Тепломассообменный аппарат

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

523 А1 (19) (11) (51) 4 В Ol D 3/30

3г (; (И-1ЧМ . h1 ьНИ

i3i :.лА

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

flQ ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (2! ) 4294667/31-26 (22) 10.08.87 (46) 15.12.89. Бюл. № 46 (71) Сумский филиал Харьковского политехнического института им. В. И. Ленина (72) В. !О. Шкару.па, И. М. Плехов, В. Я. Стороженко и В. Н. Гуляев (53) 66.015.23.05 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 140789, кл. В 01 D 3/30, 1961. (54) ТЕПЛОМАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ (57) Изобретение относится к аппаратам для проведения процессов тепломассообмена в системах газ(иар) — жидкость и может быть применено в химической и родственных отраслях промышленности для

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 данных процессов в поле центробежных сил.

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

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

Terrломассообменный аппарат содержит корпус 1, в котором на валу 2 укреплен ротор 3 в виде торцовых крышек 4 и 5, между которыми установлены по спирали Архимеда контактные элементы, предпроведения этих процессов в поле центробежныхх сил и иозво чяет и нтенсифи ци ровать 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 р ростом расстояния от центра ротора лопаток, установленных секторами. При этом лопатки в каждом секторе смещены относительно дрх г друга против направления вращения ротора 1 з и. ф-лы, 4 ил. ставляющHp собой изогнутые по той же спирали Архимеда увеличивающиеся по длине пропорционально радиусу ротора 3 лопатки

6, установ.ченные отдельными секторами.

Лопатки 6 могут быть выполнены перфорированными. Вал 2 установлен в корпусе 1 на подшипниках 7. Корпус 1 имеет патрубки 8 и 9 входа и выхода га. за (пара) и патрубки 10 и 11 входа и выхода жидкости. На корпусе 1 и роторе 3 установлен гидрозатвор 12.

Тепломассообменный аппарат работает следующим образом.

При вращении с помощью привода вала 2, установленного в корпусе 1 на подшипниках 7, ротор 3, укрепленный на валу 2, начинает вращаться. Жидкость в рабочий объем аппарата подается ио 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 вы1528523

3 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 центробеж ной силы, возникающей при вращении ротора 3, срывается с задней кромки лолаток 6 и диспергируется на капли, которые под действием центробежной силы движутся в радиальном направлении. Поскольку лопатки 6 установлены по спирали Архи- 10 меда, то лопатки каждого витка спирали находятся на увеличивающемся радиусе от центра ротора 3 аппарата. Ротор 3 вращается с большой частотой, имея угловую скорость порядка 150 — 200 рад/с. Поэтому 15 ка пли жидкости, срыва ющиеся 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 прост- 20 ранство между лопатками 6 предста вляет собой плотный слой мелкодисперсных капель жидкости.

По патрубку, имеющемуся на корпусе 1 массообменного аппарата, в рабочий обьем подается газ (пар). Г1ри этом газ дви25 жется по спирали Архимеда, образованнои быстровращающимися лопатками 6 ротора 3 и мелкодисперсными каплями жидкос1 > интенсивно конта ктируег с жидкостьн>.

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 вси кинетическая энергия капель затрачивается 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 направлении, противоположном вращению ротора 3 (фиг. 45

3). Кроме того, выполнение лопаток 6 перфори рова иными (фиг. 4) позволяет дополнительно интенсифицировать процесс массообмена.

Лопатки 6, установленные ближе к периферии ротора 3, имеют большую длину, 50 чем лопатки, расположенные ближе к его центру. Это необходимо по той причине, что ближе к периферии на капли жидкости действуют большие центробежные силы и капли движутся в радиальном направлении быстрее. Они могут не попасть на 55 следующую лопатку того же витка спирали, но нах» >ящуюся iid дру>ом секгор», а улетать в радиальном направлении и

4 покинуть рабочий объем ротора. В этом случае капли, улетающие из ротора, не будут образовывать сплошной 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 вращения ротора, позволяет получить перекрытие соседних по радиусу лопаток 6, в результате чего интенсивное вихреобразование, имеющее место у задней кромки лопатки, лежащей на большем радиусе, способствует лучшему диспергированию жидкости, сходя>цей с лопатки, лежащей на меньшем радиус>. того ж> сеK>ор», и при этом интенсивно турбулизирует газожидкостной поток, повышая тем самым интенсивность процесса массообмена

Газ интенсивн прок<,нтактнровав, выводи г> я аз аппарап а че; ез патру бок 9. а жидкоспь -- через 11dгрубок 11. Чтобы искл» нить гечение газа (пара) не по рабочему объему ротора 3 (газ (пар) может щ>йгн н зазор между торцовой крышкой 5 ротора 3 и стенкой корпуса 1) между хорну. »м l и горцонг и крып>кой ротора установлен .идроза гво) 2, 11рименение пред.>аг;>ем> i > аппп>рата зна> >>..iьно интенсифицнруе> процесс массообмена при одновременном уменьшении его вгса Поскольку аппара>ы это>о класса мо. >.i прим няться для ведения процессов в состоянии невесомости (так как здесь ис» льзуются центробежные силы вместо снл

-яжести), это является Ht i>dловажным фактором, потому что выводимые Hd орбиту аппараты должны обл;>да- ь минимальным весом и большои эффс-к ивностью их эксii.>уатацин.

Формула и.«>б>рот ения

1. Тепломассообменный аппарат, содержащий корпус с патрубками входа и выхода жидкости и гd3<>, в котором установлен вал с укрепленным на нем ротором, включающий две торцовые крышки, 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

; лине 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.

1528523

1528523 () 1,1«н1> 1 . (Ill>6))«> i»!

-),,> . ) > 1>>,,1 1г р> .. 1! 1{>;)> и К>)1>Р> ).1 ) Р !{ I и Рни h

1 . 1)i l,1 р;1 м i,! Ii ) I I)) I iIi >)))>

1(I f 11111111 I, . 111,, Ii н н н ) ) » t 1)1>н г н) > н I) 6 р « 1« н и н i. и ) ) 1 и р) > Ã è >I ii н р и I I(I { ((,(, р! 1,{1> {6 Ч) с> Ii,l, Ж {;>, 1>,»>н к,lи н,i(),,i 4 6

I I; и>н)) i> I I>(нн: i . i I >li.l i кий I ))t>16>II>«1:11, l) нг,: 1 iI I ) р))л. . Гиl (ирин i, I(l I