Вихревой распыливающий массообменный аппарат Советский патент 1982 года по МПК B01D53/18 

I

Изобретение относится к массообменной технике и может быть использовано в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, пищевой, металлической и других отраслях промышленности для осуществления процессов ректификации, абсорбции, пылеулавливания, десорбции, сушки распылением.

Известен многоступенчатый вихревой, абсорбционный аппарат, каждая ступень которого состоит из цилиндрического корпуса, центральной трубы для подвода жидкоста и кольцевого кармана цля сбора жидкости. Первая ступень имеет и т нгенциальный патрубок ввода газа, последующие ступени имеют осевые завихрттели в центре верхней и нижней крышек, послеоняя ступень имеет патрубок для отводе газа в центре нижней крышки ij.

Известен также вихревой распыливаюший массообменный аппарат, включаюций цвлинприческнй корпус и крышки, тангенциальный патрубок ввода газа, патрубок вывода газа, соосно которому расположен

распылитель жидкости, выполненный в вице ряда кольцевых трубок, расположенных по всей высоте аппарата и соециненных между собой патрубками, причем на внешней поверхности трубок расположены сопла, устройство для вывода жидкости 22.

Недостатком аппарата является слабая интенсификация процесса, вследствие того, что массообмен осуществляется по принципу прямого тока и соответственно мало время эффективного массообменного процесса. Кроме того, массообмен осуществляется не во всем объеме аппарата, существуют застойные зоны.

Цель изобретения - интенсификация процесса за счет выравнивания газового потока и рационального использования объёма камеры.

