RU163474U1

RU163474U1 - CENTRIFUGAL DISTRIBUTION DEVICE FOR LIQUID

Info

Publication number: RU163474U1
Application number: RU2015155499/05U
Authority: RU
Inventors: Наталия Валентиновна Шибитова; Николай Степанович Шибитов; Александр Борисович Голованчиков; Иван Александрович Трофимов; Дмитрий Александрович Доронин
Priority date: 2015-12-23
Filing date: 2015-12-23
Publication date: 2016-07-20

Abstract

Центробежное распределительное устройство для жидкости, включающее вращающийся распределитель, установленный на опоре, жестко закрепленной на крестовине, с отверстиями для орошающей жидкости, снабженный по периферии внутренней части радиальными лопатками и расположенными по внешнему контуру наклонными лопатками, установленными с возможностью изменения угла наклона к основанию распределителя, отличающееся тем, что распределитель выполнен в виде двух вложенных один в другой усеченных конусов, жестко соединенных кольцевыми перфорированными дисками, причем отверстия для орошающей жидкости на внутреннем конусе расположены выше наружного усеченного конуса, а наружный усеченный конус выполнен с отверстиями по всей поверхности и снабжен жестко закрепленным центральным распределителем в виде перфорированного перевернутого стакана с жестко закрепленной на нем опорой.A centrifugal liquid distribution device, including a rotary distributor mounted on a support rigidly mounted on the crosspiece, with irrigation liquid holes, provided with radial vanes on the periphery of the inner part and inclined vanes located on the outer contour, mounted to change the angle of inclination to the distributor base, characterized in that the distributor is made in the form of two truncated cones nested one into the other, rigidly connected by annular perforations en discs, wherein apertures for the scrubbing liquid in the inner cone located above the outer truncated cone and an outer truncated cone provided with holes over the entire surface and is provided with a firmly fixed central distributor in the form of an inverted cup with apertured rigidly fixed to support it.

Description

Заявленное техническое решение относится к распределителям жидкости массообменных колонн и может быть использовано в различных отраслях химической, нефтехимической, пищевой и фармацевтической промышленности, где требуется равномерное распределение жидких сред по сечению аппарата.The claimed technical solution relates to liquid distributors for mass transfer columns and can be used in various sectors of the chemical, petrochemical, food and pharmaceutical industries, where uniform distribution of liquid media over the apparatus cross section is required.

Из предшествующего уровня техники известны конструкции центробежных распределительных устройств (Пажи Д.Г., Корягин А.А., Ламм Э.А. Распыливающие устройства в химической промышленности, М, «Химия», 1975, 200 стр.), в которых распылитель жидкости выполнен в форме диска.The prior art designs of centrifugal distribution devices (Pazhi DG, Koryagin AA, Lamm EA, Spray devices in the chemical industry, M, Chemistry, 1975, 200 pages), in which a liquid atomizer is known made in the form of a disk.

Технический результат данным устройством не может быть достигнут, так как дисковый распылитель не обеспечивает распределение жидкости по всему сечению аппарата и вращение диска создается с помощью электродвигателя.The technical result of this device cannot be achieved, since the disk atomizer does not provide liquid distribution over the entire cross section of the apparatus and the rotation of the disk is created using an electric motor.

Известна конструкция распределительного устройства типа сегнерова колеса с радиальной регулируемой щелью и активной турбиной (Олевский В.М. и др. Пленочная тепло- и массообменная аппаратура. М.: Химия, 1988, с. 76-77). Данная конструкция состоит из кольцевого канала для подвода жидкости к радиальным лопастям турбины, двух распределительных и двух главных каналов, направленных в противоположные стороны от оси вращения и имеющих регулируемые щелевые отверстия.A known design of a switchgear such as a Segner wheel with a radial adjustable slot and an active turbine (Olevsky V.M. and others. Film heat and mass transfer equipment. M: Chemistry, 1988, p. 76-77). This design consists of an annular channel for supplying fluid to the radial blades of the turbine, two distribution and two main channels directed in opposite directions from the axis of rotation and having adjustable slotted holes.

