КОНТАКТНЫЙ АППАРАТ Российский патент 1998 года по МПК B01F7/00 B01F5/16 

Изобретение относится к струйной технике, предназначенной для выполнения процессов, связанных с осуществлением контактирования различных сред, например, жидкость-жидкость, жидкость-газ, жидкость-твердое вещество и т.п. Оно может быть использовано в химической, нефтяной, газовой, пищевой, фармацевтической и других смежных с ними отраслях промышленности.

Известно устройство для контакта [1], содержащее цилиндрический корпус с патрубками подвода и отвода, внутри которого размещены вал с закрепленным на нем диском, на торцевой поверхности которого размещены кавитаторы, выполненные в виде лопастей клиновидной формы, при этом передние по направлению вращения поверхности кавитатора расположены на поверхности соответствующей рабочей поверхности лопатки центробежного насоса.

Признаками, совпадающими с существенными признаками заявляемого изобретения являются: корпус с патрубками подвода и отвода, размещенный внутри корпуса диск.

При вращении в жидкости выполненного таким образом устройства образуется устойчивая область кавитации, при которой происходит интенсивное перемешивание и контакт взаимодействующих в несущей жидкости веществ.

Однако в области кавитации продолжительное время находятся клиновидные лопатки диска и частично вал устройства. Под действием кавитации материал, из которого выполнены указанные детали, разрушается и контактирует с взаимодействующими веществами, что для многих технологических процессов химического, пищевого, фармацевтического и других производств недопустимо.

Известен роторно-пульсационный аппарат для осуществления процесса контакта в жидкотекущих средах [2], содержащий корпус с входным и выходным каналами. В корпусе размещен ротор, состоящий из основания и диска с установленными на нем радиальными лопатками, коаксиальными цилиндрами с проточными каналами. Ротор расположен внутри статора, в котором размещены коаксиальные цилиндры с проточными каналами, причем коаксиальные цилиндры выполнены в виде набора примыкающих друг к другу цилиндрических элементов с проточными каналами, образующими в наборе каналы ступенчатого профиля.

Признаками, совпадающими с существенными признаками заявляемого изобретения являются корпус с входным и выходным каналами, размещенный внутри корпуса ротор, состоящий из основания с диском.

В результате того, что в известном аппарате при его работе генерируются случайные интенсивные вихревые отрывные течения и акустические колебания различной частоты и мощности, возможно возникновение при различных режимах работы резонансных колебаний и, как следствие, усталостных напряжений его движущихся частей, в частности ротора и его лопаток, приводящих к разрушению последних. В результате снижается надежность аппарата.

Кроме того, при работе известного аппарата из-за лабиринтноподобного выполнения и ступенчатого расположения в коаксиальных цилиндрах статора и ротора каналов последние забиваются твердыми частицами веществ, особенно, если эти частицы содержат смолистые и вязкие вещества. В результате забивания твердыми частицами каналов, проходное сечение последних уменьшается, при этом снижается производительность и эффективность работы аппарата. Возможно также полное залипание этих каналов и прекращение работы аппарата. Поэтому данный аппарат не может быть эффективно использован для жидкотекущих сред, содержащих смолистые и вязкие включения вещества, т.е. аппарат имеет узкий диапазон эффективной работы.

Изобретение позволяет повысить надежность аппарата, расширить диапазон эффективной работы с различными средами.

Это достигается тем, что в известном контактном аппарате, содержащем корпус с входным и выходным каналами, внутри которого размещен ротор, состоящий из основания с диском, входной канал снабжен цилиндрическим коллектором, размещенным внутри основания ротора, при этом на цилиндрической поверхности коллектора выполнено не менее двух противоположно направленных сквозных отверстий.

В роторе в плоскости расположения диска выполнены противоположно направленные радиальные каналы, количество которых равно или превышает количество отверстий в коллекторе и последние расположены в плоскости радиальных каналов.

Кроме того, ротор имеет более одного диска, при этом отверстия коллектора, соответственно расположенные в плоскости очередного диска, сдвинуты относительно отверстий коллектора, расположенных в плоскости предыдущего диска в шахматном или ступенчатом порядке.

Кроме того, диск ротора по периметру снабжен козырьком, расположенным над радиальными каналами. При этом к козырьку под тупым углом присоединен плоский сепарирующий элемент, выполненный, например, из фильтрующего материала.

Кроме того, в диске ротора выполнены сквозные отверстия, пересекающие радиальные каналы.