Указанная цель достигается тем, что в вихревом распыливаюшем массообменном аппарате, включающем цилиндрический корпус н крышки, тангенциальный narpyi бок ввода газа, патрубок вывода газа, соосно которому расположен распылитель жидкости, выполненный в вице ряда кольцевых трубок расположенных по всей высоте аппарата и соеоиненных межоу собой патрубками, причем на внешней поверхности трубок расположены сопла, устройство для вьюоаа жидкости, ввод газа выполнен в вице щелей по всей высоте корпуса, а кольцевые .трубки распылителя расположены в плоскостях, терпенцикуляр- ных плоскостям входных сечений щелей. Целесообразно устройство цля вывода жидкости выполнять в вице вертикальных щелей по высоте корпуса, а трубки располагать с различным шагом по высоте корпуса и выполнять их с наружным диаметром увеличивающимся снизу вверх по высоте корпуса. Целесообразно Корпус снабжать допол-. нительным патрубком вывода газа, расположенным симметрично патрубку вывода газа, а распылитель жидкости выполнять из одной трубки, изогнутой в виде змеевика, на внешней поверхности которой расположены сопла. Выполнение в цилиндрическом корпусе тангенциальных щелей по высоте корпуса, вертикальных щелей для сбора и отвода жидкости, а также выполнение распылителя жидкости в виде кольцевых трубок с соплами позволяет создать постоянное ви.хревое движение газового потока во всем обьемё аппарата с возрастанием скорости вихревого потока в центральной области, куда с помощью распылительного устройства ffaBHOMepHoro.no всей высоте вихря в зону плоского потока вводится распыпиваемая жидкость и прсжсходит тонкое распыление благодаря высоким относительным скоростям жидкости и газа к эффективный массообмен между каплями жидкости и газом при действии центробежных сил, собрать и отвести оседавшую на цилиндрических стенках жидкость, что ведет к значительной интенсификации процесса массообмена. Расположение осей сопел перпендикулярно к тангенциальным щелям, выполненным по всей высоте корпуса, позволяет протзводипь распыл в плоскости спирального движения газа. При этом происходит противоточное движение газового потока н м эокапепь жидкости, что дает возможность достичь многих теоретических ступеней изменения концентрации в одной ступени распыпа. Такая организация относительного движения фаз ведет к интенсификации массообмена. Расположение кольцевьос трубок у jf.vfлинорического сечения, диаметр которого равен диаметру патрубка отвода газа, позволяет производить распыл при максимальных относительньк скоростях потоков газа и жидкости, какпоказали экспериментальные исследования у этого цилиндрического сечения окружные скорости газа достигают своего максимума, поэтому здесь наиболее целесообразно производить распыление. Это позволяет уменьшить размер капель жидкости, у&епкчить межфазную поверхность, приводит к интенсификации процесса массообмена. Применение распылителя с кольцевыми патрубками одинакового размера и равномерно расположенных по высоте аппарата целесообразно при малой высоте корпуса, при увеличении осевого размера аппарата (увеличение вьюоты корпуса) иэ-за наличия поворота потока от радиального к осевому направлению возникает неравномерность поля скорости газового потока по Высоте корпуса. Выполнение распылителя жиокости в виде кольцевых трубок, расположенных с разной густотой по высоте корпуса, позволяет управлять газовым потоком, движущимся от периферии к центру, перераспределить газ по вьюоте корпуса, выровнять поля скоростей и добиться тем самым, что распыление буцет происходить у всех сопел при одинаковых условиях, разных относительньк скоростях, что приведет к созданию капельного потока с каплями одного минимального размера, увеличению межфазной поверхности, интенсификации процесса массообмена. На фиг. I показан аппарат, вертикальный разрез; на фиг. 2 - узел I на фиг. 1; на 4иг. 3 - сечение А-А на фиг. Ij на фиг 4 - вертикальный разрез аппарата, трубки расположены с различным шагом по высоте корпуса; на фиг. 5то же, трубки вьтолнены с наружным диаметром, увеличивающимся снизу вверх по высоте корпуса на фиг. 6 - то же, с шаумя патрубками вывода газа. Вихревой распыливакиций массообменный аппарат содержит цилиндрический корпус I с торцовой крышкой 2 и кольцевой крышкой 3, в котором расположен распылитель 4 жидкости. В цилиндрическом корпусе I по всей высоте выполнены тангенциальные щели 5 для ввода газа и вертикальные щели 6 для отвода жидкости. В центре кольцевой крышки 3 установлен патрубок 7 для отвода газа, соосно которого расположен распылитель 4 жидкости. Распылитель 4 жидкости выполнен в виде ряда расположенньк по всей вьюоте корпуса кольцевых трубок 8, на внешней по59верхности которых нахоаятся сопла 9 патрубков 10 цля перетока жиокосга из ошюй трубки 8 в другую и патрубка 11 для поцвода жидкости. Возможны другие варианты выполнения распылителя 4 жидкости. В частности он может состоять из кольцевых трубок 8, неравномерно расположенных по высоте корпуса (фиг. 4). Кроме того, распылитель 4 жидкости может состоять из кольцевых трубок 8, диаметр наружной поверхности которых различен по высоте Корпуса (4яг. 5) Распылитель 4 жидкости может также состоять из одной трубки 8, изогнутой по всей вьгсоте корпуса в виде змеевика, на внешней поверхности которого расположены сопла 9. Корпус может быть выполнен с двумя патрубками 7 для отвода газа, симметрично расположенными в крышках 2 и 3 (фиг. 6). Выполнение симметричных патрубков 7 в нижней и верхней крышках 3 позволяет выравнивать поле скоростей по высоте массообменной камеры. При отсутствии патрубка 7 для отвода газа в верхней крышке, с увеличением высоты корпуса, максимум окружных скоростей снижается к периферии, что приводит -к ухудшению условий распыла в верхней части корпуса. Расположение патрубка 7 для от вода газа в верхней крышке 3 изменяет картину течения ragg в корпусе, смещает максимум окружных скоростей в верхней части корпуса к центральной области, при водит к выравниванию относа газового потока по высоте корпуса, увеличению относительных скоростей газа и жидкости в зоне распыла, увеличению межфазной поверхности, что, в свою очередь, приводит к интенсификации процесса массообмена. Как показывают экспериментальные ис следования, при увеличении высоты корпу са, максимум окружных скоростей газово потока у торцовой крышки 2 смещается к периферии. В этом случае для создания монодисперсного капельного потока во всем обьеме корпуса необходимо обеспечить и одинаковые условия для распыла жиакости, т.