RU2294792C2

RU2294792C2 - Spraying heat-mass exchange apparatus

Info

Publication number: RU2294792C2
Application number: RU2004132696/15A
Authority: RU
Inventors: Александр Рихардович Гросс (RU); Александр Рихардович Гросс; Евгений Арнольдович Михайлов (RU); Евгений Арнольдович Михайлов; Иль Андреевич Михайлов (RU); Илья Андреевич Михайлов
Original assignee: Ярославский государственный технический университет
Priority date: 2004-11-09
Filing date: 2004-11-09
Publication date: 2007-03-10
Also published as: RU2004132696A

Abstract

FIELD: chemical industry; petrochemical industry; other industries; spraying heat-mass exchange apparatuses.

SUBSTANCE: the invention is pertaining to the engineering realization of the heat-mass exchange processes, which take place in the gas-liquid system, such as absorption, chilling, dust-trapping, aeration, and may find application in the chemical industry and its adjacent industries. The body of the apparatus is divided by the partition into the contact and separating zones. Inside the contact zone there are the sprayers and the contact components. The apparatus is supplied with the drum installed in the contact zone with the possibility of rotation. On the drum there are fixed with the possibility of rotation the T-shaped contact components. The T-shaped contact components are formed by the solid and mesh-type plates. The invention allows to reduce the aerodynamic drag of the apparatus, and also to improve the gas injection into the contact zone of the apparatus, that increases efficiency of the heat-mass exchange process.

EFFECT: the invention ensures the reduced aerodynamic drag of the apparatus, the improvement of the gas injection into the contact zone of the apparatus and the increased efficiency of the heat- mass exchange process.

3 dwg

Description

Изобретение относится к аппаратурному оформлению процессов тепломассообмена, протекающих в системе газ - жидкость, таких как абсорбция, охлаждение, пылеулавливание, аэрация, и может найти применение в химической и смежных с ней отраслях промышленности.The invention relates to hardware design of heat and mass transfer processes occurring in a gas-liquid system, such as absorption, cooling, dust collection, aeration, and can find application in chemical and related industries.

Известен тепломассообменный аппарат (см. а.с. СССР №959809, В 01 D 53/18, БИ №35, 1982), включающий корпус с патрубками ввода и вывода, взаимодействующих фаз, образованный передней, задней и торцовыми стенками и разделенный вдоль наклонной перегородкой на контактную и сепарационную зоны, при этом в контактной зоне размещены распылители и контактный элемент.Known heat and mass transfer apparatus (see AS USSR No. 959809, 01 D 53/18, BI No. 35, 1982), comprising a housing with input and output pipes, interacting phases, formed by the front, rear and end walls and divided along the inclined a partition on the contact and separation zones, while in the contact zone there are sprayers and a contact element.

Недостатком данного аппарата является то, что сетка контактного элемента перекрывает только часть зоны контакта, имеет проход для газа одной стороны, поэтому газ, двигаясь по пути наименьшего сопротивления, перед сеткой поворачивает к зазору между ней и передней стенкой, затем под сеткой направляется в противоположную сторону под перегрузку и далее в зону сепарации. Таким образом, газ дважды пересекает поток капель с большой относительной скоростью. Однако не весь факел подвергается вторичному дроблению на сетке, так как сетка перегораживает лишь часть сечения контактной зоны. Часть капель отклоняется поперечным потоком газа в сторону зазора между сеткой и передней стенкой. Если этот зазор невелик, то сопротивление ходу газа сравнительно высоко. Чем больше зазор, тем меньше сетка, тем меньше влияние на эффективность процесса. Кроме того, равномерность процесса при такой конструкции снижается. Например, часть факела под сеткой около перегородки вступает в контакт с более отработанным газом, чем около зазора.The disadvantage of this apparatus is that the grid of the contact element covers only part of the contact zone, has a gas passage on one side, so the gas, moving along the path of least resistance, turns in front of the grid to the gap between it and the front wall, then goes under the grid in the opposite direction for transshipment and further into the separation zone. Thus, the gas crosses the stream of droplets twice at a high relative speed. However, not the entire torch undergoes secondary crushing on the grid, since the grid blocks only part of the contact zone cross section. Some drops are deflected by the transverse gas flow towards the gap between the grid and the front wall. If this gap is small, then the resistance to gas flow is relatively high. The larger the gap, the smaller the mesh, the less impact on the efficiency of the process. In addition, the uniformity of the process with this design is reduced. For example, a part of the torch under the net near the partition comes into contact with more exhaust gas than near the gap.