Заявляемая совокупность признаков позволяет равномерно подводить к ротору контактирующие среды, что обеспечивает гидравлическую разгрузку последнего, вращение его без перекосов и заклиниваний, и, как следствие, повышает надежность работы аппарата в целом.

Кроме того, в заявляемом контактном аппарате обеспечивается интенсивное перемешивание сред в ускоряющемся под действием центробежных сил в турбулентном потоке жидкости, при этом в каждом гладкостенном радиальном канале ротора контактирующие среды подвергаются организованным чередующимся процессам гидравлического разрыва и сжатия, в результате происходит эффективный контакт рабочих сред. Причем осуществляемый таким образом процесс контакта сред позволяет обеспечить эффективное контактирование сред в различных комбинациях и с различными свойствами, в том числе сред, содержащих смолистые и вязкие включения.

Кроме того, контактирующие среды в виде турбулентных струй подвергаются дополнительно действию удара о стенки корпуса, при этом происходит также интенсивное перемешивание контактирующих веществ, такое двойное интенсивное перемешивание обеспечивает эффективный контакт сред при надежной работе аппарата.

Заявляемая совокупность признаков позволяет осуществлять в аппарате эффективный контакт жидкости и газа, за счет обеспечения поступления газа непосредственно в турбулентный поток жидкости, а также жидкости и твердого вещества, обеспечивая при необходимости разделение получаемых после контакта сред.

На фиг. 1 и 2 представлен контактный аппарат, выполненный для осуществления контакта жидкость-жидкость и его сечение 1-1; на фиг. 3 - контактный аппарат, выполненный для случая использования его для контакта жидкость-газ; на фиг. 4 - контактный аппарат, выполненный для случая использования его для контакта жидкость-твердое вещество.

Контактный аппарат содержит корпус 1 с входным и выходным каналами 2, 3 соответственно. Внутри корпуса 1 размещен установленный на валу и снабженный приводом (не показано) ротор 4, состоящий из основания 5 и диска 6.

Входной канал 2 снабжен цилиндрическим коллектором 7, который размещен в основании 5 ротора 4. Одним из вариантов размещения коллектора 7 может быть вариант, представленный на фиг. 1, т.е. в основании 5 выполнен паз, соразмерный коллектору 7. При этом коллектор 7 размещен в основании 5 ротора 4 с зазором между сопрягаемыми поверхностями коллектора и паза основания 5, исключающем течение в последнем жидкой среды. Кроме того, в зависимости от технологической необходимости между сопрягаемыми поверхностями устанавливаются уплотнения, герметизаторы и т.п.

На цилиндрической поверхности коллектора 7 выполнено не менее двух противоположно направленных сквозных отверстий 8. В роторе 4 в плоскости расположения диска 6 выполнены противоположно направленные радиальные каналы 9. При этом входное отверстие канала 9 находится на поверхности паза основания 5 ротора 4, а выходное отверстие канала 9 - в торце диска 6. Сечение канала 9 может быть выполнено равным по всей его длине или сечение может быть выполнено увеличивающимся к торцу диска 6. Количество каналов 9 равно или превышает количество отверстий 8 в коллекторе 7. Отверстия 8 и каналы 9 расположены в одной плоскости, т.е. центральные оси этих отверстий и каналов находятся в одной плоскости.

В зависимости от технологических потребностей ротор 4 может иметь более одного диска 6 фиг. 1. В этом случае отверстия 8а, соответственно расположенные в плоскости очередного диска 6а, сдвинуты относительно отверстий 8, расположенных в плоскости предыдущего диска 6 в шахматном или ступенчатом порядке.

В случае использования аппарата для осуществления контакта между жидкостью и газом (фиг. 2) в диске 6 ротора 4 выполняются сквозные отверстия 10, которые пересекают радиальные каналы 9. При этом ось отверстия 10 образует с осью канала 9 острый угол α . В корпусе 1 выполняется отсек для газа 11, например, представляющий собой два соосных цилиндра, установленных с зазором относительно друг друга, внутри отсека расположен ротор 4, при этом торец диска 6 расположен в этом зазоре. Отсек имеет патрубок входа газа 12. Корпус 1 имеет камеру сепарации газа 13 с выходом газа 14 и выхода отсепарированной жидкости 15.

В случае использования аппарата для осуществления контакта жидкость-твердое вещество диск 6 по периметру снабжен козырьком 16 (фиг. 3). К козырьку 16 под тупым углом β присоединен плоский сепарирующий элемент 17. Элемент 17 может быть выполнен из фильтрующего материала, пакета рукавной сетки и т.п.

