Пенно-вихревой аппарат Советский патент 1982 года по МПК B01D47/04 B01D45/14 

(54) ПЕННО-ВИХРЕВОЙ АППАРАТ

Изобретение относится к химической, нефтехимической, энергетической и другим отраслям промышленности и может быть использовано для проведения тепломассообменных процессов и для очистки газов от масла и других жидкостей. Известен пенный аппарат, включающий корпус с патрубками для входа газа и штуцерами ввода и вывода жидкости, сепаратор и закручиватель, выполненный в виде перекрещивающихся лопаток, сделанных в виде части винта. Газ поступает в верхнюю часть корпуса, получает первый вращательный импульс, опускается к поверхности жидкости, проходит через каналы закручивателя, получает вращательное движение и поступает в вертикальную цилиндрическую выхлопную трубу, где образует вместе с инжектируемой жидкостью подвижной слой пены, в котором происходит обработка газа. Отбой капель осуществляется в сепараторе, расположенном в верхней части выхлопной трубы 1. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является пенно-вихревой аппарат. включающий частично заполненный жидкостью корпус с патрубками для ввода и вывода газа и жидкости, по оси корпуса с возможностью вращения установлена трубка, в нижней части которой расположен установленный с зазором относительно дна аппарата полый цилиндр, а в верхней ее части расположены вихревая камера и сепаратор 2. Наряду с положительными качествами подобных аппаратов имеется и ряд недостатков. При организации пенного слоя в закручивателе аппарата вследствие наличия осевой составляющей скорости происходит неполное использование энергии поступающего газового потока для закрутки газожидкостного слоя. При этом уменьшается центробежное ускорение, увеличивается размер пузырей газа, которые барбатируют через жидкость, т. е. уменьшается поверхность контакта фаз, отчего зависит эффективность обработки газа и производительность аппаратов. Увеличить скорость в этих аппаратах можно только до определенной критической скорости, после чего начинается интенсивный вынос капель, отделение которых не может обеспечить установленный сепаратор. Чтобы снизить каплеунос, требуется увеличение размеров аппарата, что повышает его металлоемкость. Цель изобретения - интенсификация и повышение эффективности очистки газа и процессов тепломассообмена. Поставленная цель достигается тем, что пенно-вихревой аппарат для тепломассообмена и очистки газов, включающий частично заполненный жидкостью корпус с патрубками для ввода и вывода газа и жидкости, по оси корпуса с возможностью вращения установлена трубка, в нижней части которой расположен установленный с зазором относительно дна аппарата полый цилиндр, а в верхней ее части над жидкостной ванной расположены вихревая камера и сепаратор, снабжен выполненным в виде змеевика охладителем, размешенным в цилиндре и прикрепленным к верхней кромке трубки диском с лопатками, установленными в вихревой камере, при этом камера снабжена сливными трубками, погруженными в жидкостную ванну. Характерной особенностью аппарата является то, что подача охлажденной жидкоети в вихревую камеру осуществляется самотеком во вращающейся трубке, снабженной эффективным охладителем, и охлаждается только та часть жидкости, которая необходима для подпитки динамического двухфазного слоя и поддержания температуры, необходимой для создания условий конденсации пара на поверхности капель и коагуляции высокодисперсных частиц. Причем до поступления газожидкостной смеси в пенный слой основная часть жидкости отделяется от газа, поэтому необходимо подавать меньшее количество холодной жидкости для проведения эффективной обработки газа. На фиг. 1 изображен пенно-вихревой аппарат; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1. ,-го Пенно-вихревои аппарат состоит из пуса 1 с патрубками 2 для слива жидкости, 3 для отвода газа и 4 для подачи газа, переходящего в улитку 5, внешняя стенка которой образована пакетом пластин 6, собранных с зазором между ними. Внутри корпуса 1 установлен завихритель, представляющий собой вихревую камеру 7, которая включает направляющий аппарат 8 с тангенциальными щелями 9, поддон 10 с трубкой 11 для слива жидкости и верхней профилированной стенкой 12 со сливной трубкой 13. В рабочей зоне вихревой камеры 7 размещен диск 14 с лопастями 15. Диск 14 жестко насажен на верхний конец трубки 16, которая крепится на подщипниках 17, вращается вместе с диском 14 и служит для подачи жидкости в вихревую камеру 7. Трубка 16 вместе с охладителем 18, выполненным в виде змеевика с плотными витками, вставлена в полый цилиндр 19. Цилиндр 19 установлен в ресивернои части аппарата с зазором относительно его дна. В верхней части аппарата расположен вихревой батарейный сепаратор, состоящий из прямоточных двухступенчатых элементов. Первая ступень каждого элемента представляет собой камеру 20 с завихрителем 21, закрепленную на трубной доске 22. Выхлопные трубки 23, являющиеся второй ступенью, смонтированы на доске 24. Камера 20 расположена с зазором относительно выхлопной трубки 23 для слива капелек жидкости из нее. Аппарат работает следующим образом. Через патрубок 4 газожидкостная смесь поступает в спиральную улитку 5, где она закручивается и капли отбрасываются центробежными силами к внешней стенке. Больщая часть капель попадает в зазоры между пластинами 6, затем жидкость сливается в ресивер через кольцевой зазор между корпусом 1 и внешней стороной пакета пластин 6. Газ с оставшейся частью жидкости в виде пара и мелких капель через тангенциальные щели 9 направляющего аппарата 8 поступает в рабочую зону вихревой камеры 7. За счет энергии движущегося газа закручивается диск 14 с лопатками 15 и трубкой 16. При этом, по оси вихревой камерьГ образуется зона разрежения. Из-за разрежения в камере и вращения трубки 16 охлажденная жидкость поднимается вверх, поступает на диск 14, получает центробежное ускорение и отбрасывается в рабочую зону вихревой камеры 7. При барботаже газа в жидкость образуется двухфазный динамический слой, в котором интенсивно проходят процессы конденсации паров и коагуляции мельчайших частиц. Так как в вихревой камере почти вся кинетическая энергия газового потока идет на закрутку газа, то создаются большие центробежные силы, которые удерживают пенный кольцевой вращающийся слой. Кроме того, гиперболический профиль верхней стенки 12 вихревой камеры способствукt-fjет стабилизации вращающегося слоя, а концы лопаток 15, находясь в пенном слое, создают дополнительную подкрутку газа. Жидкость собирается в поддоне 10 и затем сливается через трубку 11 в ресиверную часть аппарата. За счет того, что охладитель помещен в полый цилиндр 19, отделяющий небольшой объем в ресивернои части, охлаждается не вся жидкость. Небольшая часть жидкости поступает в цилиндр 19, огибает змеевик охладителя 18 и поднимается по вращающейся трубке 16 вверх. Избыток жидкости выводится из аппарата через патрубок 2. Вследствие охлаждения жидкости, а также перемешивания фаз и непрерывного обновления поверхности соприкосновения газа и жидкости протекает интенсивный процесс обработки газа, после чего газожидкостная смесь поднимается по спирали вверх по профилированной стенке 12, которая отделяет вихревую камеру 7 от сепаратора. При этом благодаря профилированной стенке 12 пленки и крупные капли жидкости-стекают по ней вниз. Лопатки 15 также служат для предотвращения брызгоуноса. Далее газ поступает во входную полость сепаратора, где за счет расширения газового потока и распределения его по завихрителям 21 камер 20 происходит отделение наиболее крупнодисперсной фракции. Уловленная жидкость стекает на внешнюю сторону верхней стенки 12 вихревой камеры 7 и сливается по трубке 13 в ресиверную часть аппарата. Затем газ через завихрители 21 поступает в камеры 20 и приобретает большую тангенциальную скорость. Частицы интенсивно отделяются и отводятся в кольцевую шель между камерой 20 и выхлопным патрубком 23. Потом газ из камеры 20 с сильной закруткой входит в выхлопной патрубок 23, где за счет уменьшения радиуса и увеличения тангенциальной скорости вращения происходит дальнейшая очистка остатков частиц жидкости. Уловленная жидкость стекает на трубные доски 22 и 24 и отводится через патрубки 2, а очищенный газ выводится через патрубок 3.

