RU2067019C1

RU2067019C1 - Gas treatment device

Info

Publication number: RU2067019C1
Application number: RU93053459A
Authority: RU
Inventors: В.Г. Диденко
Original assignee: Волгоградская государственная архитектурно-строительная академия
Priority date: 1993-11-29
Filing date: 1993-11-29
Publication date: 1996-09-27

Abstract

FIELD: cleaning gases in various branches of industries where wet-type apparatus are used. SUBSTANCE: circular diaphragm 5 is twisted in form of inverted truncated cone at apex angle of 90 to 150 deg relative to its lower base; upper base of cone is fitted in spaced relation in end section of exhaust pipe. EFFECT: reduction of power requirements due to reduction of hydraulic losses through reduced intensity of turbulent pulsation. 2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к средствам очистки газов в слое механической пены, образуемой путем диспергирования жидкости закрученным потоком обрабатываемого газа, и может быть использовано в различных областях промышленности, где возможно применение аппаратов мокрого типа. The invention relates to means for cleaning gases in a layer of mechanical foam formed by dispersing a liquid by a swirling flow of the treated gas, and can be used in various industries where it is possible to use wet-type apparatuses.

Известно устройство для обработки газа посредством образования пены, содержащее корпус с бункером, каплеотделителем и патрубками ввода и вывода газа, разделенный по высоте перегородкой с вертикальными трубами, оборудованными снизу закручивателями из лопаток, закрепленных по окружности между плоскими кольцевыми направляющими, верхняя из которых примыкает кромкой кольцевого отверстия к наружной поверхности трубы [1]
Недостаток известного устройства состоит в значительном гидравлическом сопротивлении, создаваемом интенсивной турбулентной пульсацией, которая обусловлена возникновением отрывных течений газа при разнонаправленном горизонтальном обтекании им верхних кольцевых направляющих с резким поворотом на 180^o потоков, движущихся через закручиватели внутрь труб. Этот недостаток известного устройства дополнительно усиливает наложение взаимного влияния потоков, обтекающих кольцевые направляющие смежных закручивателей, особенно при повышении объема пропускаемого через устройство газа - производительности по газу.A device for treating gas through the formation of foam is known, comprising a housing with a hopper, a droplet separator and gas inlet and outlet nozzles, divided by height by a partition with vertical pipes equipped with bottom spinners from the vanes, fixed around the circumference between flat annular guides, the upper of which is adjacent to the edge of the annular openings to the outside of the pipe [1]
A disadvantage of the known device is the significant hydraulic resistance created by intense turbulent pulsation, which is caused by the occurrence of separated flows of gas during multidirectional horizontal flow around the upper ring guides with a sharp 180 ^° rotation of the flows moving through the curlers into the pipes. This disadvantage of the known device further enhances the superposition of the mutual influence of the flows flowing around the annular guides of adjacent spinners, especially when increasing the volume of gas passed through the device — gas productivity.

Указанный недостаток частично устранен в устройстве, содержащем корпус с патрубком ввода газа и вертикальной выхлопной трубой, верхний торец которой оборудован сепаратором-каплеуловителем, а нижний закручивателем из лопаток, равномерно укрепленных по окружности выхлопной трубы под острым углом к касательной в точке крепления, и плоской кольцевой диафрагмой на их верхних кромках, размещенной в плоскости торцевого сечения трубы с зазором между ее внутренней поверхностью и наружной кромкой диафрагмы. Благодаря этому достигается однонаправленное обтекание газом кольцевой диафрагмы с уменьшением угла поворота до 90^o, что сокращает зону отрыва течения и интенсивность турбулентных пульсаций. По совокупности признаков данное известное устройство наиболее близко к предлагаемому и принято в качестве наиболее близкого аналога [2]
Недостаток известного устройства состоит в значительных гидравлических потерях напора газа, возникающих из-за сохранения зоны отрывного течения при повороте на 90^o потоков, движущихся в закручиватель, и дополнительного сопротивления, создаваемого сужением прохода газа внутрь трубы закручивателя, размещением в ее торцевом сечении плоской кольцевой диафрагмы. Особенно резко этот недостаток проявляется при повышении объема пропускаемого через устройство газа.This drawback is partially eliminated in a device containing a housing with a gas inlet pipe and a vertical exhaust pipe, the upper end of which is equipped with a droplet separator, and the lower curler made of blades uniformly mounted around the exhaust pipe at an acute angle to the tangent at the attachment point, and a flat ring a diaphragm on their upper edges, placed in the plane of the end section of the pipe with a gap between its inner surface and the outer edge of the diaphragm. This achieves a unidirectional gas flow around the annular diaphragm with a decrease in the angle of rotation to 90 ^o , which reduces the separation zone of the flow and the intensity of turbulent pulsations. By the totality of the features, this known device is closest to the proposed one and adopted as the closest analogue [2]
A disadvantage of the known device is the significant hydraulic loss of gas pressure due to the preservation of the separation flow zone when turning 90 ^{° of the} flows moving into the curler and the additional resistance created by narrowing the gas passage inside the curler tube by placing a flat annular diaphragm in its end section . This drawback is especially pronounced with an increase in the volume of gas passed through the device.

