Тепломассообменный аппарат Советский патент 1987 года по МПК B01D3/30 

113

Изобретение относится к конструкциям роторных вихревых аппаратов для проведения тепломассообменных процессов в пленке и капле, мокрой очистки газов от пыли и может применяться в химической, нефтегазовой, металлургической отраслях промыпшенности.

Цель изобретения - и})тенсификация процесса массообмена за счет увеличения поверхности контакта.

Иа фиг. 1 изображен теплом ссооб- менный аппарат, продольньй разрез; на фиг. 2 - участок распределяющего устройства с входами для газа, вид сверху; на фиг. 3 - траектория капли движущейся в процессе работы аппарата.

Тепломассообменный аппарат содержит корпус 1 с патрубками входа 2 и выхода 3 жидкости, входа 4 и выхода 5 газа. В корпусе 1 установлен полый вал 6, на котором укреплена тарелка 7, ля которой радиально установлены контактные трубки 8. Внутри последних укреплены винтовые завихрители 9 а также распределяющее устройство 10 для газа с входами в каждую контактную трубку. На валу 6 выполнено рас- преде:1яющее устройство 1 1 ддя жидкости с входами в каждую контактную трубку.

Тепломассообменный аппарат работает следующим образом.

При вращении вала 6 приходит во

вращение укрепленная на нем тарелка 7. 35 ряется о неровности стенок трубок.

Котактпые трубки 8, установленные на пей, соприкасаясь с корпусом 1, начииан)т вращаться вокруг собственных осей. При этом они вращаются и вокруг оси вала. Жидкость подается по патрубку 2 входа и по полому валу 6 направляется в распределяющее устройство 11 для жидкости с отводами для питания каждой трубки, орошая при этом каждую из них. Газ по патрубку 4 входа подается в распредели- тельн(5е устройство 10 для газа и также вводится в каждую трубку. При движении по контактным трубйам9 от периферии аппарата к его центру газ закручинаится винтовыми завихрителя- мп 9. Капли жидкости при этом движутся ианст)ечу газовому потоку по вин- TonoJ jniHHH, изогнутой по спирали Архимеда. При организованном таким образом противотоке фаз происходит и интепсивиы1 | нассообиен между каплями жлдк(и: |П1 и i-asciM.

5

0

5

0

Жидкость выходит из контактных трубок 8 и выводится из аппарата по патрубку 3 выхода жидкости. Газ выводится из аппарата по патрубку 5. Это достигается за счет увеличения контакта фаз, так как процесс массообмена ведется при максимальной поверхности контакта фаз - между каплями жидкости и газом. Как и в устройстве -прототипе в предлагаемом аппарате массообмен происходит при противоточном движении фаз. Капли жидкости подаются распределителем в контактные трубки, которые вращаются вокруг собственных осей и оси вала. При этом на капли действуют две центробежные силы - от вращения контактных трубок вокруг оси вала и относительно собственных осей.

Капли жидкости, прижимаясь к стенкам трубок, начинают вращаться вместе с ними. Под действием центробежной силы от вращения трубок относительно собственных осей капли, прижатые к стенкам трубок, деформируются, теряют сферическую форму, но не расплываются в пленку, так как поверхность трубок выполнена несмачиваемой.

Под действием центробежной силы от вращения трубок вокруг оси вала капли движутся в радиальном направлении к выходу из трубок. При этом капля несферической формы постоянно уда

меняет свою форму, что положительно, сказывается на внутреннем перемешивании капли. Это ведет к тому, что поверхность раздела фаз постоянно обновляется, а это способствует повышению интенсивности процесса массообмена.

В результате одновременного действия указанных центробежных сил капли движутся по сложным траекториям, представляющим собой винтовые линии, изогнутые по спирали Архимеда.

Газ, подаваемый через распределитель в трубки, движется, раскручиваясь завихрителями, навстречу каплям по сложной траектории - по винтовой линии, изогнутой по спирали Архимеда, При этом наблюдается интен- сивный контакт между газовой и жидкой фазами, причем при противоточном их движении. Время контактирования получается очень большим, так как дли313

на пути, проходимого каплей, составляет при определенных режимах течения процесса нескольких сот метров при сравнительно небольших размерах аппарата. Пройдя такой путь при им- тенсивном контакте с газом в условиях противотока, капли полностью обновляются по составу.

Одна ступень контакта, таким образом, может заменить несколько ступе- ней контакта в устройстве-прототипе, Это ведет к значительному уменьшению расхода конструкционного материала, а следовательно, к удешевлению аппарата, так как отпадает необходимость в организации подачи питания по газу и жидкости с вьш1ележащих на нижележащие ступени контакта (конструкции устройств для питания, как показывает практика эксплуатации центро- бежньк массообменных аппаратов, очен сложны и значительно усложняют монтаж и демонтаж всего аппарата),

Ввод газа в каждую контактную трубку также позволяет увеличить ин- тенсивность процесса массообмена, так как при этом в каждую трубку подается строго нормированное количество газа, которое можно регулировать. При помощи этого добиваются равномерного орошения трубок газом и стабилизируют процесс массообмена во всех трубках. Кроме того, это позволяет несколько упростить конструкцию, так как в этом случае нет необходимости в создании специальных гидрозатворов, как это сделано в устройстве-прототипе, сложных при монтаже и демонтаже,

Установка завихрителей во входах распределителя газа также повьш1ает интенсивность процесса массообмена, так как при этом газ начинает приобретать вращательное движение уже во входах. Это способствует устранению прохождения газа по межтрубному про- странству, так как гидравлическое сопротивление на входе газа в трубку в значительной степени снижается и газ полностью, без материальных потерь, направляется в трубку. Поэтому процесс массообмена идет между строго заданньгми количествами газа и жидкости, что значительно повышает интенсивность процесса.