Известен выбранный в качестве ближайшего аналога (прототипа) распылительный тепломассообменный аппарат (см. а.с. СССР №1165441, В 01 D 53/18, БИ №25, 1985), состоящий из корпуса с патрубками ввода и вывода взаимодействующих сред, образованного передней, задней и торцовыми стенками и разделенного вдоль наклонной перегородкой на контактную и сепарационную зоны. В контактной зоне размещены распылители и контактный элемент. Контактный элемент данного аппарата выполнен из эквидистантно установленных Г-образных перегородок. Каждая из перегородок состоит из сплошной и сетчатой пластин. Свободный конец сплошных пластин ориентирован в сторону распылителей. Передняя стенка корпуса в нижней части выполнена с изгибом параллельно сетчатым пластинам.Known is selected as the closest analogue (prototype) of a spray heat and mass transfer apparatus (see AS USSR No. 1165441, 01 D 53/18, BI No. 25, 1985), consisting of a housing with inlets and outlets for interacting media formed by the front , back and end walls and divided along an inclined partition into a contact and separation zone. In the contact zone there are sprayers and a contact element. The contact element of this apparatus is made of equidistant L-shaped partitions. Each of the partitions consists of a continuous and mesh plates. The free end of the solid plates is oriented towards the nozzles. The front wall of the housing in the lower part is made with a bend parallel to the mesh plates.

Недостатком данного аппарата является то, что перекрытие контактными элементами сечения зоны контакта создает высокое аэродинамическое сопротивление, не позволяющее газу с достаточной эффективностью проходить через аппарат.The disadvantage of this apparatus is that the overlapping contact elements of the section of the contact zone creates a high aerodynamic drag, which does not allow gas to pass through the apparatus with sufficient efficiency.

Целью заявляемого изобретения является создание аппарата, позволяющего уменьшить аэродинамическое сопротивление аппарата, а также улучшить нагнетание газа в контактную зону аппарата, что позволяет повысить эффективность процесса тепломассообмена.The aim of the invention is the creation of an apparatus that allows to reduce the aerodynamic drag of the apparatus, as well as improve the injection of gas into the contact zone of the apparatus, which improves the efficiency of the heat and mass transfer process.

Поставленная цель достигается тем, что распылительный тепломассообменный аппарат включает корпус, разделенный вертикальной перегородкой на контактную и сепарационную зоны, с установленными внутри контактной зоны распылителями и контактными элементами. Корпус аппарата имеет форму прямоугольного параллелепипеда. Внутри аппарата, в контактной зоне, установлен вращающийся барабан, состоящий из оси, на которой на спицах установлены 2 кольцеобразных элемента. Кольцеобразные элементы установлены так, что ось барабана проходит через центр колец, перпендикулярно их (колец) плоскости. Кольцеобразный элемент может быть выполнен в форме правильного многоугольника. К кольцеобразным элементам крепятся Т-образные контактные элементы, состоящие из сетчатой и сплошной пластин. Горизонтальный элемент буквы Т является сетчатой пластиной, вертикальный элемент буквы Т является сплошной пластиной. Т-образные элементы могут вращаться относительно оси, проходящей через точку пересечения горизонтального и вертикального элемента буквы «Т».This goal is achieved in that the heat and mass transfer apparatus includes a housing divided by a vertical partition into contact and separation zones, with nebulizers and contact elements installed inside the contact zone. The body of the device has the shape of a rectangular parallelepiped. Inside the apparatus, in the contact zone, a rotating drum is installed, consisting of an axis on which 2 ring-shaped elements are mounted on the spokes. The ring-shaped elements are mounted so that the axis of the drum passes through the center of the rings, perpendicular to their (rings) plane. The ring-shaped element can be made in the form of a regular polygon. T-shaped contact elements consisting of a mesh and a solid plate are attached to the ring-shaped elements. The horizontal element of the letter T is a mesh plate, the vertical element of the letter T is a solid plate. T-shaped elements can rotate about an axis passing through the intersection of the horizontal and vertical elements of the letter "T".

