RU2502929C1 - Heat and mass exchange vortex-type device - Google Patents

Heat and mass exchange vortex-type device Download PDF

Info

Publication number
RU2502929C1
RU2502929C1 RU2012123253/06A RU2012123253A RU2502929C1 RU 2502929 C1 RU2502929 C1 RU 2502929C1 RU 2012123253/06 A RU2012123253/06 A RU 2012123253/06A RU 2012123253 A RU2012123253 A RU 2012123253A RU 2502929 C1 RU2502929 C1 RU 2502929C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
nozzle
holes
diameter
tiers
steam
Prior art date
Application number
RU2012123253/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012123253A (en
Inventor
Леонид Николаевич Москалев
Сергей Иванович Поникаров
Иван Ильич Поникаров
Владимир Викторович Алексеев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технологический университет" (ФГБОУ ВПО "КНИТУ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технологический университет" (ФГБОУ ВПО "КНИТУ") filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технологический университет" (ФГБОУ ВПО "КНИТУ")
Priority to RU2012123253/06A priority Critical patent/RU2502929C1/en
Publication of RU2012123253A publication Critical patent/RU2012123253A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2502929C1 publication Critical patent/RU2502929C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)
  • Nozzles (AREA)

Abstract

FIELD: heating.
SUBSTANCE: heat and mass exchange vortex-type device includes a cylindrical housing, a cover with a spraying centrifugal atomiser and a non-condensed gas removal branch pipe, and a bottom with a condensate removal branch pipe. A regular perforated head piece is coaxially installed inside the housing and represents a hollow flattened cone with holes located in a circumferential direction of the head piece in an in-line order along a screw line in tiers. Diameter of holes of each next tier is larger than diameter of holes of the previous one. Between tiers there is a belt of drain holes, the diameter of which is larger than diameter of holes made in tiers. On opposite sides of the housing above and under upper edge of the head piece there arranged are two steam inlet branch pipes the cross section of which has the shape of ellipses. Perforated spiral-shaped belts of variable width are fixed spirally on the head piece perpendicular to its outer and inner surfaces. A free edge of the external belt touches the inner side of the housing; a free edge of the internal belt forms cylindrical space inside the head piece.
EFFECT: invention provides effective condensation and can be used for condensation of non-cleaned water vapour and vapours of other liquids.
2 cl, 3 dwg, 2 tbl

Description

Изобретение относится к конструкциям теплообменников смешения для проведения тепло-массообменных процессов системы пар (газ)-жидкость. Устройство может использоваться как в качестве конденсатора для контактной конденсации смеси паров (в том числе загрязненных и неоднородных) аналогичной средой в сжиженном состоянии, так и в качестве бойлера в различных отраслях промышленности, например, в теплоэнергетике, химической, нефтехимической и др.The invention relates to designs of mixing heat exchangers for conducting heat and mass transfer processes of a steam (gas) -liquid system. The device can be used both as a condenser for contact condensation of a mixture of vapors (including contaminated and inhomogeneous) with a similar medium in a liquefied state, and as a boiler in various industries, for example, in the power industry, chemical, petrochemical, etc.

Известен контактный конденсатор с вращением пара и охлаждающей воды (патент JP 3163326, F28B 3/08, 2001 г.). Конденсатор содержит цилиндрический корпус, крышку, конусообразное днище со штуцером для отвода конденсата, штуцер подвода пара, состоящий из трубы со встроенными соплами или с лопатками, способствующими закручиванию парового потока. В крышке установлены тангенциально закручивающие устройства подвода охлаждающей жидкости со встроенными диффузорами.Known contact capacitor with the rotation of steam and cooling water (patent JP 3163326, F28B 3/08, 2001). The condenser contains a cylindrical body, a cover, a cone-shaped bottom with a fitting for condensate drainage, a steam supply fitting, consisting of a pipe with built-in nozzles or with vanes that facilitate twisting of the steam stream. The cover has tangentially twisting coolant inlets with integrated diffusers.