Технический результат изобретения сокращение энергетических затрат на обработку газа за счет уменьшения гидравлических потерь его напора путем снижения интенсивности турбулентных пульсаций. The technical result of the invention is the reduction of energy costs for gas processing by reducing the hydraulic losses of its pressure by reducing the intensity of turbulent pulsations.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для обработки газа, включающем корпус, частично заполненный жидкостью, с патрубком ввода газа и одной или несколькими вертикальными выхлопными трубами, верхние концы которых оборудованы сепараторами, а нижние закручивателями из лопаток, равномерно укрепленных по окружности выхлопной трубы под острым углом к касательной в точке крепления, и кольцевой диафрагмы на их верхних кромках, согласно изобретению, кольцевая диафрагма выполнена в виде обратного усеченного конуса с углом раскрытия 90 150^o к его нижнему основанию, при этом верхнее основание конуса размещено с зазором к торцу выхлопной трубы.The technical result is achieved in that in a gas treatment device including a housing partially filled with liquid, with a gas inlet pipe and one or more vertical exhaust pipes, the upper ends of which are equipped with separators, and the lower ends of the blades from the blades uniformly mounted around the circumference of the exhaust pipe under an acute angle to the tangent at the attachment point, and the annular diaphragm on their upper edges, according to the invention, the annular diaphragm is made in the form of an inverse truncated cone with an angle of rytiya 90 150 ^o to its lower base, the upper base of the cone taken with a gap to the end of the exhaust pipe.

Выполнение кольцевой диафрагмы в виде перевернутого конуса с углом раскрытия 90 150^o к его нижнему основанию, образующему отверстие входа внутрь выхлопной трубы, снижает интенсивность турбулентных пульсаций за счет направляемого конической поверхностью плавного последовательного поворота потока газа при их движении через закручиватель внутрь выхлопной трубы.The implementation of the annular diaphragm in the form of an inverted cone with an opening angle of 90 150 ^o to its lower base, which forms the opening of the entrance into the exhaust pipe, reduces the intensity of turbulent pulsations due to the smooth consecutive rotation of the gas flow directed by the conical surface when they move through the swirl inside the exhaust pipe.

Размещение конической диафрагмы верхним основанием с зазором в торцевом сечении выхлопной трубы обеспечивает сокращение зон отрывного течения газа за счет их заполнения образующейся на конической поверхности однонаправленно движущейся с газом пленки жидкости, частично стекающей через кольцевой зазор из выхлопной трубы. Placing the conical diaphragm with the upper base with a gap in the end section of the exhaust pipe reduces the zones of separated flow of gas due to their filling in a film of liquid that is unidirectionally moving with the gas and partially flows through the annular gap from the exhaust pipe.

Кроме того, за счет увеличения диаметра отверстия входа в выхлопную трубу у кольцевой конической диафрагмы по сравнению с плоской, при равновеликой ширине их кольцевой поверхности, снижается гидравлическое сопротивление проходу газа внутрь трубы. In addition, due to the increase in the diameter of the opening of the inlet to the exhaust pipe at the annular conical diaphragm compared to a flat one, with an equal width of their annular surface, the hydraulic resistance to gas passage inside the pipe is reduced.

На фиг.1 показан общий вид устройств; на фиг.2 сечение по А-А на фиг.1; на фиг. 3 сопряжение конической диафрагмы с выхлопной трубой в продольном сечении; на фиг.4 вид по Б-Б на фиг.3. Figure 1 shows a General view of the devices; figure 2 section along aa in figure 1; in FIG. 3 mating a conical diaphragm with an exhaust pipe in longitudinal section; figure 4 is a view along BB in figure 3.

