Тепломассообменный аппарат

НАЦИОНАЛЬНОЕ ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(56) Авторское свидетельство СССР М 91057056, кл. ВО 2 В 3/30, 1983(57) Изобретение относится в аппаратурному оформлению процессов теппомассообмена и может использоваться в химической, металлургической, пищевой и других отраслях промышленности,в частности для проведения процессов абсорбции, 2Техническим результатом, получаемым при осуществлении изобретения, является интенсификация процессов теппомассообмена путем рационального использования энергии газового потока,улучшение сепарации фаз и уменьшения брызгоуноса.Необходимый результат достигается тем, что завихритель выполнен полуэлиптическим, переходящим в цилиндр, щель для прохода газа вьполне на в виде 2-х или 3-х заходной спирали, снабженной козырьком, установленным под углом к касательной поверхности завихрителя.Изобретение относится к аппаратурному оформлению процессов массообмена и может использоваться в химической, металлургической, пищевой и др. отраслях промышленности, в частности для проведения процессов адсорбции, пылеуловителя десорбции.Известен массообменный аппарат (авторское свидетельство СССР Не 1187834, кл. В 01 Д 3/30,1985), содержащий конус с прорезями, закрепленный в корпус, ленточный завихритель, установленный в цилиндрическую обечайку. Недостатком этого устройства является малая эффективность использования энергии газового потока, большая часть которой тратится на преодоление сужающих устройств, лопаточного завихрителя прорезей и частное изменение направления движения, обусловленное сложностью конструкции аппарата.Известно также контактное устройство (авторское свидетельство СССР Не 1498529, кл. ВО 1 д 3 /26 1989), включающее корпус, полотно,на котором крепятся установленные коаксиально кольца с щелевыми насечкамии имеющее в межкольцевых пространствах радикальные наклонные лопатки,установленные под углом, противоположным углунаклона лопастей в соседнем межкольцевом пространстве. Недостатком этого устройства является неполное использование объема контактной зоны,так как диспергированная жидкость в поле центробежных сил отбрасывается на внутреннюю поверхность колец. Устройство не обеспечивает развитой поверхности контакта, так как взаимодействие фаз происходит преимущественно в пленочном режиме.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является контактное устройство для тепломассообменных аппаратов (авторское свидетельство СССР Мн 1057056, кл. 30113 З /30 1983), включающее корпус, конусообразный завихритель, переходящий в цилиндр с тангенциальными прорезями язычкового типа, расширитель-каплеуловитель, включающий соосные патрубки и отбойную перегородку.Для создания развитого закрученного восходящего газожидкостного потока требуется создание повышенного давления и высокой скорости газа в наружной части конического завихрителя.Основным недостатком известного устройства является высокое гидравлическое сопротивлениеустройства, так как для создания развитого турбулентного потока требуется создание повышенного давления в наружной части конического завихрителя. Это вызвано относительно малым свободным сечением завихрителя и тем, что язычки прорезей не способствуют изменению направления движения восходящего газожидкостного потока, что затрудняет его проход через прорези, создавая повышенное давление перед завихрителем. Кроме того, в конструкции прототипа отсутствует перекрестное соударение встречных потоков, в нижней части завихрителя находится зона пониженных скоростей восходящего двухфазного потока, способствующая провалу жидкости. Это может привести к захлебыванию аппарата.Задачей изобретения является создание вьсокоэффективного тепломассообменного аппарата большой пропускной способности при малых габаритных размерах с невысоким гидравлическим сопротивлением, с возможностью рециркуляции непроконтактированной жидкости.Технический результат, Достигаемый при осуществлении изобретения, - исключение вьшеуказанных недостатков, обеспечение лучшего контакта газ-жидкость и отбора жидкости после полного насыщения (отдачи компонента) вследствии движения капель жидкости по замкнутой траектории,при меньших энергетических затратах на проведение процесса.Требуемый технический результат достигается тем, что в тепломассообменном аппарате, включающем корпус, завихритель с переменным сечением, переходящим в цилиндр, щели-прорези для прохода газа в завихритель, расширитель-каплеуловитель, включающий патрубки и отбойную перегородку, завихритель выполнен полузлиптическим,переходящим в цилиндр, щель для прохода газа выполнена в виде 2-х или 3-х заходной спирали,снабженной козырьком, установленным под углом к касательной поверхности полуэпиптического завихрителя, и завихритель снабжен сливным стаканом для сбора и отвода жидкости.На фиг.1 показан общий вид аппарата, на фиг.2- вид снизу.