Недостатками известного изобретения являются низкая эффективность аппарата за счет потери закручивающего эффекта после начала процесса конденсации и ограниченность использования аппарата - только для конденсации чистого водяного пара.The disadvantages of the known invention are the low efficiency of the apparatus due to the loss of the twisting effect after the start of the condensation process and the limited use of the apparatus - only for condensation of pure water vapor.

Известно массообменное контактное устройство, в котором за счет наличия внутренних контактных тарелок, образуется вихревой закрученный поток контактируемых сред (патент RU №2271848, B01D 3/24, B01D 3/30, 2006 г.). Устройство содержит корпус, наклонную тарелку с приспособлением для слива жидкости с верхней тарелки на нижнюю, причем наклонная тарелка состоит из нескольких параллельных слоев с просечками, размещенных на опорном кольце на заданном расстоянии между собой, при этом угол между горизонтальной плоскостью опорного кольца и внешней стороной наружного слоя тарелки принимается в пределах от 90 до 160°, причем жидкость, сливающаяся с верхней тарелки на нижнюю, поступает на тот слой тарелки, который первым контактирует с паровым или газовым потоком.A mass transfer contact device is known in which due to the presence of internal contact plates a swirling swirling flow of contacted media is formed (RU patent No. 2271848, B01D 3/24, B01D 3/30, 2006). The device comprises a housing, an inclined plate with a device for draining liquid from the upper plate to the lower one, the inclined plate consisting of several parallel layers with perforations placed on the support ring at a predetermined distance between them, while the angle between the horizontal plane of the support ring and the outer side of the outer the plate layer is taken in the range from 90 to 160 °, and the liquid, draining from the upper plate to the lower one, enters the layer of the plate that first contacts the steam or gas stream ohm

Однако эффективность известного устройства не может превышать 90%.However, the effectiveness of the known device cannot exceed 90%.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является контактный аппарат вихревого типа (Москалев Л.Н., Поникаров С.И., Поникаров И.И. «Описание экспериментальной установки для проведения исследований процесса конденсации в контактно вихревом аппарате» / Вестник Казанского технологического университета. Т. 14. №14; М-во образ, и науки России, Казан. Нац. Исслед. Технол. Ун-т. - Казань: КНИТУ, 2011. - 318 с). Аппарат содержит цилиндрический корпус, крышку с распыливающей центробежной форсункой, днище с патрубком для отвода конденсата, внутри корпуса соосно установлена регулярная перфорированная насадка, представляющая собой полый усеченный конус с отверстиями, расположенными по окружности насадки в шахматном порядке четырьмя ярусами диаметр отверстий первого-третьего ярусов 3 мм с межцентровым расстоянием 4 и 5 мм, диаметр отверстий четвертого яруса 12 мм с межцентровыми расстояниями равными 14 и 18 мм, между ярусами выполнены дренажные пояса отверстий с диаметром 12 мм и межцентровым расстоянием 14 мм, а на противоположных сторонах корпуса над и под верхней кромкой насадки размещены два патрубка для ввода пара.The closest technical solution, selected as a prototype, is a vortex-type contact apparatus (Moskalev L.N., Ponikarov S.I., Ponikarov I.I. “Description of the experimental setup for conducting studies of the condensation process in a contact vortex apparatus” / Bulletin of Kazan University of Technology, T. 14. No. 14; Moscow-based image, and science of Russia, Kazan. National Research Technological University. Kazan: KNITU, 2011. - 318 s). The apparatus contains a cylindrical body, a cover with a spraying centrifugal nozzle, a bottom with a nozzle for condensate drainage, a regular perforated nozzle coaxially installed inside the body, which is a hollow truncated cone with holes arranged in a checkerboard pattern with four tiers, the diameter of the holes of the first or third tiers 3 mm with an intercenter distance of 4 and 5 mm, the diameter of the holes of the fourth tier is 12 mm with intercenter distances of 14 and 18 mm, drainage belts are made between the tiers holes with a diameter of 12 mm and an intercenter distance of 14 mm, and on the opposite sides of the body above and below the upper edge of the nozzle there are two nozzles for introducing steam.

