ЖИДКОСТНО-ГАЗОВЫЙ СТРУЙНЫЙ АППАРАТ Российский патент 2003 года по МПК F04F5/02 

Изобретение относится к гидро-газодинамическому оборудованию, а именно к эжекторным установкам, и может быть использовано в теплоэнергетике, нефтеперерабатывающей, химической промышленности, а также в других отраслях промышленности, где необходимо использовать смешение жидкости и газа.

Известен жидкостно-газовый струйный аппарат (RU, патент 2107841, F 04 F 5/02, 1998), содержащий активное жидкостное сопло, камеру смешения и диффузор, причем площадь минимального сечения камеры смешения составляет от 0,1 до 7,98 площадей минимального сечения активного жидкостного сопла.

Известный струйный аппарат имеет невысокий коэффициент полезного действия из-за невысокой организации смешения пассивного газа и потока активной жидкости.

Известен также жидкостно-газовый струйный аппарат (RU, патент 2113629, F 04 F 5/02,1998), содержащий сопло подвода активной жидкой среды и камеру смешения, причем сопло подвода активной среды выполнено с центральным и периферийным кольцевыми стволами подачи активной жидкой среды, а суммарная площадь выходного сечения сопла подвода активной среды задана соотношением площади выходного сечения центрального ствола сопла и площади минимального сечения камеры смешения.

Известный струйный аппарат имеет невысокий коэффициент полезного действия из-за плохой организации смешения пассивного газа и потока активной жидкости.

Известен также жидкостно-газовый эжектор (US, патент 2382391, F 04 F 5/02, 1945), содержащий распределительную камеру с соплами, приемную камеру, камеры смешения и сбросную камеру, причем каждая камера смешения установлена соосно относительно своего сопла.

Известный струйный аппарат имеет невысокий коэффициент полезного действия из-за плохой организации смешения пассивного газа и потока активной жидкости.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является жидкостно-газовый струйный аппарат (US, патент 2632597, F 04 F 5/02, 1953). Известный аппарат содержит корпус, в котором может быть установлено одно и более одного сопла, такое же количество диффузоров и камер смешения.

Известный струйный аппарат имеет невысокий коэффициент полезного действия из-за плохой организации смешения пассивного газа и потока активной жидкости.

Проведенные исследования показали, что вышеприведенные жидкостно-струйные аппараты не обеспечивают требуемую производительность и коэффициент полезного действия, из-за плохой организации перемешивания сред (активной и пассивной).

Техническая задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в уменьшении энергетических затрат на создание активного потока.

Технический результат, получаемый при реализации вышеприведенной технической задачи, состоит в уменьшении энергетических затрат на создание активного потока за счет частичной конденсации фракций газов в пассивном потоке.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать теплообменник, понижающий температуру пассивного потока. При этом часть газов, входящих в состав пассивного потока, конденсируется и отводится из теплообменника, соответственно, расход пассивного газа уменьшается и для его сжатия в эжекторе требуется меньший расход активной жидкости.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать жидкостно-газовый струйный аппарат, содержащий сопловой блок с, по меньшей мере, одним соплом и, по меньшей мере, одну первичную камеру смешения, расположенную соосно перед и, по меньшей мере, частично вокруг каждого из указанных сопел, вторичную камеру смешения, вход которой расположен перед выходами первичных камер смешения, а выход совмещен с входом диффузора, и приемную камеру, в которой размещены сопла соплового блока, первичные камеры смешения и вход вторичной камеры смешения, причем перед подводящим каналом пассивного потока установлено теплообменное устройство, понижающее температуру пассивного потока. Теплообменное устройство может содержать более одного последовательно установленного блока. В этом случае первый блок обычно понижает температуру пассивного потока до 0^oС и конденсирует влагу. Следующий блок при этом понижает температуру пассивного потока до -40^oС и конденсирует ряд фракций пассивного потока в случае применения предложенной конструкции в химическом, нефтехимическом и нефтеперерабатывающем оборудовании.

