Вихревой распыливающий массообменный аппарат

 

<п>929184

Союз Советскик

Социалистических

Республик

ОП ИКАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. саид-ву(22) Заявлено 24.03.80 (21)2898508/23 26 (53)M. Кл.

В оа Ъ 5ЗГав с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет

9кударстеениьй квинтет

СССР ао делеи изобретений и юткрмтий

Опубликовано 23.05.82. Бюллетень ¹ 19

Дата опубликования описания 27.05.82 (53) УДК 66.0 аб, .2 3.0 5(088.8) Б. Г. Холин, И. А. Ковалев и В. И. Склабин ки

7

Сумский филиал Харьковского ордена Ленина политехнического института им. В. И. Ленина (72) Авторы изобретения. (7!) Заявитель (54) ВИХРЕВОЙ РАСПЫЛИВАЮЩИЙ МАССООЬМЕННЫЙ

АППАРАТ

Изобретение относится к массообмен» ной технике и может быть использовано .в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, пищевой, металлической и других отраслях промышленности для осуществления процессов ректификации, абсорбции, пылеулавливания, цес орбции, сушки рас пылением.

Известен многоступенчатый вихревой. абсорбционный аппарат, каждая ступень которого состоит из цитвтнцрического кор- 1 пуса, центральной трубы цля подвода жидкости и кольцевого кармана цля сбора жидкости. Первая ступень имеет и тан» генциальный патрубок ввода газа, последующие ступени имеют осевые завихрите13 ли в центре верхней и нижней крышек, послэцняя ступень имеет патрубок цля отвода газа в центре нижней крышки (1).

Известен также вихревой распыливаю.„щий массообменный аппарат, включающий

20 цилиндрический корпус и крышки, тангенциальный патрубок ввода газа, патрубок вывода газа, соосно которому расположен распылитель жицкости, выполненный в вице ряца кольцевых трубок, расположенных по всей высоте аппарата и соециненньсс между ссбой атрубками, причем на внешней поверхности трубск расположены сопла, устройство цля вывоца жидкости(2);

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

Цель изобретения — интенсификация процесса .за счет выравнивания газового потока и рационального использования обьема камеры.

Указанная цель достигается тем, что в вихревом распыливаккцем массообменном аппарате, включающем цилиндрический корпус и крышки, тангенциаи ный патру бок ввода газа, патрубок вывода газа, соосно которому расположен распылитель

3 92 жидкости, выполненный в виде ряда кольцевых трубок, расположенных по всей высоте аппарата и соециненных межцу собой пвтрубками, причем на внешней поверхности трубок расположены сопла, устройство для вывода жидкости, ввод газа выполнен в вице щелей по всей высоте корпуса, в кольцевые.трубки распьглители расположены в плоскостях, перпендикулярных плоскостяь входных сечений щелей.

Целесообразно устройство для вывода жидкости выполнять в виде 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 цополнительным пвтрубком 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 цилинцрическом 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 цвижение газового потока во всем обьеме аппарата с возрастанием скорости вихревого потока в центральной области, куда с помощью распылительного устройства г1 авномерного,по всей высоте вихря в зону плоского потока вводится распыливаемая жидкость и происходит тонкое распыление благодаря высоким относительным скоростям жидкости и газа и аффективный 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 производить распыл в плоскости. спирального движения газа. При этом происходит противоточное движение газового потока и мтнррокапель жидкости, что дает возможность цостичь многих теоретических ступеней изменения концентрации в одной ступени распыла. Такая организация относительного движения фаэ ведет к интенсификации массообмена.

Расположение кольцевых трубок. у цилиндрического сечения, диаметр которого равен диаметру патрубка отвоца газа, по9 184 4

Зо

О

55 зволяет производить распыл при максимальных относительньщ скоростях потоков газа и жидкости, как показали экспериментальные исслецования у этого цилинцрнческого сечения окружные скорости газа достигают своего максимума, поэтому здесь наиболее целесообразно произвоцить распыление. Это позволяет уменьшить размер капель жидкости, увеличить межфазную поверхность, ч о приводит к интенсификации процесса массообмена.

Применение распылителя с кольцевыми патрубками одинакового размера и равномерно расположенных по высоте аппарата целесообразно при малой высоте корпуса.

