Тепломассообменный аппарат Советский патент 1983 года по МПК B01D3/30 

Изобретение относится к химической, нефтехимической, газовой -отраслям промышленности, а также может быть использовано и в других областях народного хозяйства, где осуществляются массо- и теплообменные процессы. Известен аппарат, содержащий корпус, сепарационное и контактное устройства с газоподводящим патрубком в форме трубы Вентури, разделительные наклонные перегородки, помещенные внутри сечения аппарата с конфузором, направляющие поверхности 1 . Недостаток данного аппарата заключается в том, что в газоподводящем патрубке безвозвратно расходуется энергия для преодоления сопротивления дросселирующего устройства - горловины, где легкой фазе сообщается максимальная кинетическая энергия, которая в диффузоре переходит в потенциальную, т.е. в статическое давление. Такая организация гидродинамической обстановки в газоподводящем патрубке типа трубы Вентури не способствует интенсивному обновлению поверхности контактируемых фаз. Известен тепломассообменный аппарат, в котором имеется ударно-диспергирующая лопатка, установленная с возможностью осуществления колебательного движения, имеющая профиль, соответствующий прилегающей к ней поверхности сепарационного и контактного устройства 2. Известен также массо- и теплообменный аппарат ударно-диспергирующего типа, состоящий из цилиндрического корпуса, сепарационного устройства и контактного с направляющими лопатками, патрубков для ввода и вь1вода контактируемых фаз, причем контактное устройство установлено внутри аппарата и выполнено в виде цилиндрической камеры, в которой один конец ограничен стенкой корпуса, а второй выполнен открытым для ввода фаз, лопатки установлены под углом к горизонтальной оси устройства, первая лопатка снабжена вращающейся осью и закреплена в нижней части контактного устройства, вторая лопатка - в его верхней части, а третья закреплена жестко одним концом в торце контактного устройства, вторым - в сепарационном устройстве 3. Недостаток известного аппарата заключается в том, что при осуществлении процесса диспергирования жидкостей или суспензий часть тяжелой фазы попадает на внутреннюю поверхность контактного устройства и в виде пленки, капель движется по ней к ударно-диспергирующей лопатке, поэтому эта часть тяжелой фазы не подвергается гидродинамическому удару и не обеспечивается необходимая межфазная поверхность, поскольку она не диспергируется. Цель изобретения - обеспечение эффективного процесса диспергирования жидкостей, суспензий. Поставленная цель достигается тем, что в массо- и теплообменном аппарате ударно-диспергирующего типа, содержащем корпус, сепарационное устройство и контактное устройство с направляющими лопатками, одна из которых установлена с возможностью вращения, и ударно-диспергирующей лопаткой, установленной в торце контактного устройства, последнее выполнено в виде коаксиальных труб и на внутренней трубе перпендикулярно горизонтальной ее оси по периметру выполнена сквозная щель между свободным концом вращающейся лопатки и концом жестко закрепленной лопатки. Это позволяет организовать гидродинамическую обстановку, при которой всей подаваемой в аппарат тяжелой фазе сообщается скорость за счет кинетической энергии легкой фазы с последующим осуществлением гидродинамического удара с целью получения необходимой межфазной поверхности (дисперсности). Расположение щели между свободным концом вращающейся лопатки и концом жестко закрепленной лопатки обусловлено тем, что в этой области контактного устройства динамический напор потока фаз имеет наибольшее значение, а статический - минимальное, поэтому через щель из межтрубного пространства поступает легкая фаза перпендикулярно основному потоку фаз, вследствие чего обеспечивается поступление тяжелой фазы в основной поток той части, которая движется по внутренне й поверхности контактного устройства. На-фиг. 1 показан аппарат, общий вид; на фиг. 2 - то же, горизонтальная проекция. Тепломассообменный аппарат содержит цилиндрический корпус 1, контактное устройство 2 и сепарационное устройство 3. В нижней части внутри контактного устройства 2 на вращающейся оси 4 жестко закреплена направляющая лопатка 5, в верхней его части жестко закреплена лопатка 6. На внутренней трубе 7 контактного устройства 2 между свободным концом вращающейся лопатки 5 и лопаткой 6 прорезана сквозная щель 8 с высотой не меньщей, чем расстояние до горизонтальной его оси, и перпендикулярно ему. Между трубами 9 и 7 образовано межтрубное пространство 10, через которое осуществляется подача легкой фазы в щель 8. Перпендикулярно горизонтальной оси контактного устройства установлена ударно-диспергирующая лопатка 11. Труба 9 является продолжением контактного устройства и служит для ввода легкой фазы - основного потока - в трубу 7

и межтрубное пространство 10. На трубе 9 в нижней части крышки 12 крепится патрубок 13, который служит для ввода тяжелой фазы.