е. производить распыл по все высоте корпуса при одинаковых максимал ных относительных скоростях жидкости и газа. А так как максимум окружной скорости у кольцевой крышки 3 лежит у ере за выходного отверстия трубки 7 для отвода газа, а у торцевой крышки 2 несколько смещены к периферии, то выполнение 4 аспылителя в виде коль цовых грубок, у оторых наружный шшметр изменяется от аксимального у торцовой крышки 2 до инимального у крышки 3, позволяет расоложить сопла в области максимальных кружных скоростей, уменьшить разкюры аспыл1юаемьк капель жиакости, увелиить межфазную поверхность, интенсифиировать процесс массообмена. Вихревой распыливаюший массообменый аппарат работает следующим образом Газ (пар) по тангенциальным шепям в илиндрическом корпусе I подается в апарат по всей его высоте гонким слоем, бразуя вихревой поток. При движении по спирали к центру аппарата окружная скорость вихревого газового потока в соответствии с законом сохранения импульса возрастает обратно пропорционально радиусу. Диаметр отверстия в торцовой крышке рассчитывается таким, чтобы скорость газового потока б.ыла достаточной цля диспергирования жидкости на капли размером 50-100 мк. Это соответствует скорости газового потока 90-150 м/cf. При этом в газовом потоке возникает три зоны. Первая зона характеризуется плоским спиральным течением с возрастанием окружной составляющей скорости. Вторая зона характеризуется появлением, и резким возрастанием осевой скорости,направленной по оси вьосодного патрубка, при этом окружная скорость уменьшается. Третья зона находится в центре камеры и течение в ней йвляется замкнутым, вихревым. Жидкость, подаваемую по патрубкам 10 и 11 через,трубки 8,подводится к сотьлам 9 и непрерывно вводят в корпус в зоне плоского спирального потока. Скорость вихревого потока рассчитывается такой,, что образовавшиеся капли под действием центробежной силы движутся и сепарируются на внутренней поверхности корпуса I. Сепарированная жидкос1ъ по щелям 5 отводится из аппарата. Такой отвод жидкости дает возможность предогврагить срыв пленки и унос капель в тангенциальных щелях 5 выходящим пoтoкo газа. Конструкция распределителя позволяет выравнивать газовый поток путем соответствующего изменения густоты расположения грубок 8 по высоте корпуса. рационально использовать обьем камеры в зависимости от формы поля скоростей газового потока, располагая трубки с различным наружным диаметром по высоте корпуса. Возможно исполнение распылигеля в виое одной грубки, изогнутой по вннтовой линии. Такой поохоа вецег в некоторых случаях к снижению таправлическогч) сопротивл«1ия. В период диспергирования жидкости и во все время движения микрокапель жка, Лсосги в аппаратуре происходит интенсивный массообмен.. Обработанйый газ (пар) в виде интенсивного вихря выходит через патрубок 7 для отвода газа в центре торцовой крьпиКи. При одноступенчатой конструкции от вод газа может осуществляться по двум симметртчно расположенным в крышках патрубкам для отвода газа, что дает снижение гидравлических потерь, более рав номерное поле скоростей газового потока в массообменной камере. Аппарат может быть устансжлен в вертикальном или горизонтальном положении. .Предложенный аппарат имеет следующиТё преимущества: интенсивный и равно-( мерный массообмен во время противоположного движения мшфокаиель жидкости и газа во всем объеме аппарата ; ивтенсивнсхзть массообмена возрастает, что позволяет 91ачительно снизить себестоимость выходящего/продукта; Ьысокую прои водитёльность гри высокой эффективности процесса jviaccoo6MeHa и малых габаритах аппарата; низкое гидравлическое сопротив ление;после аппарата не требуется установка сепаратора. Фор.мула изобретения 1. Вихревой распы1шваюший массообменный аппарат, содержащий цишндри ский : корпус и крышки, тангенциальный патр7«бок ввода газа, патрубок вывода газа. соосно которому расположен распылитель жидкости, выполненный в виде ряда кольцевых трубок, расположенных по всей высоте аппарата и соединенных между собой патрубками, причем на внешней поверхности трубок расположены сопла, устройство для вывода жидкости, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса за счет выравнивания потока и рационального испол зования обьема аппарата, ввод газа выполнен в виде щелей по всей высоте корпуса, а кольцевые трубки распылителя расположены в плоскостях, перпендикулярных к плоскостям входных сечений щелей. 2.Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что устройство для вывода жидкости выполнено в виде вертикальных щелей по высоте Корпуса. 3.Аппарат по пп, I и 2, р т л и ч а ю щ и и с я тем, что трубки расположены с различным шагом по высоте корпуса. 4.Аппарат по пп. 1-3, отличающийся тем, что трубки выполнены с наружным диаметром, увеличивающимся снизу вверх по высоте корпуса. 5. по пп, 1-4, отличающийся тем, что корпус снабжен дополнительным патрубком Вывода газа, расположенным, симметрично патрубку вывода газа. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Митропольская Н. Б., Николаев Н. А., Булкин В. А. Абсорбционный аппарат высокой производительности для комплексной очистки газов. Известия ВУЗов. Химия и химическая технология . 1974, N 1, с. 151. 2.Патент США № 3599398, кл. 5S-84, 1971.

Ail

Риа.5