Тепло-массообменный аппарат

 

Союз Советскик

Социалистических

Респубпик

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯ (11) 620267

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (5l) М. Кл.

В 01 I) 3/32 (22) Заявлено 240576(21) 2363691/23-26 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 250878.6толлетень № 31 (45) Дата опубликования описания 0707.78

Государственный комитет

Совета Министров СССР ио делам изобретений и открытий (53) УДК 66.015. .23.05 (088.8) (72) Авторы изобретения A.A. жирнов, А.л. каплан и с.т. морозов

Тольяттинский политехнический институт (71) Заявитель (54) ТЕПЛО-МАССООБМЕНН(1И 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 дрИзвестен аппарат, в котором установлены контактные трубчатые и щелевые элементы вихревого типа. Контактирование фаэ происходит в восходящем вихревом потоке в пределах трубчатого элемента(1) .

Известно устройство, использующее эффект закрученного газо-жидкостного потока для проведения процессов тепло-массообмена (2) .

Известен тепло-массообменный аппарат, содержащий в качестве устройства межфаэового взаимодействия вертикальный цилиндр с резервуарами в верхней и нижней его частях для подвода и отвода жидкости. Штуцера тангенциального входа газа в устройство межфаэового взаимодействия имеют в боковых стенках щелевидные выступы с отогнутыми кромками, образующими сопла. Поступая в эавихритель, газовый поток инжектирует жидкость иэ 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 (3J .

Однако выполнение устройства межфазового взаимодействия в виде цилиндра, где иэ-за сепарирующего воздействия центробежных сил на жидкость как более тяжелую фракцию межфаэовое взаимодействие компонентов в основном происходит по некоторой цилиндрической поверхности, приводит к тому, что тепло-массообмен носит поверхностный характер. Межфаэовое 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 оче620267 редь, влечет за собой необходимость установки болев высоконапорного оборудования и повышенный расход электро« энергии, усложняет технологическое обслуживание, повышает эксплуатацион ные расходы, и в конечном итоге, сни жает эффективность аппарата в целом.

Целью изобретения является повышение интенсивности тепло-массообмена в двухфазном потоке путем перехода от понерхностного процесса к объемному и, как следствие, увеличение 10 общей эффективности аппарата.

Указанная цель достигается тем, что в известном тепло-массообменном аппарате, содержащем резервуар со штуцерами ввода компонентов рабоче- j5 го процесса, тангенциальные сопла, инжекторы, устройство межфаэового взаимодействия и приемный резервуар с отводными штуцерами, устройство межфазового взаимодействия выполне- 20 но в ниде вихревой камеры, межторцо.вое пространство которой определяется формулой: и-и - о . .25 где Ир — начальное межторцоное расстояние на периферии камеры; р †. радиус рабочей эоны вихревой камеры; — текущий радиус вихревой камеры; — текущее межторцовое расстояние.

На фиг. 1 изображен. предлагаемый тепло-массообменный аппарат, общий нид; на фиг. 2 — разрез A-A Ia 35 фиг. 1.

Тепло-массообменный аппарат"состоит из резервуара 1 с штуцером ввода начальной жидкости, вихревой камеры, образованной двумя торцовыми 40 стенками 2 и периферийным кольцом 3, имеющим тангенциальные щелевидные прорези с отогнутыми или с профилированжыми кромками, которые вместе со штуцерами 4 тангенциального под- 45 вода газа образуют тангенциальные сопла-инжекторы подачи двухфазной смеси во внутреннюю полость камеры выходного патрубка 5, приемного резервуара б, снабженного штуцерами отво- 50 да газа и жидкости в верхней и нижней его частях.

Аппарат работает следующим образом.

