Вихревой тепломассообменный аппарат Советский патент 1982 года по МПК B01D3/30 

(54) ВИХРЕВОЙ ТЕПЛОМАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ

1

Изобретение относится к тепломассообменным аппаратам, а более конкретно, к конструкции ректификационных и абсорбционных колонн. Известен вихревой тепломассообменнь1й аппарат, состоящий из вертикального цилиндрического корпуса и вихревой насадки, снабженной пластинами, установленными под углом к горизонту, которые обеспечивают закручивание газового или парового потока вокруг оси цилиндрического аппарата. Благодаря интенсивной турбулизации фаз в вихревом потоке обеспечивается высокая эффективность тепломассообмена 1.

Недостатком известного вихревого аппарата является снижение его эффективности с увеличением диаметра.

Известен противоточный вихревой тепломассообменный аппарат, включающий вертикальный цилиндрический сосуд, в центре которого на неподвижной оси закреплены вихревые элементы, выполненные в виде наклоненных к горизонту пластин, закручивающих газовый (паровой) поток вокруг оси аппарата. С целью повышения эффективности вихревого аппарата большого диаметра, аппарат продольно секционирован

коаксиально расположенными цилиндрами, на внешних поверхностях которых располагаются вихревые элементы, с длиной меньше длины кольцевых зазоров между цилиндрами.

5Жидкая фаза в таком аппарате из оросителя сливается на вихревую насадку и движется противотоком газу, который поднимается, совершая вращательное движение в каждой кольцевой секции аппарата.

,Q Высокая турбулизация газа и жидкости, большая производительность при относительно Низком гидравлическом сопротивлении обеспечивают высокую эффективность аппарата. Этому в известной мере способствует продольное секционирование аппарата цилиндрами, которое приводит к некоторому выравниванию поля скоростей газа по сечению аппарата 2.

Недостатком известной конструкции является унос жидкости из аппарата, который значительно возрастает при скорости газа, превышающей 2-4 м/с (скорость газа отнесена к полному сечению аппарата). Проведенные исследования показали, что унос жидкости происходит в результате срыва капель как с вихревых элементов, так и с

пленки жидкости. Другим недостатком является неравномерность поля скоростей газа по сечению продольно секционированного аппарата, которая составляет 30-40%. Неравномерность поля скоростей по сечению вихревого аппарата вызвана различием в гидродинамической остановке в каждой кольцевой секции ввиду различного их радиуса кривизны.

Цель изобретения - снижение брызгоуноса, повышение эффективности аппарата.

Эта цель достигается тем, что в вихревой тепломассообменный аппарат, состоящий из цилиндрической трубы с помещенными внутри ее на вертикальной оси осевыми завихрителями, состоящими из наклонных лопастей, концы которых установлены на расстоянии от стенки трубы, снабжен закрепленными на вертикальной оси диафрагмами, выполненными в виде одно- или многозаходных спиралей, прилегающих к стенке трубы и имеющих направление витков, противоположное направлению лопастей завихрителя, а верхние концы труб снабжены дополнительными диафрагмами с центральным патрубком и сливными отверстиями около стенки трубы. Диафрагмы закреплены на расстоянии 7-10 диаметров трубы.

Благодаря радиальным циркуляциям газового потока вблизи диафрагм и центробежным силам происходит интенсивное осаждение капель жидкости из вихревого потока на поверхность движущейся пленки. Как показали исследования при этом наблюдается практически полное отсутствие брызгоуноса вплоть до режима захлебывания. В отличии от известного рещения, где аппарат состоит из параллельно работающих кольцевых секций различных размеров, предлагаемый аппарат состоит из параллельно работающих одинаковых вихревых труб, что снижает неравномерность расхода газа по вихревым трубам.

На фиг. 1 изображен вихревой тепломассообменный аппарат; на фиг. 2 - разрез А-А На фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1.

Аппарат состоит из цилиндрического корпуса 1 с помещенными внутри него трубами 2, закрепленными в трубных решетках 3. Внутри труб 2 на вертикальной оси 4 помещены осевые завихрители, состоящие из наклонных лопастей 5, концы которых образуют со стенкой трубы 2 зазор. На вертикальной оси 4 На расстоянии 7-10 диаметров трубы закреплены диафрагмы 6, представляющие собой одно- или многозаходную спираль, прилегающую к стенке трубы 2 и имеющие направление витков противоположное завихрителю. Верхние концы труб закрыты дополнительными диафрагмами 7 с центральными патрубками 8 и сливным отверстием 9 вблизи стенки трубы. Аппарат снабжен также штуцерами для ввода 10 и вывода 11 орошающей жидкости и штуцераМИ для ввода 12 и для вывода 13 паровой или газовой фазы.

Аппарат работает следующим образом. Обрабатываемая жидкость поступает через штуцер 10, разливается по трубной рещетке и через отверстия 9 сливается внутрь труб 2. Газ или, пар, входящий через щтуцер 12 поднимается по трубам 2, приобретает вращательное движение под воздействием Наклонных лопастей 5. Жидкость, по, ступающая внутрь труб 2, под воздействием вращающегося газового потока растекается по поверхности труб 2 и совершает нисходящее спиральное движение, интенсивно перемешиваясь, что интенсифицирует теплои массообмен между жидкостью и газом.

Благодаря диафрагмам б и 7 происходит осаждение капель жидкости из вращающегося газового потока, что позволяет увеличить производительность аппарата, а также повышает эффективность аппарата в целом за счет резкого снижения уноса жидкости. Газ из труб выходит через патрубки 8 и покидает аппарат через штуцер 13. Жидкость выводится из аппарата через штуцер 11. Применение диафрагм снижает брызгоунос при прочих равных условиях в 10-

20 раз и позволяет повысить производительность аппарата на 10-ЗО /оИспользование предлагаемого аппарата только на одной из установок НПЗ позволяет получить экономический эффект за счет увеличения производительности аппарата, снижения потерь продукта и улучшения его качества.

Формула изобретения

с закрепленными в трубных решетках трубами с помещенными внутри них на вертикальной оси осевыми завихрителями, выполненными из наклонные лопастей, концы которых установлены на расстоянии от стенки трубы,

Q отличающийся тем, что, с целью снижения брызгоуноса и повышения эффективности аппарата, он снабжен закрепленными на вертикальной оси диафрагмами, выполненными в виде одно- или многозаходных спиралей, прилегающих к стенке трубы и имеющих направление витков, противоположное Направлению лопастей завихрителя, а верхние концы труб снабжены дополнительными диафрагмами с центральными патрубками и сливными отверстиями около станки трубы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

№ 1, 1979.