Технический результат данным устройством не может быть достигнут, так как равномерность распределения жидкости по всему сечению аппарата не обеспечивается из-за того, что жидкость истекает через щели, направленные в противоположные стороны относительно оси вращения (под углом 180°С). Вследствие того, что радиус приложения силы в активной турбине мал, создается и малый крутящий момент. Это приводит к неравномерному распределению жидкости по всему объему аппарата.The technical result of this device cannot be achieved, since the uniform distribution of fluid over the entire cross section of the apparatus is not ensured due to the fact that the fluid flows through slots directed in opposite directions relative to the axis of rotation (at an angle of 180 ° C). Due to the fact that the radius of application of force in the active turbine is small, a small torque is also created. This leads to an uneven distribution of fluid throughout the volume of the apparatus.

Известна конструкция центробежного устройства для контактирования газа с жидкостью для проведения массообменных процессов (Патент RU 2257934, МПК B01D 3/30, 2005), протекающих в центробежном поле. Устройство содержит вертикальный цилиндрический корпус и установленные в нем по высоте контактные горизонтальные перегородки с переливными отверстиями, под каждым из которых расположен заглушенный снизу и жестко закрепленный на вращающемся валу разбрызгивающий жидкость цилиндр, в котором переливные отверстия в смежных контактных перегородках смещены относительно друг друга с образованием в корпусе каскада для жидкости. В контактных перегородках выполнены проходные отверстия для вращающихся валов. Разбрызгивающие жидкость цилиндры выполнены сетчатыми.A known design of a centrifugal device for contacting gas with a liquid for mass transfer processes (Patent RU 2257934, IPC B01D 3/30, 2005), flowing in a centrifugal field. The device comprises a vertical cylindrical body and horizontal horizontal partitions installed in it with overflow openings, under each of which is a cylinder that is muffled from below and rigidly mounted on a rotating shaft and in which overflow openings in adjacent contact partitions are displaced relative to each other to form cascade housing for fluid. In the contact partitions, through holes for rotating shafts are made. Liquid spraying cylinders are mesh.

Технический результат данным устройством не может быть достигнут, так как посредством распыливания и разбрызгивания жидкости в газовом потоке, а также контакта в тонкой пленке жидкости во внутренней части пленочного цилиндра не обеспечивается равномерность орошения жидкости вследствие перекрытия зон цилиндрами и валами.The technical result of this device cannot be achieved, because by spraying and spraying the liquid in the gas stream, as well as contact in a thin film of liquid in the inner part of the film cylinder, the irrigation of the liquid is not uniform due to the overlapping of the zones with cylinders and shafts.