11ри увеличении осевого размера аппарата (увеличение высоты корпуса) ие-за наличия поворота потока от радиального к осевому направлению возникает неравномерность поля скорости газового потока по высоте корпуса.

Выполнение распылителя жидкости в виде кольцевых трубок, расположенных с разной густотой по высоте корпуса, позволяет управлять газовым потоком, цвижущимся от периферии к центру, перераспределить газ по высоте корпуса, выровнять поля скоростей и добиться тем самыьг, что распыление буцет происходить у всех сопел при одинаковых условиях, т.е. при разных относительных скоростях, что приведет к созданию капельного пе тока с каплями одного минимального размера, увеличению межфазной поверхности, интенсификации процесса массообмена.

На фиг. 1 показан аппарат, вертикальный разрез; на фиг. 2 - узел Т на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 1; íà фиг 4 - вертикальный разрез аппарата, трубки расположены с различным шагом по высоте корпуса; на фиг. 5то же, трубки выполнены с наружным диаметром, увеличивающимся снизу вверх по высоте корпуса, на фиг. 6 — то же, с двумя патрубками вывода газа.

Вихревой распыливающий массообменHbN аппарат содержит цилиндрический корпус 1 с торцовой крышкой 2 и кольцевой крышкой 3, в котором расположен распылитель 4 жидкости. В цилиндрическом корпусе 1 по всей высоте выполнены тангенциальные щели 5 для ввоца газа и вертикальные щели 6 для отвода жидкости.

В центре кольцевой крышки 3 установлен патрубок 7 цля отвода газа, соосно которого расположен распылитель 4 жидкости.

Распылитель 4 жидкости выполнен в виде ряда расположеннык по всей высоте корпуса кольцевых трубок 8, нв внешней по929 184 нервности которых находятся сопла 9 патрубков 10 пля перетока жидкости из одной трубки 8 в другую и патрубка 11 для попвопа жидкости.

Возможны другие варианты выполнения 5 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 ко льцевых трубок 8, диаметр наружной пове рхн ости к от ор ых ра зличен по в ыс оте корпуса (фиг. 5).

Распылитель 4 жидкости может также состоять из одной трубки 8, изогнутой 15 по всей высоте корпуса в виде змеевика, на внешней поверхности которого распс ложены сопла 9.

Корпус может быть выполнен с двумя патрубками 7 для отвода газа, симмет- го рично расположенными в крышках 2 и 3 (фиг. 6).

Выполнение симметричных патрубков

7 в нижней и верхней крышках 3 позволяет выравнивать поле скоростей по вы- г5 соте 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 отвода газа в верхней крышке 3 изменяет картину течения гащ в корпусе, смещает максимум окружных скоростей в верхней

35 части корпуса к центральной области, приводит к выравниванию относа газового потока по высоте корпуса, увеличению относительных скорсстей газа и жидкости в зоне распыла, увеличению межфазной

40 поверхности, что, в свою очередь, приводит к интенсификации процесса массообмен а.

Как показывают экспериментальные исслепования, при увеличении высоты корпу- ss са, максимум окружных скоростей газового потока у торцовой крышки 2 смешается к периферии. В этом случае пля создания монописперсного капельного потока во всем обьеме корпуса необходимо обеспечить и одинаковые условия для расныла жидкости, т.е. производить распыл по всей высоте корпуса при одинаковых максимальных относительных скоростях жидкости и газа. A так как максимум окружной ске рости у кольцевой крышки 3 лежит у среза выходного отверстия трубки 7 для отвода газа, а у торцовой крышки 2 несколько смещены к периферии, то выполнение распылителя в виде кольцевых трубок, у которых наружный диаметр изменяется от максимального у торцовой крышки 2 по минимального у крышки 3, позволяет расположить сопла в области максимальных окружных скоростей, уменьшить размеры распыливаемых капель жидкости, увеличить межфазную поверхность, интенсифицировать процесс массообмена.

