RU2088871C1

RU2088871C1 - Device for contact of gas and liquid

Info

Publication number: RU2088871C1
Application number: RU94012309A
Authority: RU
Inventors: О.И. Квасенков; П.А. Горшенин
Original assignee: Всероссийский научно-исследовательский институт консервной и овощесушильной промышленности
Priority date: 1994-03-29
Filing date: 1994-03-29
Publication date: 1997-08-27

Abstract

FIELD: contact heat exchangers. SUBSTANCE: device includes perforated and porous drums mounted in housing coaxially at spaced relation; drums are mounted on hollow drive shaft forming circular passage. Device is also provided with perforated stator embracing the perforated drum. Holes of perforated stator are made in planes of holes of perforated drum at circumferential pitch which is not equal to and not multiple of that of holes of perforated drum. Device is provided with liquid supply and discharge branch pipes located on opposite sides of circular passage, branch pipe supplying gas into clearance between housing and perforated drum and branch pipe discharging gas from cavity of shaft. EFFECT: enhanced reliability. 2 dwg

Description

Изобретение относится к конструкции оборудования для контактного тепломассообмена между газом и жидкостью. The invention relates to the design of equipment for contact heat and mass transfer between gas and liquid.

Известно устройство для контакта газа и жидкости, содержащее установленные соосно в корпусе с зазором на полом приводном валу с образованием кольцевого канала перфорированный и пористый барабаны, патрубки подачи и отвода жидкости, размещенные с противоположных сторон кольцевого канала, патрубок подачи газа в зазор между корпусом и перфорированным барабаном и патрубок отвода газа из полости вала (Квасенков О.И. Разработка оборудования на базе барботажного тепломассообменного устройства Сб. тезисов докладов республиканской научно-технической конференции "Проблемы энергетики теплотехнологии в отраслях АПК, перерабатывающих растительное сырье", 20-21 января 1994 г. Биоларус, с.50-52). A device for contacting gas and liquid containing coaxially installed in the housing with a gap on the hollow drive shaft to form an annular channel, perforated and porous drums, fluid supply and outlet pipes located on opposite sides of the annular channel, a gas supply pipe into the gap between the housing and the perforated a drum and a pipe for exhausting gas from the shaft cavity (O. Kvasenkov, Development of equipment based on bubble heat and mass transfer device. Abstracts of reports of the Republican scientific and technical conference "Problems of the energy of heat technology in the agro-industrial complex processing vegetable raw materials", January 20-21, 1994 Biolarus, pp. 50-52).

Недостатком этого устройства является экстенсивность тепломассообмена. The disadvantage of this device is the intensity of heat and mass transfer.

Задачей изобретения является создание в зоне контакта фаз интенсифицирующих тепломассообмена ультразвуковых колебаний. The objective of the invention is the creation in the contact zone of the phases of the intensifying heat and mass transfer of ultrasonic vibrations.

Для достижения поставленной задачи устройство для контакта газа и жидкости, содержащее установленные соосно в корпусе с зазором на полом приводном валу с образованием кольцевого канала перфорированный и пористый барабаны, патрубки подачи и отвода жидкости, размещенные с противоположных сторон кольцевого канала, патрубок подачи газа в зазор между корпусом и перфорированным барабаном и патрубок отвода газа из полости вала, согласно изобретению, снабжено перфорированным статором, охватывающим перфорированный барабан, отверстия перфорации которого выполнены в плоскостях отверстий перфорированного барабана с окружным шагом, неравным и некратным окружному шагу отверстий перфорированного барабана. To achieve the task, a device for contacting gas and liquid, containing perforated and porous drums, fluid supply and discharge pipes placed on opposite sides of the annular channel, a gas supply pipe in the gap between the gas and liquid contact, installed coaxially in the housing with a gap on the hollow drive shaft to form an annular channel the housing and the perforated drum and the pipe for discharging gas from the shaft cavity, according to the invention, is equipped with a perforated stator covering the perforated drum, perforation holes which are made in the planes of the holes of the perforated drum with a circumferential pitch that is unequal and non-multiple to the circumferential pitch of the holes of the perforated drum.