Выполнение барабана вращающимся позволяет использовать энергию падающей на сетки воды для раскручивания барабана и дополнительного нагнетания газа в аппарат, что позволяет уменьшить его аэродинамическое сопротивление, а следовательно, повысить интенсивность процессов тепломассообмена. Выполнение Т-образных элементов вращающимися относительно оси, проходящей через точку пересечения горизонтального и вертикального элемента буквы «Т», позволяет им в процессе вращения барабана сохранять свою ориентированность. Это позволяет более эффективно перекрывать зону контакта.The execution of the drum rotating allows you to use the energy of water falling on the grid to unwind the drum and additional injection of gas into the apparatus, which reduces its aerodynamic drag, and therefore, increase the intensity of heat and mass transfer. The execution of the T-shaped elements rotating relative to the axis passing through the intersection of the horizontal and vertical elements of the letter "T" allows them to maintain their orientation during the rotation of the drum. This allows you to more effectively overlap the contact area.

На фигуре 1 изображен распылительный тепломассообменный аппарат, продольный разрез. На фигуре 2 изображен разрез А-А на фигуре 1. На фигуре 3 изображен разрез Б-Б на фигуре 2.The figure 1 shows a spray heat and mass transfer apparatus, a longitudinal section. Figure 2 shows a section aa in figure 1. Figure 3 shows a section bb in figure 2.

Распылительный тепломассобменный аппарат включает корпус 1, выполненный в виде прямоугольного параллелепипеда, со сплошным днищем 2. Внутри корпуса установлена перегородка 3, которая делит пространство аппарата на контактную зону 4 и зону сепарации 5. Перегородка 3 может быть установлена вертикально, либо установлена наклонно в сторону контактной зоны 4. Перегородка 3 образует с корпусом 1 входное 6 и выходное 7 окна. В верхней части контактной зоны 4 на кронштейнах 8 установлены форсунки 9, к которым по трубам 10 подводится жидкость. Количество форсунок 9 выбрано таким образом, чтобы факелы перекрывали в свету все сечение контактной зоны 4 аппарата. В нижней части аппарата на подшипниковых опорах 11 с возможностью вращения установлен барабан 12. Барабан 12 состоит из оси 13, на которой установлены два кольцеобразных элемента 14. Кольцеобразные элементы 14 соединены осями 15. На осях 15 установлены Т-образные контактные элементы 16, состоящие из горизонтальной сетчатой 17 и вертикальной сплошной 18 пластин. В нижней части корпуса 1 установлен патрубок 19 для удаления отработанной жидкости.The heat-transfer and spraying apparatus includes a body 1, made in the form of a rectangular parallelepiped, with a continuous bottom 2. A partition 3 is installed inside the housing, which divides the space of the apparatus into a contact zone 4 and a separation zone 5. The partition 3 can be mounted vertically or mounted obliquely to the contact side zone 4. The partition 3 forms with the housing 1 input 6 and output 7 windows. In the upper part of the contact zone 4, nozzles 9 are installed on the brackets 8, to which liquid is supplied through pipes 10. The number of nozzles 9 is selected so that the torches overlap in the light the entire cross section of the contact zone 4 of the apparatus. In the lower part of the apparatus, a drum 12 is mounted on the bearings 11 for rotation. The drum 12 consists of an axis 13, on which two ring-shaped elements are mounted 14. The ring-shaped elements 14 are connected by the axes 15. On the axes 15, T-shaped contact elements 16, consisting of horizontal mesh 17 and vertical continuous 18 plates. In the lower part of the housing 1, a pipe 19 is installed to remove the spent fluid.