Известен распылитель дисковый (Патент RU 2460589, МПК В05В 3/12, 2012), содержащий корпус с внутренней камерой, в которой закреплены сопла, причем каждое из сопел содержит полый цилиндрический корпус, который состоит из цилиндрической части с внешней резьбой для подсоединения к штуцеру распределительного трубопровода, подводящего жидкость, конической переходной части и цилиндрической части с большим размером диаметрального сечения, и с внутренней резьбовой поверхностью, а соосно корпусу в его нижней части закреплено сопло, образованное цилиндрической поверхностью с внешней резьбой, взаимодействующей с цилиндрической частью корпуса, при этом цилиндрическая поверхность сопла переходит в коническую поверхность и замыкается торцевой, перпендикулярной оси корпуса, глухой перегородкой, с жиклером в ее центре, выполненным осесимметричным соплу и состоящим из цилиндрического и конического дроссельных отверстий, соединенных последовательно, причем больший диаметр конического отверстия расположен на глухой перегородке сопла, при этом корпус и сопло образуют три соосных между собой внутренних цилиндрических камеры, а на сопле со стороны, противоположной подводу жидкости, выполнен дополнительный ряд жиклеров, которые образованы по крайней мере тремя парами взаимно перпендикулярных вертикальных каналов для прохода жидкости и горизонтальных каналов, которые пересекаются на конической боковой поверхности сопла и образуют выходные отверстия каждого из жиклеров, при этом парные каналы расположены под прямым углом друг к другу в продольных плоскостях корпуса, а коническая боковая поверхность сопла выполнена с углом при вершине, равным 90°.Known disk atomizer (Patent RU 2460589, IPC B05V 3/12, 2012), comprising a housing with an internal chamber in which nozzles are fixed, each nozzle comprising a hollow cylindrical body, which consists of a cylindrical part with an external thread for connection to a distribution fitting a fluid supply pipe, a conical transition part and a cylindrical part with a large diameter of the diametrical section, and with an internal threaded surface, and a nozzle formed by a cylinder is fixed coaxially to the housing in its lower part a female surface with an external thread interacting with the cylindrical part of the body, while the cylindrical surface of the nozzle goes into a conical surface and closes with the end, perpendicular to the axis of the body, a blank partition, with a nozzle in its center made by an axisymmetric nozzle and consisting of a cylindrical and conical throttle holes, connected in series, with a larger diameter of the conical hole located on the blind partition of the nozzle, while the casing and the nozzle form three coaxial with each other an internal cylindrical chamber, and on the nozzle from the side opposite the fluid supply, an additional row of nozzles is made, which are formed by at least three pairs of mutually perpendicular vertical channels for the passage of liquid and horizontal channels that intersect on the conical lateral surface of the nozzle and form the outlet openings of each nozzles, while the paired channels are located at right angles to each other in the longitudinal planes of the housing, and the conical side surface of the nozzle is made with an angle When the top of 90 °.

Технический результат данным устройством не может быть достигнут, так как вследствие сложности конструкции трудно обеспечить равномерную подачу распределяемой жидкости к каждому соплу, что не позволяет получить равномерное распределение ее по всему сечению колонны.The technical result of this device cannot be achieved, since due to the complexity of the design it is difficult to ensure a uniform supply of the distributed liquid to each nozzle, which does not allow to obtain a uniform distribution over the entire cross section of the column.

В известном центробежном распылителе жидкости (Патент RU 2449840, МПК В05В 3/12, 2012), содержащем устройство загрузки, распылительную насадку, на боковой поверхности которой выполнены отверстия, расположенные горизонтальными рядами, распылительная насадка представляет собой усеченный конус, размещенный меньшим основанием вниз и диаметр отверстий в рядах увеличивается от нижнего ряда к верхнему.In the known centrifugal liquid atomizer (Patent RU 2449840, IPC B05B 3/12, 2012) containing a loading device, a spray nozzle, on the side surface of which openings are arranged in horizontal rows, the spray nozzle is a truncated cone placed with a smaller base down and diameter holes in the rows increases from the bottom row to the top.

Технический результат данным устройством не может быть достигнут, так как энергия на распыление жидкости подводится от электродвигателя, что увеличивает энергозатраты.The technical result of this device cannot be achieved, since the energy for spraying the liquid is supplied from the electric motor, which increases energy consumption.

Известен центробежный распылитель жидкости (Патент RU 2449839, МПК В05В 3/12, 2012), содержащий устройство загрузки, распылительную насадку, в которой размещены сопловые трубки с каналами при этом сопловые трубки расположены горизонтальными рядами и их длина в рядах меняется от нижнего ряда к верхнему, причем каналы в сопловых трубках имеют переменную в сечении форму - от цилиндрической в месте крепления трубок к прямоугольной на краю.A centrifugal liquid atomizer is known (Patent RU 2449839, IPC B05B 3/12, 2012), comprising a loading device, a spray nozzle in which nozzle tubes with channels are located, while nozzle tubes are arranged in horizontal rows and their length in rows varies from the lower to the upper row moreover, the channels in the nozzle tubes have a variable cross-sectional shape - from cylindrical in the place of attachment of the tubes to a rectangular one on the edge.

