ЗАВИХРИТЕЛЬ Российский патент 1998 года по МПК B01D3/30 

Изобретение относится к контактным и сепарационным устройствам и может быть использовано для выделения жидкости из потока газа, контакта жидкости с газом, например, в сеператорах и колоннах газовой, химической и нефтехимической промышленности.

Известен контактный патрубок массообменного аппарата (авт. св. N 498009, кл. B 01 D 3/26, 3/30), внутри которого размещен осевой завихритель в виде лопаток, расположенных радиально с зазором друг к другу под наклоном к оси патрубка.

Недостатком известного завихрителя является то, что живое сечение тем меньше, чем больше угол отклонения лопатки от оси завихрителя. Малое живое сечение завихрителя увеличивает его гидравлическое сопротивление, что ведет к снижению производительности и повышению габаритов и массы аппарата за счет увеличения межтарельчатого расстояния.

Известен также завихритель тангенциального типа (авт.св. N 1274172, кл. B 01 D 3/26), выполненный в виде тангенциальных направляющих на цилиндрическом патрубке, закрытый снизу донышком. Такой завихритель располагается под основанием массообменной тарелки и соединяется соосно с патрубком, расположенным над тарелкой. Живое сечение такого завихрителя за счет увеличения высоты направляющих может быть выполнено равным поперечному живому сечению патрубка, а следовательно, гидравлическое сопротивление его меньше вышерассмотренного осевого завихрителя. Однако тангенциальный завихритель имеет большие габариты и массу, так как лопаточный осевой завихритель может быть расположен непосредственно в патрубке над тарелкой, а тангенциальный завихритель не может быть расположен в патрубке и должен обязательно располагаться на обратной стороне полотна тарелки против патрубка и иметь для обеспечения требуемого живого сечения значительную высоту, что, в свою очередь, увеличивает металлоемкость конструкции и массу аппарата.

Другим недостатком этих устройств является неравномерная подача газового потока по сечению цилиндрического патрубка, так как газ подается через тангенциальные щели в пристенную часть патрубка, в связи с чем конструкция требует секционирования, что усложняет и увеличивает металлоемкость конструкции и массу аппарата.

Эти недостатки частично устранены в завихрителе (авт.св. N 773999, кл. B 01 D 3/30, прототип), который представляет собой комбинацию осевого и тангенциального завихрителя. На донышке патрубка расположены осевые направляющие лопатки, а на цилиндрической части патрубка над тарелкой расположены тангенциальные щели. Эта конструкция обеспечивает живое сечение, равное живому сечению патрубка, и имеет меньшую высоту, чем тангенциальные завихрители, так как часть газа проходит между лопатками, установленными на донышке патрубка, что ведет к снижению высоты тангенциальных направляющих и заполнению центральной части патрубка.

Однако механическое совмещение тангенциального и осевого завихрителей усложняет конструкцию контактного элемента, требуя по сути дела два завихрителя, при этом тангенциальный завихритель имеет еще значительную высоту и должен обеспечивать большую часть живого сечения от живого сечения патрубка, так как живое сечение осевого завихрителя составляет только 30-40 % от живого сечения патрубка. В связи с тем, что при его сечении не обеспечивается требуемая закрутка газового потока, общая высота завихрителя складывается из высоты тангенциального и осевого завихрителей, так как последний обязательно должен быть расположен ниже тангенциального. Разновысотное расположение завихрителей ведет к неравномерной загрузке патрубка и значительным гидравлическим потерям.

Целью изобретения является снижение капитальных и энергетических затрат за счет упрощения конструкции, уменьшения габаритов, а следовательно, и металлоемкости завихрителя, а также за счет снижения его гидравлического сопротивления.

Цель достигается выполнением тангенциальных и осевых направляющих из уголков, расположенных вокруг оси завихрителя, при этом тангенциальные направляющие образованы полками угольника, ориентированными перпендикулярно к основанию тарелки, а осевые направляющие образованы смежными к ним полками, расположенными под углом к полотну тарелки, а также тем, что суммарное живое сечение завихрителя по осевым и тангенциальным направляющим равно сечению устанавливаемого над ним патрубка.

Такое техническое решение позволяет тангенциальные направляющие расположить на той же высоте, что и осевые, так как высота тангенциальных направляющих равна высоте осевых, то есть общая высота завихрителя не равна сумме осевого и тангенциального. Это обеспечивает загрузку завихрителя газом более равномерно на высоте, равной только одному завихрителю, в связи с тем, что наклонные полки нижней поверхностью являются направляющими осевого завихрителя, а верхней поверхностью - ограничителями тангенциальных каналов, то есть два завихрителя имеют общую наклонную плоскость и вследствие этого равную высоту.