Это позволяет создать кавитационное изменение давления в пленке жидкой фазы за счет турбулентного срыва газовой фазы с выходов отверстий перфорированного барабана, периодически перекрываемых статором, что интенсифицирует тепломассообмен в зоне контакта фаз за счет уменьшения толщины пограничного слоя под действием ультразвука. This allows you to create a cavitational change in pressure in the film of the liquid phase due to turbulent disruption of the gas phase from the outputs of the holes of the perforated drum periodically blocked by the stator, which intensifies heat and mass transfer in the phase contact zone by reducing the thickness of the boundary layer under the action of ultrasound.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство, продольный разрез: на фиг.2 разрез А-А на фиг.1. In Fig.1 shows the proposed device, a longitudinal section: in Fig.2 a section aa in Fig.1.

Устройство для контакта газа и жидкости содержит корпус 1, установленные соосно в корпусе 1 на полом приводном валу 2 с зазором 3 перфорированный 4 и пористый 5 барабаны, смонтированные с образованием кольцевого канала 6, патрубки 7 и 8 подачи и отвода жидкости соответственно расположенные с противоположных сторон кольцевого канала 6, патрубок 9 подачи газа в зазор 3, патрубок 10 отвода газа из полости вала 2 и перфорированный статор 11, охватывающий перфорированный барабан 4. Отверстия 12 статора 11 и отверстия 13 перфорированного барабана 4 выполнены в одинаковых плоскостях с различным и некратным окружным шагом по соосным окружностям. The device for contacting gas and liquid comprises a housing 1 mounted coaxially in the housing 1 on a hollow drive shaft 2 with a gap of 3 perforated 4 and porous 5 drums mounted to form an annular channel 6, nozzles 7 and 8 for supplying and discharging liquid, respectively, located on opposite sides an annular channel 6, a gas supply pipe 9 into the gap 3, a gas discharge pipe 10 from the shaft cavity 2 and a perforated stator 11 covering the perforated drum 4. The holes 12 of the stator 11 and the holes 13 of the perforated drum 4 are made in the same planes with different and aliquant circumferential step coaxial circles.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Вал 2 приводят во вращение совместно с барабанами 4 и 5. По патрубку 7 в кольцевой канал 6 подают жидкость. Под действием поля центробежных сил жидкость распределяется в виде пленки на внутренней стороне перфорированного барабана 4. По патрубку 9 в зазор 3 подают газовую фазу по давлением, превосходящим давление жидкости на внутреннюю поверхность перфорированного барабана 4. Это исключает стекание жидкости из перфорированного барабана 4 при совпадении его отверстий 13 с отверстиями 12 статора 11 и обеспечивает барботирование газовой фазы в жидкую. При проходе через совпавшие отверстия 12 и 13 статора 11 и перфорированного барабана 4 возникает локальное повышение давления в пленке жидкой фазы в зоне вдува в нее газовой фазы. При перекрытии этих отверстий в процессе поворота барабана 4 в статоре 11 возникает локальное разрежение в зоне турбулентного срыва пузырька газовой фазы на выходе из отверстий 12 и 13 с образованием и схлопыванием кавитационной полости. В результате в зоне контакта фаз возникают колебания давления ультразвуковой частоты, интенсифицирующие тепломассообменные процессы. Далее пузырьки газовой фазы перемещаются через пленку жидкой фазы в осевую часть устройства, осуществляя турбулизацию течения пленки жидкости. Одновременно кавитационное изменение давления в зоне контакта фаз приводит к периодическому сжатию и расширению пузырьков газовой фазы, а высокая скорость их вдува в поле центробежных сил приводит к возникновению тороидальных течений в самих пузырьках. Это ускоряет обновление поверхности фаз и интенсифицирует тепломассообмен. Кроме того, в результате ультразвукового воздействия на поверхность контакта фаз происходит уменьшение толщины пограничного ламинарного слоя, что дополнительно интенсифицирует тепломассообменные процессы. Взаимодействие жидкой фазы с газовой происходит по мере ее