Начальная жидкость нагнетается в ре-, зерву;.р 1, откуда инжектируется но внутреннюю полость вихревой камеры газом, нагнетаемым через штуцер 4, тангенциально расположенные по перифе. рийному кольцу Э вихревой камеры, где происходит интенсивный процесс тепломассообмена. Время межфазового взаимо-б0 действия определяется радиальной .составляющей скорости двухфазного потока и расстоянием по радиусу от периферийного кольца 3 до выходного патрубка 5

Радиальная составляющая скорости, в 65 свою очередь, однозначно определяется объемным расходом смеси и величиной межторцового расстояния. Далее поток через выходной патрубок 5 поступает

s резервуар б, где происходит сепарация жидкой фазы от газа. Процесс сепарации ичтенсифицируется дополнителько наличием поля центробежных сил, продолжающих действовать на капельки жидкости. После выхода иэ верхней камеры газ отводится через штуцер, расположенный в верхнеР части приемного резервуара б, а жидкость — че:рез штуцер, расположенный в ни%ней .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 силы.

Наличие полей центрббежных и аэродинамических сил в полости между торцовыми стенками вихревой камеры обеспечивает интенсивное диспергирование жидкой фазы, ибо, как показывают расчеты и эксперименты, IIpoaeденные на модельных камерах, на выходе из вихревой камеры наблюдается поток дисперсной смеси с субмикрон.ными размерами конденсированной (жидкой) фазы. Процесс тепло-массообмена в вихревой камере происходит между несущим газом и мелкодисперсной жидкостью, равномерно распределенной по всему объему камеры. Межфаэовое взаимодействие.происходит по гораздо большей площади, чем это наблюдается в аппарате, принятом за прототип, где основное взаимодействие происходит по цилиндрической поверхности. Кроме того, исследования показывают, что течение в вихревой камере характеризуется весьма значительным уровнем турбулентных .пульсаций, которые оказывают дополнительное кнтенсифицирующее воздействие на процесс тепло-массообмена.

Профилированке межторцового прост- . ранства вихревой камеры по формуле

И - ffо ф .приводит к постоянной радиальной скорости потока(Ч„*сокЫ) во внутренней . йолости камеры, что создает наиболее благоприятные условия для межфазового вэаимодействкя и следовательно > позволяет проводить процессы .тепло-массообмена с наибольшей интенсивностью.

Из сказанного следует, что проведение процессов в вихревой камере характеризуется значительно более высокой интенсивностью тепло-массообмена по сравнению с процессами, проводимыми в аппарате, принятом эа прототип °

Этот фактор при прочих равных условиях позволяет уменьшить габариты аппарата, что снижает его металлоемкость,и значительно повышает технологическую производительность.

Кроме того, в этом аппарате не требуется достигать интенсивного смешения и диспергирования жидкой фазы в тангенциальном сопле-инжекторе, так как интенсивного смешения и диспергирования достигают в потоке внутри камеры. Это приводит к уменьшению гидросопротивлення аппарата по сравнению с аппаратом, принятом за прототип, и влечет за собой установку менее высоконапарного оборудования и экономию электроэнергии, упрощает технологическое обслуживание.

Формула изобретения

Тепло-массообменный аппарат, содержащий резервуар со штуцерами ввода компонентов рабочего процесса, тан20267 6 геяциальные сопла-инжекторы, устройство межфазового взаимодействия и приемный резервуар, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повыше" ния интенсивности тепло-массообмена в двухфазном потоке и увеличения эффективности аппарата, устройство межфазового взаимодействия выполнено в виде вихревой камеры, межторцовое пространство которой определяется формулойл .и= по— о

10 где начальное межтсрцовое расстояние на периферии камеры; — радиус рабочей зоны вихревой камеры;

l5 — текущий радиус вихревой камеры; и — текущее межторцовое расстояние.

Источники информации, принятые во

0 внимание при экспертизе:

1. Корнилов А.Ф., Николаев Н.А.

Принципы конструирования массообменных аппаратов вихревого типа, М., НИИТЗХим, 1974, .9. 10.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 210085, кл. В 01 3 3/32, 1966.

3. Авторское свидетельство СССР

9 162110, кл. В .Ol 3) 53/18, 1962.

/7а9

: жийж

620267

Подбо зал

Составитель A. Сондор

Редактор 0. Кузнецова Техред Э.Чужик Корректор

Заказ 4448/6 Тираж 964 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва Ж-35 Ра шская наб. д. 4 5 с с с У с

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4