижения режима одновременного вихреобразования (синфазного режима) при расположении труб по направлению движения потока охлаждаемой среды с шагом,равным 4-5 диаметрам трубы. Недостатком известного кожухотрубного теплообменника является то,что для интенсификации процесса теплообмена использован периодный режим одновременного вихреобразования. Известно (Балабеков О.С. Физико-химическая гидродинамика и закон о синфазности вихреобразования. - Шымкент, 2001. 277 с.), что при обтекании призматических тел, из-за несимметричного срыва вихрей, возможно дважды достичь режимов одновременного вихреобразования(синфазных режимов) в полупериодном и периодном режимах. Располагая трубы с шагом,равным 4-5 диаметрам трубы, обеспечивается периодный режим одновременного вихреобразования,однако при этом увеличивается высота зоны контакта, растт материаломкость аппарата и его стоимость. Наиболее близким к предлагаемому изобретению является аппарат с насадкой (А.с. СССР 1098117 кл. В 01 53/20, 1984), содержащий корпус, штуцера входа и выхода газа и жидкости, крепжную решетку и гибкие струны с прикреплнными к ним с шагом, кратным 1,5-4 размерам миделевого сечения тела, насадочными телами, причм насадочные тела могут быть выполнены призматическими. Работа аппарата интенсифицируется за счет вихревого взаимодействия потоков, причм это взаимодействие происходит в режиме одновременного вихреобразования. Недостатками известного аппарата является то,что в нем совмещение процессов массообмена и теплообмена, теплообмена и пылеулавливания осуществляется в режиме смешения одним поглотительным раствором, поступающим через ороситель. Отсутствует возможность регулирования процесса теплообмена в контактной зоне. В настоящем изобретении решается задача по разработке конструкции аппарата с насадкой для тепломассообмена и пылеулавливания,обеспечивающая повышение эффективности аппарата в полупериодном синфазном режиме за счет раздельного проведения процессов 2 массообмена и теплообмена, теплообмена и пылеулавливания, с возможностью регулирования процесса теплообмена. Технический результат при использовании предлагаемого изобретения заключается в достижении высоких показателей коэффициентов массотеплопередачи и степени пылеулавливания при меньших шагах расположения обтекаемых элементов в вертикальном направлении (в полупериодном синфазном режиме), снижении материалоемкости аппарата,возможности совмещения в одном аппарате различных процессов химической технологии. Поставленная задача решается в аппарате с насадкой для тепломассообмена и пылеулавливания,содержащий корпус, штуцера входа и выхода газа и жидкости, регулярную насадку с шагом, кратным 1,5-4 размерам миделевого сечения тела,насадочными телами, в котором, согласно изобретению, регулярная насадка выполнена в виде трубного пучка с шагом расположения труб в вертикальном и радиальном направлениях равном 2 диаметрам трубы. Концы труб каждого ряда насадки, выходящие за корпус аппарата, могут быть снабжены коллектором для сбора жидкости и штуцером для перелива жидкости на нижерасположенный ряд или концы труб трубного пучка, выходящие за корпус аппарата, с левой и правой стороны могут быть снабжены общими коллекторами, у которых один из коллекторов имеет патрубок для подачи жидкости, а другой коллектор патрубок для ее слива. Кроме того, корпус аппарата может быть выполнен с квадратным поперечным сечением. На фиг.1 изображен общий вид аппарата с насадкой и раздельными коллекторами для сбора и перелива жидкости на нижерасположенный ряд насадки на фиг.2 - фрагмент корпуса аппарата с насадкой и общими коллекторами, один из которых для подачи жидкости, а другой для ее слива на фиг.3 - разрез А-А корпуса аппарата круглого поперечного сечения на фиг.4 - разрез А-А корпуса аппарата квадратного поперечного сечения. Аппарат с насадкой для тепломассообмена и пылеулавливания включает корпус 1, штуцеры 2 и 3,соответственно для ввода и вывода газа, ороситель 4 для ввода свежей жидкости и патрубок 5 для слива отработанной жидкости. Трубная насадка состоит из труб 6, выходные концы которых снабжены коллекторами 7. Коллекторы 7 соединены послойно в шахматном порядке штуцерами 8. Для подачи теплоносителя в верхний слой трубного пучка служит патрубок 9, а для его слива патрубок 10. При изготовлении аппарата с трубным пучком,имеющим общие коллекторы, концы труб соединены с левым 11 и правым 12 коллекторами. Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показывает,что заявляемое устройство отличается от известного новой конструкцией насадки, которая представляет собой трубный пучок, состоящий из регулярно расположенных труб в объме рабочей зоны с шагами расположения в вертикальном и радиальном направлениях равным 2 диаметрам трубы. Концы труб снабжены раздельными или общими коллекторами. Кроме того, корпус аппарата может быть выполнен с квадратным сечением. Аппарат с насадкой для тепломассообмена и пылеулавливания работает следующим образом. Газовый поток, поступающий на очистку,подается через штуцер 2. Взаимодействие газа и жидкости,подаваемой через ороситель 4,происходит в противоточном режиме в объме насадочной зоны, представляющей собой пучок труб 6, с шагами расположения в вертикальном и радиальном направлениях, равным 2 диаметрам трубы. Расположение труб с указанными шагами приводит к тому, что создатся полупериодный режим одновременного вихреобразования(синфазный режим) взаимодействия вихрей,образующихся за трубами. Этот режим характеризуется совпадением времени образования вихрей за трубами и временем движения образованных вихрей за цепочкой труб,расположенных по ходу движения газового потока. В момент подлета происходит взаимодействие подлетевших и завершивших цикл формирования вихрей за трубами. В результате такого взаимодействия суммарная мощность вихрей увеличивается, что позволяет совершить большую работу по дроблению орошающей жидкости и созданию высокоразвитой межфазной поверхности. В трубном пучке движется теплоноситель,подача которого осуществляется по схеме патрубок 9 - коллектор 7 - трубы 6 - коллектор 7 - штуцер 8,далее нижерасположенные слои труб и вывод теплоносителя через патрубок 10. Выполнение контактного устройства в виде пучка труб, расположенных поперек движению газожидкостного потока, дат дополнительные преимущества, так как в этом случае возможен подвод тепла непосредственно в зону контакта фаз или отвод из нее, что является обязательным условием эффективного проведения многих тепломассообменных процессов и хемосорбции. Очищенный газовый поток выводится из аппарата через штуцер 3, а отработанная жидкость стекает через патрубок 5. Изготовление аппарата с трубной насадкой, у которого концы труб 6 каждого ряда насадки,выходящие за корпус аппарата, снабжены коллектором 7 для сбора жидкости и штуцером 8 для перелива жидкости на нижерасположенный ряд,позволяет организовать последовательное движение теплоносителя от точки ввода к точке вывода через слои труб по высоте контактной зоны аппарата(фиг.1). При этом, в случае нагрева газожидкостного слоя, горячий теплоноситель, поступающий в верхний слой труб отдает тепло холодной жидкости,подаваемой через ороситель 4, и, наоборот, в случае охлаждения газожидкостного слоя холодный теплоноситель на верхнем слое труб принимает тепло орошающей жидкости. При движении теплоносителя от слоя к слою труб можно обеспечить максимальный теплосъм передаваемого тепла в объме контактной зоны. В зависимости от заданных условий величину теплосъема можно регулировать количеством слоев труб, при условии обеспечения максимальной эффективности проводимого процесса в контактной зоне(абсорбции, пылеулавливания и т.д.). Изготовление аппарата с трубной насадкой, где концы труб 6 трубного пучка, выходящие за корпус аппарата, с левой и правой стороны снабжены общими коллекторами 11 и 12, у которых один из коллекторов имеет патрубок 9 для подачи жидкости,а другой патрубок 10 для ее слива позволяет организовать мягкий режим теплосъма (фиг.2). В этом случае, левый и правый коллекторы представляют собой мкости,в которых теплоноситель осуществляет циркуляционное движение. В результате этого температура по слоям труб выравнивается и происходит практически одинаковый,в количественном отношении теплосъм на каждом из слоев труб. Здесь, также,величину теплосъма можно регулировать количеством слоев труб. Выполнение корпуса аппарата с квадратным поперечным сечением позволяет произвести унификацию деталей трубного пучка, т.е. обеспечить равенство длин труб, составляющих слои трубчатой насадки, а, следовательно, и равенство теплопередающей поверхности труб. Это позволяет выполнить аппарат с трубчатой насадкой более компактным. Преимуществами предложенного технического решения по сравнению с прототипом являются- достижение более высоких коэффициентов массотеплопередачи,констант скоростей химических реакций или степени пылеулавливания за счет регулирования температурного режима газожидкостного слоя в контактной зоне аппарата- снижение высоты контактной зоны за счет проведения процессов в полупериодном режиме одновременного вихреобразования, позволяющим уменьшить шаг расположения труб в вертикальном направлении и снизить материалоемкость аппарата- возможность совмещения в одном аппарате различных процессов химической технологии. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Аппарат с насадкой для тепломассообмена и пылеулавливания, содержащий корпус, штуцера входа и выхода газа и жидкости, регулярную насадку с шагом, кратным 1,5-4 размерам миделевого сечения тела, насадочными телами,отличающийся тем, что регулярная насадка выполнена в виде трубного пучка с шагом расположения труб в вертикальном и радиальном направлениях равном 2 диаметрам трубы. 2. Аппарат с насадкой по п.1, отличающийся тем, что концы труб каждого ряда насадки,выходящие за корпус аппарата, снабжены коллектором для сбора жидкости и штуцером для перелива жидкости на нижерасположенный ряд. 3. Аппарат с насадкой по п.1, отличающийся тем, что концы труб трубного пучка, выходящие за корпус аппарата, с левой и правой стороны 3 снабжены общими коллекторами, у которых один из коллекторов имеет штуцер для подачи жидкости, а другой штуцер для ее слива. 4. Аппарат с насадкой по п.1, отличающийся тем, что корпус аппарата выполнен с квадратным поперечным сечением.