Ввод жидкости в каждую контактную трубку также способствует повьш1ению интенсивности процесса массообмена, так как п каждую трубку вводится

224

строго определенное количество жидкой фазы. При этом не может в какую- либо трубку попасть жидкости больше, чем в другие. Это создает одинаковое гидравлическое сопротивление газу, и он проходит по всем трубкам одинаково стабильно. Поэтому в значительной степени повышается интенсивность массообмена в каждой трубке и в аппарате в целом.

Выполнение контактных трубок коническими, установление их меньшим диаметром к периферии аппарата, также способствует повьпиению интенсивности процесса массообмена. При движенш капли к периферии устройства ее скорость увеличивается в связи с тем, что она движется с ускорением, возникающим от действия центробежной силы при вращении тарелки. Поэтому шаг между витками винтовой траектории капли, движущейся в трубке постоянного сечения, увеличивается. При этом длина пути капли, а следовательно, и время контакта уменьшаются. Чтобы этого не происходило, необходимо каплю задержать в контактной трубке. Это достигается за счет постепенного уменьшения диаметра трубки по ходу движения жидкости, т,е„ применения конических трубок.

На выходе из трубок на капли действует максимальная центробежная сила, выбрасывающая их из трубки. Здесь же входит и газ. Причем на входе в трубку он движется с. максимальной скоростью и оказывает максимальное сопротивление движению капли

Газ, движущийся с большой скоростью, гасит действие центробежной силы. При уменьшении центробежной силы от вращения трубок вокруг оси вала, т,е, при движении газа от периферии аппарата к его оси, скорость газа падает, так как увеличивается диаметр трубок, и газ оказывает меньшее сопротивление движению капель, Таким образом, создается равномерное движение капли от центра к периферии. аппарата с постоянной скоростью. Винтовая линия траектории движения капли имеет одинаковый щаг по всей ее длине.

Конусность контактных трубок находится в пределах 2-10°, Конусность менее 2 не влияет в значительной степени на изменение скорости газа при его движении от периферии аппарата к его центру. Давление газового потока не уменьшает в нужной мере действие центробежной силы на движение капли. Капля двигается неравномерно. Шаг винтовой линии траектории движения капли не постоянен. Длина пути, проходимого каплей, меньше возможной.

Если же конусность более 10 , то это отрицательно влияет на движение капли и режим работы аппарата. Газ, по мере движения по трубке, слишком быстро теряет скорость и не оказывает заметного влияния на снижение действия на капли увеличивающейся цент- f5 ю щ и и с я тем, что контактные

робежной силы при вращении трубок вокруг оси Bcunao Капля движется с ускорением и быстро выходит из трубки.

Формула изобретения 20

1. Тепломассообменный аппарат, содержащий корпус с патрубками входа и выхода газа и жидкости, установленный

в нем вал с укрепленной на нем тарел-25 лителя газа.

кой, на которой рйдиально установлены контактные трубки, и распределители газа и жидкости, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса массообмена за счет увеличения поверхности контакта, контактные трубки установлены с возможностью вращения вокруг собственных осей и вьтолнены из несмачиваемого рабочей жидкостью материала, в трубках установлены завихрйтели, а распределители газа и жидкости установлены в каждой трубке.

2. Аппарат по п. 1, о т л и ч атрубки выполнены коническими и установлены меньшим диаметром к периферии.

3.Аппарат по пп„ 1 и 2, отличающийся тем, что конусность трубок составляет 2-10,

4.Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что конец завихри- теля введен в каждый ввод распреде

Изобретение относится к аппаратам для проведения тепломассообменных процессов. Цель изобретения состоит в повьш1ении интенсивности процесса массообмена. Аппарат содержит корпус в котором установлен полый вал с тарелками. На тарелках радиально установлены с возможностью вращения вокруг собственных осей контактные трубки, внутри которых установлены винтовые завихрители, а также распределяющее устройство для газа. Трубки выполнены из не смачиваемого рабочей жидкостью материала. Аппарат также снабжен распределителями жидкости. Контактные трубки могут быть выполнены коническими, установленными меньшим диаметром к периферии аппарата. 3 з.п. ф-лы, 3 ил. (Л CA:I ьо оо ю ГчЭ .1

cfae2

cfJt/еЗ

ор И. Касарда 2893/7

Составитель А. Сондор Техред А.Кравчук

Кор Под

Тираж 656 НИИИМИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская каб., д. 4/5

Производстиенно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Корректор В. Бутяга Подписное