К недостаткам данного центробежного распылителя следует отнести сложность конструкции, невысокое качество распыла и неравномерность распределения объемной плотности капель по сечению аппарата.The disadvantages of this centrifugal atomizer include the complexity of the design, low spray quality and uneven distribution of bulk density of droplets over the cross section of the apparatus.

Наиболее близким по конструкции распределителем жидкости (Патент RU 158009, МПК B01D 53/18, 2015), выбранным в качестве прототипа, является центробежное распределительное устройство, в котором распределитель выполнен в виде полого перевернутого усеченного конуса, установленного на двух соосных опорах, жестко закрепленных на крестовинах, отверстия выполнены по всей поверхности распределителя по многозаходной спирали, а радиальные лопатки и наклонные лопатки установлены с возможностью изменения угла наклона к горизонтальной поверхности распределителя причем вращение распределителя создается за счет потока жидкости орошения и восходящего потока газа в колонне.The closest in design liquid distributor (Patent RU 158009, IPC B01D 53/18, 2015), selected as a prototype, is a centrifugal distribution device in which the distributor is made in the form of a hollow inverted truncated cone mounted on two coaxial supports rigidly fixed to crosses, holes are made over the entire surface of the distributor in a multi-start spiral, and radial blades and inclined blades are installed with the possibility of changing the angle of inclination to the horizontal surface of the distribution and rotation of the distributor is created due to the flow of irrigation fluid and the upward flow of gas in the column.

Технический результат может быть достигнут только частично, так как нижняя часть конического распределителя занята опорой, что ухудшает орошение центральной зоны колонны, следовательно нарушает равномерность распределения жидкости и снижает эффективность работы колонны.The technical result can be achieved only partially, since the lower part of the conical distributor is occupied by the support, which worsens the irrigation of the central zone of the column, therefore violates the uniform distribution of the liquid and reduces the efficiency of the column.

Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, заключается в разработке центробежного распределительного устройства жидкости, обеспечивающего равномерное распределение жидкости по сечению устройства, что обеспечивает эффективность работы насадочных аппаратов.The problem to which the claimed technical solution is directed is to develop a centrifugal liquid distribution device that ensures uniform distribution of liquid over the cross section of the device, which ensures the efficiency of the nozzles.

Техническим результатом предлагаемой конструкции центробежного распределительного устройства жидкости является повышение эффективности массообменных аппаратов, в которых они применяются, а также снижение энергозатрат на вращение распределителя за счет использования энергии входящего потока жидкости и внутреннего потока газа.The technical result of the proposed design of a centrifugal liquid distribution device is to increase the efficiency of the mass transfer apparatuses in which they are used, as well as to reduce the energy consumption for the rotation of the distributor by using the energy of the incoming liquid stream and the internal gas stream.

Технический результат достигается при использовании центробежного распределительного устройства для жидкости, включающего вращающийся распределитель, установленный на опоре, жестко закрепленной на крестовине, с отверстиями для орошающей жидкости, снабженный по периферии внутренней части радиальными лопатками, и расположенными по внешнему контуру наклонными лопатками, установленными с возможностью изменения угла наклона к основанию распределителя, при этом распределитель выполнен в виде двух вложенных один в другой усеченных конусов, жестко соединенных кольцевыми перфорированными дисками, причем отверстия для орошающей жидкости на внутреннем конусе расположены выше наружного усеченного конуса, а наружный усеченный конус выполнен с отверстиями по всей поверхности, и снабжен жестко закрепленным центральным распределителем в виде перфорированного перевернутого стакана, с жестко закрепленной на нем опорой.The technical result is achieved by using a centrifugal dispenser for liquids, including a rotary distributor mounted on a support rigidly mounted on the cross, with holes for irrigation fluid, equipped with radial blades on the periphery of the inner part, and inclined blades arranged with the possibility of change the angle of inclination to the base of the distributor, while the distributor is made in the form of two truncated cones embedded in one another owls rigidly connected by annular perforated disks, the openings for irrigation fluid on the inner cone are located above the outer truncated cone, and the outer truncated cone is made with openings over the entire surface, and is equipped with a rigidly fixed central distributor in the form of a perforated inverted cup with a rigidly fixed on it support.

