Тепло-массообменный аппарат Советский патент 1978 года по МПК B01D3/32 

(54) ТЕПЛО-МАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ

Изобретение относится к аппаратам для проведения процессов тепло-массообмена в.различных отраслях народного хозяйства, например в химической, нефтеперерабатывающей, металлургической промышленности, перспективных тепловых двигателях и др. Известен аппарат, в котором установлены контактные трубчатые и щелевые элементы вихревого типа. Контактирование фаз происходит в восходящем вихревом потоке в пределах трубчатого элемента| 1 . Известно устройство, использующее эффект закрученного газо-жидкостного потока для проведения процессов тепло-массообменаИзвестен тепло-массообменный аппарат, содержащий в качестве устройства межфазового взаимодействия вертикальный цилиндр с резервуарами в вер ней и нижней его частях для подвода и отвода жидкости. Штуцера тангенциального входа газа в устройство межфазового взаимодействия имеют в боковых стенках щелевидные выступы с отогнутыми кромками, образующими сопла. Поступая в завихритель, газовый поток инжектирует жидкость из щелевых вырезов в стенках цилиндров и далее двухфазная смесь компонентов движется вдоль стенок цилиндра, в котором и происходит собственно тепло-массообменный процесс, в нижний резервуар, где осуществляется сепарация жидкости . Однако выполнение устройства межфазового взаимодействия в виде ,цилиндра, где из-за сепарирующего воздействия центробежных сил на жидкость как более тяжелую фракцию межфазовое взаимодействие компонентов в основном происходит по некоторой цилиндрической поверхности, приводит к тому, что тепло-массообмен носит поверхностный характер. Межфазовое взаимодействие в объеме осуществляется только в щели-инжекторе при смещении и в непосредственной близости от нее, причем величина этой зоны зависит от диспергирующей способности щели-инжектора (чем меньше капельки жидкости, тем большее время они пробудут в потоке до контакта со стенкой, а значит в зоне интенсивного тепло-массообмена). Однако улучшение диспергирующей способности щели-инжектора неизбежно связано с существенным увеличением гидросопротивления в канале, что, в свою очереяь, влечет за собой необходимость установки более высоконапорного оборудования и повышенный расход электр энергии, усложняет технологическое обслуживание, повышает эксплуатацион ные расгоды, и в конечном итоге, сни жает эффективность аппарата в делом Целью изобретения является Повышение интенсивности тепло-массообмена в двухфазном потоке путем перехода от поверхностного процесса к объемному и, как следствие, увеличение общей эффективности аппарата. Указанная цель достигается тем, что в известном тепло-массообменном аппарате, содержащем резервуар со штуцерами ввода компонентов рабочего процесса, тангенциальные соплаинжекторы, .устройство межфазового в.заимодействия и приемный резервуар с отводными штуцерами, устройство межфазового взаимодействия выпрлнено в-виде вихревой камеры, межторцо;рое пространство которой определяется формулой: где HO - начальное межторцовое рас стояние на периферии камеры; KO -.радиус рабочей зоны вихревой камеры; Н - текущий радиус вихревой камеры; It - текущее межторцовое.- расстояние;На фиг. 1 изображен предлагаемый тепло-массообменный аппарат, общий вид; на фиг. 2 - разрез А-А д,а фиг. 1.. Тёпло-массообменный аппарат.- состоит из резервуара 1 с штуцером вво да начальной жидкости, вихревой кам ры, образованной двумя торцовыми стенками 2 и периферийныгл кольцом 3 имеющим тангенциальные щелевидные прорези с отогнутыми или с профилировангдами кромками, которые вместе со штуцерами 4 тангенциального подвода газа образуют тангенциальные сопла-инжекторы подачи двухфазной смеси во,внутреннюю полость камеры выходного патрубка 5, приемного рез вуара б, снабженного штуцерами отво да газа и жидкости в верхней и нижн его Частях.: Аппарат работает следующим образо Начальная жидкость нагнетается в pe .