Как показали проведенные исследования, организация процесса перемешивания активной (эжектирующей) и пассивной (эжектируемой) сред существенным образом влияет на коэффициент полезного действия жидкостно-газового струйного аппарата. Внедрение же в поток пассивного газа мелкодисперсных частиц жидкости, которые образуются при конденсации части пассивного потока, значительно улучшает процесс перемешивания активной и пассивной сред. Этот факт подтвержден экспериментами. При конденсации более 10% пассивного потока (по массе) жидкая фракция сепарируется в теплообменнике и отводится из него. В этом случае на оставшийся поток пассивного газа требуется, соответственно, меньший расход активного потока.

Изобретение в базовом варианте иллюстрировано чертежом, на котором использованы следующие обозначения: подводящий канал 1 активного потока, подводящий канал 2 пассивного потока, теплообменное устройство 3, сопловой блок 4, приемная камера 5, камера 6 смешения, диффузор 7.

Предлагаемое устройство в базовом варианте работает следующим образом: струя активной жидкости из каждого сопла 4 соплового блока 1 попадает в камеру смешения 3, где происходит разбиение и перемешивание с пассивным газом и мелкодисперсной жидкой фазой, поступающим в приемную камеру 5 из теплообменного аппарата 3 и подводящего канала пассивного потока 2. Поток жидкости и газа поступает в камеру смешения 6, где происходит перемешивание потоков, выравнивание скоростей и повышение давления смеси. Далее поток поступает в диффузор 7, где происходит дальнейший рост давления.

В дальнейшем возможности предложенного устройства будут иллюстрированы следующими экспериментально полученными данными.

Применительно к откачиваемому потоку газов разложения вакуумной колонны с температурой t=40^oC, являющихся пассивным потоком, теплообменное устройство, установленное перед эжектором, позволяет сконденсировать часть фракций газов разложения, что позволяет повысить КПД эжектора. В таблице приведены экспериментально полученные значения.

Как видно из приведенных сведений, теплообменное устройство позволяет уменьшить расход пассивного потока от 13 до 50,9% за счет сепарации жидкой фазы пассивного газа. На столько же можно уменьшить расход и активной жидкости и через эжектор. При более высокой температуре в теплообменном устройстве процент сконденсированной фазы будет ниже. В этом случае жидкая фаза будет направляться в эжектор и повышать его к.п.д., по результатам экспериментов, от 6 до 11%.

При использовании предложенного устройства повышение коэффициента полезного действия относительно устройства, использованного в качестве ближайшего аналога, составляет 6÷11%.

Аппарат предназначен для смешения жидкости и газа. Аппарат содержит не менее одного сопла, подводящие каналы активного и пассивного потоков, камеры смешения и диффузор, при этом он содержит сопловой блок с, по меньшей мере, одним соплом, по меньшей мере, одну первичную камеру смешения, расположенную перед и, по меньшей мере, частично вокруг каждого из указанных сопел, вторичную камеру смешения, вход которой расположен перед выходами первичных камер смешения, а выход совмещен с входом диффузора, и приемную камеру, в которой размещены сопла соплового блока, первичные камеры смешения и вход вторичной камеры смешения, причем перед подводящим каналом пассивного потока установлено теплообменное устройство, понижающее температуру пассивного потока. Технический результат - повышение КПД. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

1. Жидкостно-газовый струйный аппарат, содержащий не менее одного сопла, подводящие каналы активного и пассивного потоков, камеры смешения и диффузор, отличающийся тем, что он содержит сопловой блок с, по меньшей мере, одним соплом, по меньшей мере, одну первичную камеру смешения, расположенную перед и, по меньшей мере, частично вокруг каждого из указанных сопел, вторичную камеру смешения, вход которой расположен перед выходами первичных камер смешения, а выход совмещен с входом диффузора, и приемную камеру, в которой размещены сопла соплового блока, первичные камеры смешения и вход вторичной камеры смешения, причем перед подводящим каналом пассивного потока установлено теплообменное устройство, понижающее температуру пассивного потока. 2. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что теплообменное устройство содержит более одного блока, причем блоки установлены последовательно.