Предлагаемый пенно-вихревой аппарат имеет ряд преимуществ по сравнению с известным. Создание пенного слоя в нем осуществляется с наименьшей потерей энергии газового потока. Он обеспечивает устойчивый вращающийся газожидкостный слой, имеющий большую площадь контактнрования фаз, допускает высокие скорости газа без увеличения размеров аппарата, и.меет встроенный экономичный охладитель, обеспечивающий охлаждение жидкости, необ L.

ходимой для проведения процессов тепломассообмена. В аппарате создаются условия для высокоэффективной обработки газов при большой его производительности. При. этом отпадает необходимость ставить дополнительно вне аппарата охладитель и насос для подачи жидкости. Пенно-вихревой аппарат компактен, удобен в обслуживании.

Формула изобретения

Пенно-вихревой аппарат для тепломассообмена и очистки газов, включающий частично заполненный жидкостью корпус с патрубками для ввода и вывода газа и жидкости, по оси корпуса с возможностью вращения установлена трубка, в нижней части которой расположен установленный с зазором относительно дна аппарата полый цилиндр, а в верхней ее части над жидкостной ванной расположены вихревая камера и сепаратор, отличающийся тем, что, с целью интенсификации и повыщения эффективности очистки газов и процессов тепломассообмена, аппарат снабжен выполненным в виде змеевика охладителем, размещенным в цилиндре и прикрепленным к верхней кромке трубки диском с лопатками, установленными в вихревой камере, при этом камера снабжена сливными трубками, погруженными в жидкостную ванну.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

±А

8

5

Фиг. 2