зервулр 1, откуда инжектируется во внутреннюю полость вихревой камеры газом, нагнетаемым через штуцер 4, тангенциально расположенные по пёри рийнс лу кольцу 3 вихревой камеры, г происходит интенсивный процесс тепл массообмена. Время межфазового взаи действия определяется радиальной со тавляющей скорости двухфазного пото и расстоянием по радиусу от перифер ного кольца 3 до выходного патрубка Радиальная составляющая скорости, в вою очередь, однозначно определяется бъемным расходом смеси и величиной ежторцового расстояния. Далее поток ерез выходной патрубок 5 поступает резервуар 6, где происходит сепараия жидкой фазы от газа. Процесс сеарации интенсифицируется дополнительо наличием поля центробежных сил, родолжающих действовать на капельки жидкости. После выхода из верхней камеры газ отводится через штуцер, расположенный в верхней части приемного резервуара 6, а жидкость - через штуцер, расположенный в ниЯсней части его. В вихревой камере поток помимо вращательного движения с определенной циркуляцией, задаваемой тангенциальным входом, совершает также и радиальное перемещение от периферии к центру, обеспечивая заданный непрерывный расход смеси через камеру. На частицы жидкости помимо центробежной силы, вызываемой вращением потока и заставляющей частицу двигаться к периферии камеры, действует и аэродинамическая сила, возникающая вследствие обтекания частицы газом и действующая в направлении, прртивоположном действию центробежной си-, лы. . Наличие полей центрббежных и аэродинамических сил в полости между торцовыми стенками вихревой камеры обеспечивает интенсивное диспергирование жидкой фазы, ибо, как показывают расчеты и эксперименты. Проведенные на модельных камерах, на выходе из вихревой камеры наблюдается поток дисперсной смеси с субмикронг ными размерами конденсированной (жидкой) фазы. Процесс тепло-массообмена в вихревой камере происходит между несущим газом и мелкодисперсной жидкостью, равнсмерно распределенной по всему объему камеры. МежФазовое взаимодействие происходит по гораздо большей площади, чем это наблюдается в аппарате, принятом за прототип, где основное взаимодействие происходит по цилиндрической поверхности. Kpcwe того, исследования показывают, что течение в вихревой камере характеризуется весьма значительньм уровнем турбулентных пульсаций, оказывают дополнительное интенсифицирующее воздействие на процесс тепло-массообмена. Профилирование межторцового пространства вихревой камеры по формуле h-ff(,-2t п)иводит к постоянной радиальной скорости потока() во внутренней полости камеры, что создает наиболее благоприятные условия цпя межфазового взаимодействия и, следовательно позволяет провешить процессы тепло-массоойлена с Наибольшей интенсивностью. Из сказанного следует, что проведение процессов в вихревой камере характериэуется значительно более высокой интенсивностью тепло-массообм на по сравнению с процессами, прово димыми в аппарате, принятом за прототип. Этот фактор при прочих равных усл виях позволяет уменьшить габариты аппарата, что снижает его металлоемкость, и значительно повышает технологическую производительность. Кроме того, в этом аппарате не требуется достигать интенсивного сме шения и диспергирования жидкой фазы в танге щиальном сопле-инжекторе, так как интенсивного смешения и диспергирования достигают в потоке внутри камеры. Это приводит к уменьшению гидросопротивления аппарата по сравнению с аппаратом, принятом за прототип, и влечет за собой установку менее высоконапорного оборудования и зкономию электроэнергии, упрощает технологическое обслуживание. Формула изобретения Тепло-массообменный аппарат, содер жащий резер вуар со штуцерами ввода к 1понентов рабочего процесса, танBbiKuff жидквспш

Фиг. 676 гечциальные сопла-инжекторы/ устройство межфазового взаимодействия и приемный резервуар, отличающийся тем, что, с целью повышения интенсивности тепло-массообмена в двухфазно потоке и увеличения эффективности аппарата/ устройство межфазового взаимодействия выполнено в виде вихревой камеры, межторцовое пространство которой определяется формулой: h-h.j; OH где hrt начальное межтсрцовое расстояние на периферии камеры; радиус рабочей зоны вихревой камеры; - текущий радиус вихревой камеры;h - текущее межторцойое расстояние. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1.Корнилов А.Ф., Николаев Н.А. Принципы конструированиямассообменных аппаратов вихрев1ого типа, М., НИИТЭХим, 1974, №10. 2.Авторское; свидетельство СССР №210085, кл. В 01 В 3/32, 1966. 3.Авторское свидетельство СССР 162110, кл. В 01 Г 53/18, 1962.

/Й7/Ш|

гам