Разработанная конструкция центробежного распределительного устройства для жидкости, в котором распределитель выполнен в виде двух усеченных конусов, вложенных один в другой, причем внутренний конус имеет отверстия только в верхней части - выше наружного усеченного конуса, а наружный усеченный конус имеет отверстия по всей поверхности, включая его дно, что обеспечивает равномерный подъем жидкости по внутренней поверхности наружного усеченного конуса, приводит к увеличению поверхности контакта газовой и жидкой фаз и, соответственно, повышает эффективность работы устройства. При этом установка жестко закрепленного центрального распределителя, имеющего форму перевернутого стакана с отверстиями по всей поверхности, в центре дна наружного конуса, позволяет интенсивнее орошать центральную часть сечения колонны, что также повышает эффективность работы устройства.The developed design of a centrifugal liquid distribution device, in which the distributor is made in the form of two truncated cones, nestled one into the other, the inner cone having holes only in the upper part - above the outer truncated cone, and the outer truncated cone has holes over the entire surface, including its the bottom, which ensures uniform liquid rise along the inner surface of the outer truncated cone, leads to an increase in the contact surface of the gas and liquid phases and, accordingly, along improves the efficiency of the device. In this case, the installation of a rigidly fixed central distributor, having the shape of an inverted glass with holes over the entire surface, in the center of the bottom of the outer cone, allows you to more intensively irrigate the central part of the column section, which also increases the efficiency of the device.

На схеме представлен общий вид конструкции центробежного распределительного устройства для жидкости в разрезе.The diagram shows a General view of the design of a centrifugal distribution device for liquid in the context.

Центробежное распределительное устройство для жидкости включает вращающийся распределитель 1, установленный на опоре 2, жестко закрепленной на крестовине 3. Распределитель 1 выполнен в виде двух вложенных один в другой усеченных конусов - внутреннего 4 и наружного 5 - жестко соединенных кольцевыми перфорированными дисками 6, 7. На конусах 4 и 5 выполнены отверстия для орошающей жидкости. Отверстия 8 для орошающей жидкости на внутреннем конусе 4 расположены выше наружного усеченного конуса 5, а отверстия 9 на наружном усеченном конусе выполнены по всей поверхности. Наружный усеченный конус 5 снабжен жестко закрепленным центральным распределителем 10, выполненным в виде перфорированного перевернутого стакана, с жестко закрепленной на нем опорой 2.The centrifugal liquid distribution device includes a rotary distributor 1 mounted on a support 2, rigidly fixed to the crosspiece 3. The distributor 1 is made in the form of two truncated cones nested one inside the other - internal 4 and external 5 - rigidly connected by annular perforated disks 6, 7. On cones 4 and 5 are made holes for irrigation fluid. Holes 8 for irrigation fluid on the inner cone 4 are located above the outer truncated cone 5, and holes 9 on the outer truncated cone are made over the entire surface. The outer truncated cone 5 is equipped with a rigidly fixed central distributor 10, made in the form of a perforated inverted glass, with a support 2 rigidly fixed on it.

Внутренний усеченный конус 4 снабжен по периферии внутренней части радиальными лопатками 11, и расположенными по внешнему контуру наклонными лопатками 12, установленными с возможностью изменения угла наклона к основанию распределителя. Подвод жидкости осуществляется тангенциально из трубы питания 13.The inner truncated cone 4 is provided on the periphery of the inner part with radial blades 11, and inclined blades 12 located along the external contour, mounted with the possibility of changing the angle of inclination to the base of the distributor. The fluid is supplied tangentially from the supply pipe 13.

