Тепломассообменный аппарат Советский патент 1989 года по МПК B01D3/30 

Изобретение относится к аппаратам для проведения процессов тепломассооб.мена в систе.мах газ (пар) - жидкость и может быть при.менено в химической и родственных отрас пях промышленности для проведения данных процессов в поле центробежных сил.

Цель изобретения - интенсификация процесса тепломассообмена за счет улучшения условий диспергирования жидкой фазы.

На фиг. 1 изображен тепломассообмен- ный аппарат; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - выполнение лопаток, смещенными одна относительно другой против направления вращения ротора; на фиг. 4 - выполнение лопаток перфорированными.

Тепломассообменный аппарат содержит корпус I, в котором на валу 2 укреплен ротор 3 в виде торцовых крышек 4 и 5, между которыми установлены по спирали Архимеда контактные элементы, представляющие собой изогнутые по той же спирали Архимеда увеличивающиеся по длине пропорционально радиусу ротора 3 лопатки 6, установленные отдельными секторами. Лопатки 6 могут быть выполнены перфорированными. Вал 2 установлен в корпусе I на подшипниках 7. Корпус I имеет патрубки 8 и 9 входа и выхода га- за (пара) и патрубки IO и 1 I входа и выхода жидкости. На корпусе I и роторе 3 установлен гидрозатвор 12.

Тепломассообменный аппарат работает следующим образом.

При вращении с помощью привода вала 2, установленного в корпусе I на подшипниках 7, ротор 3, укрепленный на валу 2, начинает вращаться. Жидкость в рабочий объем аппарата подается по патрубку 10 на лопатки 6, установленные между торцовыми крышками 4 и 5 ротора 3. Лопатки 6 в роторе 3 установлены по спирали Архимеда отдельными секторами и выСП N3

оо

СП КЭ

О5

полнены увеличивающимися по длине пропорционально радиусу ротора 3 и изогнутыми по той же спирали Архимеда. Жидкость в виде тонкой пленки течет по лопаткам 6 ротора 3 и под действием центробежной силы, возникающей при вращении ротора 3, срывается с задней кромки лопаток 6 и диспергируется на капли, которые под действием центробежной силы движутся в радиальном направлении. Поскольку лопатки 6 установлены по спирали Архимеда, то лопатки каждого витка спирали находятся на увеличивающемся радиусе от центра ротора 3 аппарата. Ротор 3 вращается с больщой частотой, имея угловую скорость порядка 150-200 рад/с. Поэтому капли жидкости, срывающиеся с лопатки, попадают на лопатку того же витка спирали Архимеда, но находящуюся в другом секторе. При этом наблюдается как бы сращивание всех лопаток 6 ротора 3 в единую спираль Архимеда, но только пространство между лопатками 6 представляет собой плотный слой мелкодисперсных капель жидкости.

По патрубку, имеющемуся на корпусе 1 .массообменного аппарата, в рабочий объем подается газ (пар). При этом газ движется по спирали Архимеда, образованной быстровращающимися лопатками 6 ротора 3 и мелкодисперсными каплями жидкостл интенсивно контактирует с жидкостью. Контакт происходит между жидкостью, находящейся на лопатках 6 ротора 3 в виде тонкой пленки и в виде капель между лопатками 6.

Капли, попадая на лопатки 6, ударяют ся по ним по касательной, при этом вся кинетическая энергия капель затрачивает ся на межфазную турбулизацию потоков, что существенно интенсифицирует процесс массообмена.

Процесс массообмена интенсифицируется также вследствие выполнения лопаток 6 увеличивающимися по длине пропорционально радиусу ротора 3 и того, что они установлены отдельными секторами, причем в каждом секторе лопатки 6 смещены одна относительно другой в направ тении, противоположном вращению ротора 3 (фиг. 3). Кроме того, выполнение лопаток 6 перфорированными (фиг. 4) позволяет дополнительно интенсифицировать процесс массообмена.

Лопатки 6, установленные ближе к периферии ротора 3, имеют большую длину, чем лопатки, расположенные ближе к его центру. Это необходимо по той причине, что ближе к периферии на капли жидкости действуют больщие центробежные силы и капли движутся в радиальном направлении быстрее. Они могут не попасть на следующую лопатку того же витка спира- ;1И, но находящуюся на другом секторе, а улетать в радиальном направлении и

покинуть рабочий объем ротора. В этом случае капли, улетающие из ротора, не будут образовывать сплощной спирали Архимеда между лопатками, из-за чего нарушится гидродинамический режим в аппарате и резко уменьшится интенсивность массообмена. Увеличение длины лопаток 6 пропорционально радиусу ротора 3 исключает возможность этого отрицательного явления. Смещение лопаток в каждом секторе

одна относительно другой в направлении, противоположном направлению вращеиия ротора, позволяет получить перекрытие соседних по радиусу лопаток 6, в результате чего интенсивное вихреобразование,

5 имеющее место у задней кромки лопатки, лежац.1ей на большем радиусе, способствует лучшему диспергированию жидкости, сходящей с лопатки, лежащей на меньшем радиус - того же сектора, и при этом интенсивна турбулизирует газожидкостной

0 поток, 1ювыи ая тем самым интенсивность процесса массообмена.

Гаа интенсивно проксжтактировав, выводится лз аппарата через патрубок 9. а жидкость -- через патрубок 11. Чтобы ис- клншнть течение газа (пара) не по рабочему ротора 3 (газ (пар) может Г10ЙТИ в зазор между торцовой крышкой 5 рот(.)ра 3 и стенкой корпуса 1) между корпусом 1 и торцовой крышкой ротора установлен идро.из гвор i2.

0 Прн.менение предлагусмги о аппарата значительно интенсифицирует гфоцесс массооб- мен;; при одновремен11ом уменьшении его веса. Пое1((;;1ьку аппараты этого класса могут применяться для ведения процессов в С1)ст()яни11 невесомости (так как здесь ис5 || льзуются центробежные сил;. вместо си,;| тяжести), это является неглаловажным фактором, потому что выводимые на орбиту аппараты должны обладать минимальным весом и больщой эффективностью их эксплуатации.

5

0

Формула и:1(6ре1ения

Тепломассообменный аппарат, содер- жа1ций корпус с патрубками входа и выхода жидкости и газа, в котором установлен вал с укрепленным на нем ротором, включающий две торцовые крыщки, между которыми укреплены контактные элементы, размещенные по спирали Архимеда, отличающийся тем, что, с целью

интенсификации процесса тепломассообмена за счет улучшения условий диспергирования жидкой фазы, контактные элементы выполнены в виде увеличивающихся по длине с ростом расстояния от центра ротора лопаток и установленных секторами. 2. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что лопатки в каждом секторе смещены одна относительно другой против направления вращения ротора.

Фие.1

Изобретение относится к аппаратам для проведения процессов тепломассообмена в системах газ (пар) - жидкость и может быть применено в химической и родственных отраслях промышленности для проведения этих процессов в поле центробежных сил и позволяет интенсифицировать процесс тепломассообмена за счет улучшения условий диспергирования жидкой фазы. Аппарат включает корпус с патрубками входа и выхода жидкости и газа, в котором установлен вал с укрепленным на нем ротором с двумя торцовыми крышками, между которыми укреплены контактные элементы, размещенные по спирали Архимеда и выполненные в виде увеличивающихся по длине с ростом расстояния от центра ротора лопаток, установленных секторами. При этом лопатки в каждом секторе смещены относительно друг друга против направления вращения ротора. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.