В корпусе 1 устанавливается короб для сбора твердой среды 18 с патрубками ее выхода 19.

Контактный аппарат работает следующим образом.

Ротор 4 приводится во вращение приводом. Две жидкости, например, углеводородный конденсат и диэтиленгликоль подаются через входной канал 2 в коллектор 7 и далее через отверстия 8 в радиальные каналы 9 при совмещении отверстий 8 с входным отверстием канала 9 при вращающемся роторе 4. За счет центробежной силы обе жидкости разгоняются в радиальных каналах 9. При перемещении канала 9 в положение, когда входное отверстие канала перекрывается цилиндрической поверхностью коллектора 7, на которой отсутствует отверстие 8, поток контактирующих сред подвергается за счет центробежных сил гидравлическому разрыву, происходит интенсивный контакт сред.

А затем при дальнейшем вращении ротора 4 и совмещении отверстий 8 с входным отверстием канала 9 поступает с ускорением в канал следующая порция контактирующих сред, за счет чего происходит сжатие предыдущей порции контактирующих сред и как следствие интенсификация процесса контакта.

Далее турбулентные струи сред, выходя из каналов 9, ударяются о стенку корпуса 1, происходит надежное интенсивное перемешивание контактирующих веществ. Затем жидкости стекают в нижнюю часть корпуса 1, откуда удаляются в зависимости от технологических требований или одним потоком через канал 2, или после расслоения под действием гравитационных сил двумя потоками.

В случае осуществления процесса контактирования между жидкостью и газом (фиг. 2) жидкость подается в аппарат через канал 2 и коллектор 7, а газ подается через патрубок 12 в отсек 11 и далее через отверстия 10 в каналы 9, где осуществляется процесс контакта в режиме, описанном в первом случае. При выходе контактирующих сред в камеру 13 турбулизированная струя ударяется о стенку корпуса, при этом происходит сепарация газа, который выходит через патрубок 14, а жидкость через патрубок 15.

В случае осуществления процесса контактирования между жидкостью и твердым веществом (фиг. 3) они подаются через патрубок 2 в коллектор 7, а затем через отверстия 8 в радиальные каналы 9, где осуществляется процесс контакта в режиме, описанном в первом случае. При выходе из каналов 9 турбулизированная смесь направляется козырьком 16 на сепарирующий элемент 17, при этом жидкость, проходя его, удаляется через канал 3, а твердое вещество, сползая по стенкам короба 18, удаляется через патрубок 19.

Использование: процессы, связанные с осуществлением контактирования различных сред и может быть использовано в химической, нефтяной, газовой, пищевой фармацевтической и других смежных с ними отраслях промышленности. Сущность изобретения: контактный аппарат содержит корпус с входным и выходным каналами, внутри которого размещен ротор, состоящий из основания с диском. Входной канал снабжен цилиндрическим коллектором, размещенным, внутри основания ротора, при этом на цилиндрической поверхности коллектора выполнено не менее двух противоположно направленных сквозных отверстий. В роторе в плоскости расположения диска выполнены противоположно направленные радиальные каналы. Количество каналов равно или превышает количество отверстий в коллекторе, и последние расположены в плоскости радиальных каналов. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Контактный аппарат, содержащий корпус, внутри которого размещен ротор, состоящий из основания с диском, входной и выходной каналы, отличающийся тем, что входной канал снабжен цилиндрическим коллектором, размещенным внутри основания ротора, при этом на цилиндрической поверхности коллектора выполнено не менее двух противоположно направленных сквозных отверстий, а в роторе в плоскости расположения диска выполнены противоположно направленные радиальные каналы, количество которых равно или превышает количество отверстий в коллекторе, последние расположены в плоскости радиальных каналов. 2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что ротор имеет более одного диска, при этом отверстия коллектора, соответственно расположенные в плоскости очередного диска, сдвинуты относительно отверстий коллектора, расположенных в плоскости предыдущего диска, в шахматном или ступенчатом порядке. 3. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что диск ротора по периметру снабжен козырьком, расположенным над радиальными каналами, при этом к козырьку под тупым углом присоединен плоский сепарирующий элемент, выполненный, например, из фильтрующего материла. 4. Аппарат по пп.1 и 2, отличающийся тем, что в диске ротора выполнены сквозные отверстия, пересекающие радиальные каналы.