перемещения через кольцевой канал 6 до патрубка 8 отвода жидкости. Взаимодействие газовой фазы с жидкой происходит в процессе всплытия пузырьков в пленке жидкой фазы. Далее газовая фаза поступает в осевую часть кольцевого канала 6, проходит через пористый барабан 5, на котором фильтруются выносимые из пленки брызги жидкой фазы, поступает в полость вала 2, далее в патрубок 10 отвода газа. Отфильтрованные брызги жидкой фазы по мере накопления и коагуляции возвращаются в пленку жидкости под действием поля центробежных сил. The shaft 2 is rotated together with the drums 4 and 5. A fluid is supplied through the pipe 7 to the annular channel 6. Under the action of the field of centrifugal forces, the liquid is distributed in the form of a film on the inner side of the perforated drum 4. A gas phase is supplied through the nozzle 9 to the gap 3 at a pressure exceeding the pressure of the liquid on the inner surface of the perforated drum 4. This prevents liquid from draining from the perforated drum 4 when it coincides holes 13 with holes 12 of the stator 11 and provides for bubbling the gas phase into the liquid. When passing through the matching holes 12 and 13 of the stator 11 and the perforated drum 4, a local increase in pressure in the film of the liquid phase occurs in the zone of injection of the gas phase into it. When these holes overlap during the rotation of the drum 4 in the stator 11, a local rarefaction occurs in the zone of turbulent disruption of the gas phase bubble at the outlet of the holes 12 and 13 with the formation and collapse of the cavitation cavity. As a result, pressure fluctuations of ultrasonic frequency arise in the phase contact zone, intensifying heat and mass transfer processes. Next, the bubbles of the gas phase move through the film of the liquid phase into the axial part of the device, carrying out turbulence of the flow of the liquid film. At the same time, a cavitational change in pressure in the phase contact zone leads to periodic compression and expansion of the gas phase bubbles, and their high injection velocity in the field of centrifugal forces leads to the appearance of toroidal flows in the bubbles themselves. This accelerates the renewal of the phase surface and intensifies heat and mass transfer. In addition, as a result of ultrasonic action on the phase contact surface, the thickness of the boundary laminar layer decreases, which further intensifies heat and mass transfer processes. The interaction of the liquid phase with the gas occurs as it moves through the annular channel 6 to the pipe 8 of the fluid outlet. The interaction of the gas phase with the liquid occurs in the process of the emergence of bubbles in the film of the liquid phase. Next, the gas phase enters the axial part of the annular channel 6, passes through a porous drum 5, on which the liquid phase sprays removed from the film are filtered, enters the cavity of the shaft 2, then into the pipe 10 of the gas outlet. Filtered sprays of the liquid phase as they accumulate and coagulate, are returned to the liquid film under the influence of a centrifugal force field.

Таким образом, предлагаемое устройство для контакта газа и жидкости позволяет интенсифицировать тепломассообменные процессы. Thus, the proposed device for contacting gas and liquid allows you to intensify heat and mass transfer processes.

Claims

A device for contacting gas and liquid, containing perforated and porous drums installed coaxially in the housing with gaps on the hollow drive shaft to form an annular channel, as well as fluid supply and outlet pipes located on opposite sides of the annular channel, a gas supply pipe to the gap between the housing and a perforated drum and a gas outlet pipe from the shaft cavity, characterized in that it is equipped with a perforated stator covering the perforated drum, the axis of the perforation holes of which us in the planes of the axes of holes of the perforated drum with a circumferential step is not equal to or a multiple of the circumferential hole spacing of the perforated drum.