Устройство содержит корпус 1, патрубок ввода газа 2, одну или несколько вертикальных выхлопных труб 3 аналогичной конструкции. Нижние концы выхлопных труб заглублены в корпусе устройства и снабжены закручивателем из лопаток 4, равномерно укрепленных по окружности торцевого сечения каждой из труб под острым углом к касательной в точке крепления. Верхние кромки лопаток снабжены кольцевой диафрагмой 5, выполненной в виде обратного усеченного конуса с углом раскрытия 90 150^o к его нижнему основанию, образующему отверстие входа внутрь выхлопной трубы. Коническая диафрагма размещена своим верхним основанием в торцевом сечении выхлопной трубы с зазором по отношению к ее внутренней поверхности. Верхние концы выхлопных труб 3 оборудованы сепараторами 6 и помещены в камеру каплесборника 7, снабженного патрубком 8 для выхода обработанного газа.The device comprises a housing 1, a gas inlet pipe 2, one or more vertical exhaust pipes 3 of a similar design. The lower ends of the exhaust pipes are buried in the housing of the device and equipped with a twist of blades 4, uniformly strengthened around the circumference of the end section of each of the pipes at an acute angle to the tangent at the attachment point. The upper edges of the blades are equipped with an annular diaphragm 5, made in the form of a reverse truncated cone with an opening angle of 90 150 ^o to its lower base, forming an opening inlet into the exhaust pipe. The conical diaphragm is placed with its upper base in the end section of the exhaust pipe with a gap with respect to its inner surface. The upper ends of the exhaust pipes 3 are equipped with separators 6 and placed in the chamber of the drip tray 7, equipped with a pipe 8 for the outlet of the treated gas.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Подлежащий обработке газ поступает в корпус 1 через входной патрубок 2 и, распределяясь в пространстве между выхлопными трубами 3, опускается вдоль них к поверхности жидкости, заполняющей нижнюю часть корпуса, в которую частично погружены лопатки 4 закручивателей. Достигшая жидкости масса газа начинает двигаться внутрь выхлопных труб, получая при этом первичный вращательный импульс и, разделяясь лопатками 4 на потоки, равномерно распределяемые по окружности торцевого сечения труб. Направляемые конической поверхностью кольцевой диафрагмы 5 потоки газа движутся с ускорением в сужающихся межлопаточных каналах закручивателя и, приобретая высокую скорость вращения, вызывают интенсивную вихреобразную инжекцию капель и струй жидкости с ее поверхности. При этом, образуется газожидкостная система с развитой внутренней поверхностью контакта фаз, движущаяся за счет кинетической энергии течения газа внутрь выхлопной трубы. Благодаря направляющему воздействию конической поверхности кольцевой диафрагмы 5, сходящейся к отверстию входа в трубу с образованием острого угла с поверхностью жидкости, движение газа через закручиватель (фиг. 3) осуществляется с последовательным плавным поворотом потоков, гасящим образование отрывных зон и непроизводительные гидравлические потери кинетической энергии напора газа. После прохождения газожидкостной системы через отверстие диафрагмы внутрь трубы из-за скачкообразного расширения сечения резко падает скорость газа, и он переходит к осесимметричному восходящему движению, в то время как капли и струи жидкости, плотность которых в 10³ раз превышает плотность газа, сохраняют вращательное движение с радиальным смещением от оси вращения. Такая разнонаправленность движения газа и жидкости способствует их интенсивному перемешиванию (возможно образование механической пены), обеспечивая высокую эффективность обработки газа. Часть жидкости в процессе радиального смещения достигает поверхности трубы, тормозится о нее и стекает вниз. Проходя через кольцевой зазор 9 между диафрагмой 5 и поверхностью трубы 3, эта часть жидкости образует пленочный сток по наружной поверхности конической диафрагмы, гасящей возникновение зон отрывного течения, что способствует снижению гидравлических потерь напора газа. Другая часть жидкости постепенно переходит к совместному с газом восходящему осесимметричному движению по выхлопной трубе. Проходя через сепараторы 6, обработанный газ освобождается от остаточной капельной жидкости и, сливаясь в камере каплесборника 7 в единый поток, через патрубок 8 удаляется из устройства.The gas to be treated enters the casing 1 through the inlet pipe 2 and, distributed in the space between the exhaust pipes 3, falls along them to the surface of the liquid filling the lower part of the casing, into which the blades 4 of the curlers are partially immersed. The mass of gas that has reached the liquid begins to move inside the exhaust pipes, while receiving a primary rotational impulse and, being divided by the blades 4 into flows, evenly distributed around the circumference of the end section of the pipes. The gas flows directed by the conical surface of the annular diaphragm 5 move with acceleration in the narrowing interscapular channels of the swirl and, acquiring a high speed of rotation, cause intense vortex-like injection of drops and jets of liquid from its surface. In this case, a gas-liquid system is formed with a developed internal contact surface of the phases, moving due to the kinetic energy of the gas flow into the exhaust pipe. Due to the guiding effect of the conical surface of the annular diaphragm 5, converging to the pipe inlet opening with the formation of an acute angle with the liquid surface, the gas moves through the swirl (Fig. 3) with a sequential smooth rotation of the flows, which quench the formation of separation zones and unproductive hydraulic losses of the kinetic energy of the head gas. After the gas-liquid system passes through the opening of the diaphragm into the pipe, the gas velocity drops sharply due to the abrupt expansion of the cross section, and it proceeds to an axisymmetric upward movement, while drops and jets of liquid, whose density is 10 ³ times the gas density, retain rotational motion with radial displacement from the axis of rotation. Such multidirectional movement of gas and liquid contributes to their intensive mixing (the formation of mechanical foam is possible), providing high efficiency of gas processing. Part of the fluid in the process of radial displacement reaches the pipe surface, brakes about it and flows down. Passing through the annular gap 9 between the diaphragm 5 and the surface of the pipe 3, this part of the liquid forms a film drain on the outer surface of the conical diaphragm, which suppresses the appearance of separation flow zones, which helps to reduce the hydraulic loss of gas pressure. The other part of the fluid gradually transfers to the upward axisymmetric movement together with the gas along the exhaust pipe. Passing through the separators 6, the treated gas is freed from the residual dropping liquid and, merging in the drip chamber 7 into a single stream, is removed from the device through the pipe 8.