Сепарационное устройство 3 содержит полукольцо 14, кольцо 15 -и перегородку 16, которые служат для разделения контактируемых фаз (фиг. 2). В нижней части сепарационного устройства 3 по всей его длине укреплен сборник 17, служащий для сбора тяжелой фазы, и патрубок 18 для ее вывода из аппарата. Для выхода легкой фазы из аппарата служит патрубок 19. Со стороны сепарационного устройства укреплен фланец 20, к которому с помощью болтов Крепится крыщка 21.

Аппарат работает следующим образом

В патрубок 9 подают легкую фазу, которая одновременно поступает в межтрубное пространство 10. С помощью лопатки 5, которая вращается вместе с осью 4, устанавливают необходимое сечение для прохода контактируемых фаз.

Тяжелая фаза в виде струи подается и контактное устройство 2 через патрубок 13. Потоки контактируемых фаз, проходя через сечение, установленное лопаткой 5, приобретают необходимую скорость. Здесь же в области щели 8 динамическое давление (скоростной поток) приобретает наибольшее значение, а статическое - минимальное, вследствие этого легкая фаза из межтрубного пространства 10 через щель 8 поступает в контактное устройство 2 перпендикулярно основному потоку фаз. Основное назначение подачи легкой фазы через щель 8, заключается в том, чтобы направлять ту часть тяжелой фазы, которая попадает на внутреннюю поверхность контактного устройства между патрубком 13 и щелью 8, в основной поток фаз, вследствие чего всей тяжелой фазе сообщается необходимая скорость.

В промежутке между направляющими лопатками 5 и 6. за лопаткой 6 по направлению движения потока фаз, вся тяжелая фаза находится внутри легкой фазы, предварительно дробится на капли, которые в свою очередь одновременно получают ускорение за счет кинетической энергии легкой фазы. При этом относительная скорость

потоков фаз приближается к нулю, и линейные скорости выравниваются по абсолютному значению.

Тяжелая фаза после предварительного дробления на капли и ускорения их направляется лопатками 5 и 6 на ударно-диспергирующую лопатку 11.

Вблизи ударно-диспергирующей лопатки 11 давление и плотность легкой фазы увеличивается, кроме того, резко изменяется скорость и направление ее движения. На некотором расстоянии от ударно-диспергирующей лопатки 11 и на самой лопатке относительная скорость фаз принимает максимальное значение или наибольщую величину сложного движения фаз. Здесь же в результате гидродинамического удара ускоренных капель всей тяжелой фазы об уплотненный слой легкой фазы и ударно-диспергирующую лопатку 11 осуществляется интенсивное обновление и увеличение поверхности фаз.

Изменив направление движения, поток диспергированных фаз из контактного устройства 2 направляется в сепарационное устройство 3 для разделения фаз и их вывода из аппарата.

Конструктивная особенность контактного устройства типа труба в трубе с наличием щели на внутренней части патрубка состоит в том, чтобы всей подаваемой тяжелой фазе сообщать необходимую скорость, а затем подвергать ее гидродинамическому удару с целью получения необходимой межфазной поверхности или образования молекулярно-дисперсной системы из гетерогенной. Получение нфбходимой поверхности или молекулярно-дисперсной системы из гетерогенной обеспечит возможность оптимизировать массо- и теплообменные процессы такие, как сорбция, десорбция, распылительная сушка растворов, суспензий, охлаждение и очистка газов и т.д.

Кроме того, предлагаемая конструкция контактного устройства аппарата позволяет создавать гидродинамическую обстановку, при которой кинетическагя энергия фаз в основном направляется на интенсивное обновление и увеличение межфазной поверхности.

ТЕПЛОМАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ ударно-диспергирующего типа-, содержащий корпус, сепарационное устройство и контактное устройство с направляющими лопатками, одна из которых установлена с возможностью вращения и ударнодиспергирующей лопаткой, установленной в торце контактного устройства, отличающийся тем, что, с целью обеспечения эффективного процесса диспергирования жидкостей, суспензий, контактное устройство выполнено в виде коаксиальных труб и на внутренней трубе перпендикулярно горизонтальной ее оси по периметру выполнена сквозная щель между свободным концом вращающейся лопатки и концом жестко закрепленной лопатки. (Л /У со о оо 77