Радиальные штанги 14 крестовины 3, выполнены телескопическими. Радиальные лопатки 11 целесообразно устанавливать перпендикулярно к входящему потоку жидкости, а при разделении одного входящего потока на два потока предпочтительно ориентировать их во взаимно противоположных направлениях. Крестовина 3 установлена для усиления жесткости распределителя.Radial rods 14 of the cross 3, made telescopic. It is advisable to install the radial blades 11 perpendicular to the incoming fluid stream, and when dividing one incoming stream into two streams, it is preferable to orient them in mutually opposite directions. Crosspiece 3 is installed to enhance the stiffness of the distributor.

Распределитель 1 с жестко закрепленной опорой 2 на центральном распределителе 10, устанавливается во втулке 15 и удерживается с помощью гайки с шайбой 16 и подшипника 17.The distributor 1 with a rigidly mounted support 2 on the central distributor 10 is installed in the sleeve 15 and is held by a nut with a washer 16 and a bearing 17.

Центробежное распределительное устройство для жидкости работает следующим образом. Жидкость из трубы питания 14 тангенциально поступает на радиальные лопатки 11 распределителя 1, из которого через отверстия 8 для орошающей жидкости, в виде струй под действием центробежных сил, возникающих при вращении распределителя 1, вытекает под определенным углом и разбрызгивается по периферийным зонам аппарата. Вращение распределителя 1 усиливается за счет восходящего потока газа (пара), попадающего на наклонные лопатки 12 внешнего контура. Жидкость по стенке внутреннего конуса 4 стекает в нижнюю часть наружного конуса 5, откуда часть жидкости через отверстия центрального распределителя 10 разбрызгивается в центральную зону аппарата, другая часть жидкости поднимается по стенке наружного конуса 5, обеспечивая равномерное орошение жидкости по сечению колонны.Centrifugal dispenser for liquid works as follows. The liquid from the supply pipe 14 tangentially enters the radial blades 11 of the distributor 1, from which through the openings 8 for the irrigation liquid, in the form of jets under the action of centrifugal forces arising from the rotation of the distributor 1, flows out at a certain angle and is sprayed to the peripheral zones of the apparatus. The rotation of the distributor 1 is enhanced by the upward flow of gas (steam) entering the inclined blades 12 of the external circuit. The liquid along the wall of the inner cone 4 flows into the lower part of the outer cone 5, from where a part of the liquid is sprayed through the openings of the central distributor 10 into the central zone of the apparatus, the other part of the liquid rises along the wall of the outer cone 5, ensuring uniform irrigation of the liquid over the cross section of the column.

Траектория полета струи жидкости определяется диаметром струи, скоростью полета, которая зависит от числа оборотов распределителя, а также расположением отверстия над поверхностью насадки.The flight path of the liquid jet is determined by the diameter of the jet, the flight speed, which depends on the speed of the distributor, as well as the location of the hole above the nozzle surface.

Таким образом, предлагаемая конструкция центробежного распределительного устройства для жидкости позволяет увеличить поверхность контакта и обеспечить равномерное контактирование фаз, что повышает эффективность массообмена, а использование энергии входного потока жидкости позволяет снизить энергозатраты на вращение распределителя.Thus, the proposed design of a centrifugal liquid distribution device allows to increase the contact surface and ensure uniform contacting of the phases, which increases the efficiency of mass transfer, and the use of the energy of the liquid inlet stream reduces the energy consumption for the rotation of the distributor.

Claims

A centrifugal liquid distribution device, including a rotary distributor mounted on a support rigidly mounted on the crosspiece, with irrigation liquid holes, provided with radial vanes on the periphery of the inner part and inclined vanes located on the outer contour, mounted with the possibility of changing the angle of inclination to the distributor base, characterized in that the distributor is made in the form of two truncated cones nested one into the other, rigidly connected by annular perforations en discs, wherein apertures for the scrubbing liquid in the inner cone located above the outer truncated cone and an outer truncated cone provided with holes over the entire surface and is provided with a firmly fixed central distributor in the form of an inverted cup with apertured rigidly fixed to support it.