Предложенное техническое решение позволяет:
снизить энергозатраты на разделение (сепарацию или массообмен), уменьшая гидравлическое сопротивление завихрителя за счет равномерной подачи газа по сечению отверстия в полотне тарелки и улучшения гидродинамики сложения тангенциальных и осевых потоков;
упростить конструкцию и технологию изготовления завихрителя за счет исключения необходимости выполнения профилированных тангенциальных и осевых щелей, требующих специальной оснастки;
уменьшить высоту завихрителя, расположенного под полотном тарелки, а следовательно, и его металлоемкость.

Заявителю неизвестно из существующего уровня техники снижение гидравлического сопротивления, уменьшение габаритов и металлоемкости, упрощение конструкции и технологии изготовления завихрителя за счет выполнения тангенциальных и осевых направляющих из уголков, расположенных вокруг оси завихрителя, при этом тангенциальные направляющие образованы полками угольника, ориентированными перпендикулярного к основанию тарелки, а осевые направляющие образованы смежными к ним полками, расположенными под углом к полотну тарелки, с обеспечением равномерной загрузки завихрителя газом, что доказывает соответствие заявленного технического решения критерию "изобретательский уровень".

Конструкция завихрителя представлена в аксонометрии на чертеже.

Завихритель укреплен под полотном тарелки 1 под отверстием 2 и представляет собой уголки 3, расположенные вокруг оси отверстия. В данном случае он выполнен из 4-х уголков. Каждый уголок 3 состоит из вертикальной полки 4 и горизонтальной 5. Верхняя кромка полки 4 срезана под углом к горизонтальной полке 5 с целью обеспечения угла ее наклона к полотну тарелки 1. Вертикальная полка 4 уголка 3 укреплена срезанной кромкой на полотне 1 и расположена перпендикулярно полотну тарелки 1 и по касательной к отверстию 2 в полотне тарелки 1. Таким образом, за счет срезанной под углом верхней кромки вертикальной полки 4 горизонтальная полка 5 располагается под углом к полотну тарелки и образует за счет этого наклонные щели 6 для отклонения газового потока в осевом направлении А, а расположение полки 4 по касательной к отверстию 2 образует тангенциальные каналы 7, что позволяет ей отклонять поток в тангенциальном направлении Б. Уголки 3 крепятся к полотну сваркой или любым другим известным способом.

Завихритель работает следующим образом. Поток газа или газожидкостной смеси поступает под полотно тарелки 1, откуда часть потока поступает по направлению Б в тангенциально расположенные каналы 7, создав закрученный поток, а другая оставшаяся часть потока на этой же высоте подается в направлении А в щели 6, расположенные в осевом направлении. Над каждым уголком 3 происходит сложение тангенциальных и осевых закрученных потоков, образуя общий закрученный поток после завихрителя.

Использование: изобретение может быть использовано для выделения жидкости из потока газа, например в сепараторах и колоннах газовой, химической и нефтехимической промышленности. Целью изобретения является снижение капитальных и энергетических затрат за счет упрощения конструкции, уменьшения габаритов, а, следовательно и металлоемкости завихрителя, а также за счет снижения его гидравлического сопротивления. Сущность изобретения заключается в выполнении тангенциальных и осевых направляющих завихрителя из уголков, расположенных вокруг его оси, при этом тангенциальные направляющие образованы полками угольника, ориентированными перпендикулярно к основанию тарелки, а осевые направляющие образованы смежными к ним полками, расположенными под углом к полотну тарелки, при этом суммарное живое сечение завихрителя по осевым и тангенциальным направляющим равно сечению устанавливаемого над ним патрубка. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Завихритель контактно-сепарационных устройств, включающий тангенциальные и осевые направляющие, расположенные под полотном тарелки, отличающийся тем, что он выполнен из уголков, расположенных вокруг оси завихрителя, при этом тангенциальные направляющие образованы полками угольника, ориентированными перпендикулярно к основанию тарелки, а осевые направляющие образованы смежными к ним полками, расположенными под углом к полотну тарелки. 2. Завихритель по п.1, отличающийся тем, что суммарное живое сечение завихрителя по осевым и тангенциальным направляющим равно сечению устанавливаемого над ним патрубка.