Вихревой распыливаюший массообменный аппарат работает следующим образом

Газ (пар) по тангенциальным щелям в цилиндрическом корпусе 1 подается в аппарат по всей его высоте тонким слоем, образуя 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 была достаточной для писпергирования жидкости йа капли размером 50-100 мк. Это соответствует czoрости газового потока 90-156 м/O . При этом в газовом потоке возникает три зоны. Первая зона характеризуется плоским спиральным течением с возрастанием окружной составляющей скорости. Вторая о зона характеризуется появлением, и резким возрастанием осевой скорости, направленной по оси выходного патрубка, при этом окружная скорость уменьшается. Третья зона находится в центре камеры и течение в ней является замкнутым, вихревым.

Жидкость, подаваемую по патрубкам

10 и 11 через трубки 8,подводится к соплам 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 1. Сепарированная жидкость по щелям 5 отводится из аппарата. Такой отвод жидкости пает возможность предотвратить срыв пленки и унос капель в тангенциальных щелях 5 выходящим потоком газа.

Конструкция распределителя позволяет выравнивать газовый поток путем соответствующего изменения густоты расположения трубок 8 по высоте корпуса, более рационально использовать обьем камеры в зависимости от формы полн скоростей газового потока, располагая труб-. ки с различным наружным диаметром по

7 920 18 высоте корпуса. возможно испоолнение распылителя в виде одной трубки, изог- нутой по винтовой линии. Такой подход ведет в некоторых случаях к снижению ги дравлического с 0про тив лени я. 5

B периоц диспергирования жидкости и во ace время движения микрокапель жйдкости в аппаратуре происходит интенсивный массообмен.

Обработанный газ (пар) в вице интен- Io сивного вихря выходит через патрубок 7 для отвода газа в центре торцовой крышки.

При оцноступенчатой конструкции от вод газа может осуществляться по двум д симметрично расположенным в крышках патрубкам для отвода газа, что дает снижение гицравлических потерь, более рав номерное поле скоростей газового потока

В lvl ace ooGMBHHOO камере, 20

Аппарат может быть установлен в вертикальном иа гориэснтальном положении.

Предложенный аппарат имеет следующие преимущества: интенсивный и рави мерный массообмен во время противоположного движения мищзокадель жидкости и газа во всем обьеме аппарата ; интенсивность массообмена возрастает, что позволяет значительно снизить себестоимость выхоцяще о продуктщ Ьысокую произ водительность при высокой эффективности процесса массообмена и малых габаритах аппарата; низкое гидравлическое сопротивление; после аппарата не требуется установка сепар атора. соосно которому расположен распылитель жицкocm, выполненный в виде ряца концевых трубок, расположенньв по всеЯ высоте аппарата и соединенных между собой патрубками, причем на внешней поверхности трубок расположены сопла, усь ройство для вывода жидкости, о т л ич а ю ш и и с я тем, что, с целью интенсификации процесса эа счет выравнивания газового потока и рационального испощвзования обьема аппарата, ввод газа выполнен в вице щелей повсей высоте корпуса, а кольцевые трубки распылителя расположены в плоскостях, перпендикулярных к плоскостям входных сечений щелей., 2. Аппарат по п. l, о т л и ч а ю» ш и и с я тем, что устройство для вывода жидкости выполнено в вице вертикальных щелей по высоте корпуса.

3. Atmapar по пп, 1 и 2, „о т л и ч а— ю шийся тем, что трубки расположены с различным шагом по высоте корпуса.

4. Аппарат по пп. 1-3, о т л и ч аю ш и и с я тем, что трубки выполнены с наружным диаметром, увеличивающимся снизу вверх по высоте корпуса.

5. Аппарат по пп. 1-4, о т л и ч аю ш и и с я тем, что корпус снабжен дополнительным патрубком вывода газа, расположенным симметрично патрубку вывода газа.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Формула изобретения

1. Вихревой распыливаккций массообмен ный анпарат, соцержащий цилиндрик.ский

:корпус и крышки, тангенциальный патру бок ввода rasa, патрубок вывоца газа, 1. Митропольская H. E., Николаев Н. А., Булкин В. А. Абсорбционный аппарат высокой производительности для комплексной очистки газов. Известия

ВУЗов. «Химия и химическая технология«.

1974, М 1, с, 151.

2. Патент США М 3599398, кл. 55-84, 1971.

929 184

У

Фоат

ВНИИПИ Заказ 3354/9 Тираж 733 Подписное !

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