Испытаниями опытного образца устройства установлено, что при выполнении кольцевой диафрагмы в виде усеченного конуса с углом раскрытия в пределах 90
150^o достигается снижение гидравлических потерь на 25 30% по сравнению с прототипом. С уменьшением угла раскрытия относительно заявленного предела 90^o резко возрастают по гиперболической зависимости гидравлические потери напора газа из-за интенсивных турбулентных пульсаций, возникающих вследствие увеличения отрывного течения, обусловленного переходом к резконаправленному (вниз-вверх) обтеканию кромки нижнего основания диафрагмы с резким поворотом потоков внутрь выхлопной трубы. С превышением заявленного предела 150^o гидравлические потери гиперболически возрастают из-за интенсивных турбулентных пульсаций, вызываемых увеличением зоны отрывного течения, обусловленным разрушением жидкостной пленки на конической поверхности диафрагмы.By testing a prototype device, it was found that when performing an annular diaphragm in the form of a truncated cone with an opening angle of 90
150 ^o achieved reduction in hydraulic losses by 25 30% compared with the prototype. With a decrease in the opening angle with respect to the stated limit of 90 ^° , the hydraulic losses of the gas head increase sharply in hyperbolic dependence due to intense turbulent pulsations resulting from an increase in the separation flow due to the transition to a sharply directed (up-down) flow around the edge of the lower base of the diaphragm with a sharp turn of the flows inward exhaust pipe. Exceeding the declared limit of 150 ^o, hydraulic losses increase hyperbolically due to intense turbulent pulsations caused by an increase in the separation flow zone due to the destruction of the liquid film on the conical surface of the diaphragm.

Таким образом, совокупность признаков выполнение кольцевой диафрагмы в виде перевернутого усеченного конуса с углом схождения 90 150^o к его нижнему основанию и размещенного с зазором в верхнем основании в торцевом сечении выхлопной трубы обеспечивает уменьшение гидравлических потерь напора газа за счет снижения интенсивности турбулентных пульсаций. ЫЫЫ2Thus, the combination of features, the implementation of the annular diaphragm in the form of an inverted truncated cone with an angle of convergence of 90 150 ^o to its lower base and placed with a gap in the upper base in the end section of the exhaust pipe reduces hydraulic losses of gas pressure due to a decrease in the intensity of turbulent pulsations. YYY2

Claims

1. A device for processing gas, comprising a housing partially filled with liquid, with a gas inlet pipe and a vertical exhaust pipe, the upper end of which is equipped with a separator, and the lower twist of blades uniformly mounted around the circumference of the exhaust pipe at an acute angle to the tangent at the attachment point, and an annular diaphragm located on the upper edges of the blades, characterized in that the annular diaphragm is made in the form of a reverse truncated cone with an opening angle of 90 to 150 °, while the upper base of the cone is placed but with a gap to the end of the exhaust pipe.

2. The device according to p. 1, characterized in that it is equipped with additional exhaust pipes with a design similar to the existing one.