Аппарат включает цилиндрический корпус 1, в котором крепится попуэлептический завихрительпереходящий в цилиндрическую часть 2, имеющий щели для прохода газа,выполненные в виде 2-х или 3-х заходных спиралей, снабженных козырьком Здля изменения направления движения газа. Внутри корпуса расширителя-каплеуловитепя 4 расположены патрубок 5 и патрубок б,снабженный отбойной перегородкой 7. Между корпусом расширителя и цилиндрической частью завихрителя находится камера 8 для сбора жидкости обогащенной легколетучим компонентом. Жидкость вводится сверху через ороситель 10. Вывод отработанной жидкости, обогащенной легколетучим компонентом, осуществляется через- через сливной стакан 12.Аппарат работает следующим образом газовый поток подается в корпус 1, далее проходит через спиралеобразные щели завихрителя 2, изменяя направление движения под определенным углом к горизонту и со смещением от центральной оси аппарата, что является следствием направляющего воздействия козырьков З. Такое направление движения газовых струй объясняется тем, что полоса спиралеобразного козырька обеспечивает направление движения газа со смещением от центральной оси аппарата и под определенным,изменяющимся углом к горизонту.В целом по контактной зоне газ приобретает вращательное движение, причем максимальное значение степени закрутки имеет место в верхней части завихрителя, так как по мере подъема газ постоянно подпитывается новыми струями. Кроме того, полуэлиптическая поверхность определяет такое распределение поля скоростей внутри контактной зоны, что в нижней части преобладают восходящие газовые потоки, так как касательная к поверхности завихрителя в разных его точках имеет различный угол к линиям тока восходящего газа. Жидкость подается оросителем 10 и в виде капель и струй орошает центральную часть аппарата. По мере падения жидкой фазы увеличивается воздействие поля центробежных сил, что приводит к ее диспергации. На капли жидкости действует подъемная сила восходящего потока газа и центробежное поле закрученного потока, которые при определенной дисперсности жидкости уравновешиваются с силой тяжести на определенном расстоянии от центральной оси и на определенной высоте от нижней части завихрителя. В целом по контактной зоне формируется взвешенный газожидкостный слой.Вращающийся газожидкостный поток поступает в расширитель-каплеуловитель 4 зоны сепарации, далее центральная часть отбирается от общего потока патрубком 5 и выводится через патрубок б. Частицы жидкости, имеющиеся в газеоседают на внутренней поверхности расширителя-каплеуловителя и стекают в камеру 8, оставшаяся жидкость вместе с периферийной частью газового потока поступает в камеру вторичной сепарации 9, где за счет гравитации происходит отделениежидкости от газа.Таким образом,в контактной зоне и зоне сепарации интенсивно проходят тепломассообменные процессы, развитая поверхность контакта фаз достигается в пленочном взаимодействии фаз (на внутренних поверхностях завихрителя, патрубков 5 и б зоны сепарации, корпуса расширителя-каплеуловителя 4, путем эжекции жидкости, стекающей к щелям завихрителя и с поверхности сливного стакана 12, соударением двухфазных потоков у центральной оси аппарата (что обеспечивает 2-хили 3-х заходная спиралевидная щель, определяющая пересечение встречных двухфазных потоков) , а также во взвешенном состоянии газожидкостного слоя как в контактной зоне, так и в зоне сепарации.Скорость массообмена значительна в периоды образования, отрыва и ускорения капель при диспергации жидкости. Межфазовые скорости высоки с момента подачи жидкости в аппарат, вплоть до ее вывода, так как сначала она диспергируется находится во взвешенном состоянии и движется по замкнутой траектории, взаимодействует с пленкой жидкости и эжектируется газовым потоком. Конструкция аппарата позволяет отбирать жидкость в зависимости от ее плотности, изменяющейся в процессе тепломассообмена, так как жидкость с более высокой плотностью стекает в сливной стакан 12, жидкость обогащенная легколетучим компонентом уносится в зону сепарации.Устойчивость ракеты аппарата обеспечивается поддержанием скорости газа в щеляхлрепятствующей провалу жидкости. Неравномерное распределение поля скоростей газа до поступления в завихритель, вызванное, например, 6поворотом газохода, наличием колен местных сопротивлений, не окажет существенного влияния на эффективность массообмена в аппарате. В этом случае несколько изменится траектория движения капель в объеме завихрителя, которая останется замкнутой - она сместится к области меньшей подпитки газом.Диспергированная жидкость будет циркулировать в контактной зоне по замкнутой траектории до насыщения улавливаемым компонентом. Осуществление сепарации в два этапа позволяет повысить эффективность разделения при больших нагрузках по фазам.Тепломассообменный аппаратвключающий корпусдавихритель с переменным сечением, переходящим в цилиндр, щели-прорези для прохода газа в завихритель, расширитель-каплеуловитель включающий соосные патрубки и отбойную перегородку, отличающийся тем, что завихритель выполнен полуэлиптическим и снабжен стаканом для сбора и отвода жидкости, щель для прохода газа выполнена в виде двух- или трех-заходной спирали, снабженной козырьком,установленным под углом к поверхности завихрителя.Верстка Казпатент, Исполнитель О.В.Машкова Ответственный за выпуск ЭЗ. Фаизова