Аппарат работает следующим образом.The device operates as follows.

Жидкость по трубам 10 поступает на форсунки 9 и распыливается на капли разного размера, образуя факелы, которые полностью перекрывают сечение контактной зоны 4 аппарата в свету. Факелы эжектируют газ, поступающий в контактную зону 4 аппарата через входное окно 6. Мелкие капли быстро тормозятся и, достигнув контактного элемента 15, в большинстве своем свободно проходят сквозь него, а крупные капли ударяются о сетчатую пластину 18 контактного элемента 15, в результате чего затормаживаются и дробятся, что приводит к увеличению времени и поверхности контакта взаимодействующих фаз, а также происходит турбулизация фаз, за счет чего возрастают коэффициенты тепло- и массопередачи. Удары капель о сетчатую пластину 18 контактного элемента 15 приводят во вращение барабан 12. Это вращение барабана 12, а вместе с ним и установленных на нем контактных элементов 15 дополнительно нагнетает газ в аппарат, что уменьшает его аэродинамическое сопротивление. Большинство капель оседает в нижней части корпуса 1 аппарата. Потоки газа проходят по пути наименьшего сопротивления через зазоры между контактными элементами 15, а после прохождения контактной зоны поворачиваются и поступают в зону сепарации 5, поднимаются по ней и удаляются из аппарата через выходное окно 7 в окружающую атмосферу. Мелкие капли жидкости, захваченные газом, сепарируются от него при повороте газа на выходе из контактной зоны. При выполнении перегородки 3 наклонной в результате увеличения проходного сечения обечайки происходит резкое снижение скорости газа и, следовательно, уменьшение его несущей способности, что дополнительно увеличивает сепарацию жидкости и газа и уменьшает каплеунос. Жидкость из аппарата удаляется через патрубок 20.The liquid through the pipes 10 enters the nozzles 9 and is sprayed onto droplets of different sizes, forming torches that completely overlap the cross section of the contact zone 4 of the apparatus in the light. Torches eject gas entering the contact zone 4 of the apparatus through the inlet window 6. Small droplets are quickly braked and, having reached the contact element 15, for the most part freely pass through it, and large droplets hit the mesh plate 18 of the contact element 15, as a result of which they are braked and are crushed, which leads to an increase in the time and contact surface of the interacting phases, and also phase turbulence occurs, due to which the heat and mass transfer coefficients increase. The impact of drops on the mesh plate 18 of the contact element 15 causes the drum 12 to rotate. This rotation of the drum 12, and with it the contact elements 15 mounted on it, additionally injects gas into the apparatus, which reduces its aerodynamic drag. Most drops are deposited in the lower part of the housing 1 of the apparatus. Gas flows pass along the path of least resistance through the gaps between the contact elements 15, and after passing through the contact zone they turn and enter the separation zone 5, rise along it and are removed from the apparatus through the outlet window 7 into the surrounding atmosphere. Small droplets of liquid trapped in gas are separated from it when the gas is rotated at the exit of the contact zone. When the partition 3 is inclined, as a result of increasing the bore of the shell, there is a sharp decrease in the gas velocity and, consequently, a decrease in its bearing capacity, which further increases the separation of liquid and gas and reduces droplets. The liquid from the apparatus is removed through the pipe 20.

Предлагаемый аппарат позволяет увеличить эффективность процессов аэрации, охлаждения воды и других процессов тепломассообмена. Аппарат может быть изготовлен с помощью имеющегося оборудования по существующим технологиям.The proposed apparatus allows to increase the efficiency of aeration, water cooling and other heat and mass transfer processes. The device can be manufactured using existing equipment using existing technologies.

Claims

Spray heat and mass transfer apparatus, comprising a housing divided by a partition into contact and separation zones, with sprays and contact elements installed inside the contact zone, characterized in that the apparatus is equipped with a drum mounted rotatably in the contact zone, T-shaped rotationally mounted on the drum contact elements formed by solid and mesh plates.