Недостатками известного аппарата являются низкая эффективность, не более 73%, за счет потери закручивающего эффекта после начала процесса конденсации, возникновение эффекта «вторичного» пара, ограниченность применения аппарата только лишь для конденсации чистого пара.The disadvantages of the known apparatus are low efficiency, not more than 73%, due to the loss of the twisting effect after the start of the condensation process, the occurrence of the “secondary” vapor effect, the limited use of the apparatus only for condensation of pure steam.

Технической задачей изобретения являются повышение эффективности устройства, расширение диапазона использования устройства для различных рабочих сред и устранение эффекта «вторичного» пара.An object of the invention is to increase the efficiency of the device, expanding the range of use of the device for various working environments and eliminating the effect of "secondary" steam.

Техническая задача решается тепло-массообменным устройством вихревого типа, содержащим цилиндрический корпус, крышку с распыливающей центробежной форсункой и с патрубком для отвода неконденсируемых газов, днище с патрубком для отвода конденсата, внутри корпуса соосно установлена регулярная перфорированная насадка, представляющая собой полый усеченный конус с отверстиями, расположенными по окружности насадки по меньшей мере четырьмя ярусами, между ярусами выполнен пояс дренажных отверстий, на противоположных сторонах корпуса над и под верхней кромкой насадки размещены два патрубка для ввода пара, отверстия каждого яруса насадки расположены в коридорном порядке по винтовой линии, причем диаметр отверстий верхнего яруса равен 2÷4 мм, нижнего - 1 (К 14 мм, межцентровое расстояние равно 1.1÷4 диаметра отверстия, при этом диаметр отверстий каждого последующего яруса больше диаметра отверстий предыдущего, а диаметр дренажных отверстий составляет 14÷20 мм с межцентровым расстоянием 1,5÷3 диаметра отверстия, на насадке перпендикулярно ее наружной и внутренней поверхностям закреплены по спирали перфорированные спиралеобразные ленты переменной ширины так, что свободный край наружной ленты соприкасается с внутренней стороной корпуса, свободный край внутренней ленты образует внутри насадки цилиндрическое пространство, патрубки для ввода пара имеют в поперечном сечении форму эллипсов, большие оси которых параллельны оси устройства.The technical problem is solved by a vortex-type heat and mass transfer device containing a cylindrical body, a cover with a centrifugal atomizing nozzle and a nozzle for removing non-condensable gases, a bottom with a nozzle for condensate drain, a regular perforated nozzle, coaxially hollow truncated cone with holes, is coaxially mounted at least four tiers arranged around the nozzle circumference, a belt of drainage holes is made between the tiers, on opposite sides of the housing above and under the upper edge of the nozzle there are two nozzles for introducing steam, the holes of each nozzle tier are arranged in a corridor order along a helix, and the diameter of the holes of the upper tier is 2 ÷ 4 mm, the bottom is 1 (K 14 mm, the center-to-center distance is 1.1 ÷ 4 hole diameters the diameter of the holes of each subsequent tier is larger than the diameter of the holes of the previous one, and the diameter of the drainage holes is 14 ÷ 20 mm with an intercenter distance of 1.5 ÷ 3 hole diameters, on the nozzle perpendicular to its outer and inner surfaces Lena spirally perforated spiral strip of variable width so that the free edge of the outer band in contact with the inner side of the housing, the inner free edge of the tape forms a cylindrical space inside the nozzle, nozzles for the injection of steam has a cross sectional shape of ellipses, the major axes are parallel to the axis of the device.

Техническим результатом предлагаемого изобретения являются повышение эффективности до 98%, возможность использования устройства для различных рабочих сред, в том числе неочищенного пара, содержащего неконденсируемые газы, устранение эффекта «вторичного» пара.The technical result of the invention is to increase efficiency up to 98%, the ability to use the device for various working environments, including crude steam containing non-condensable gases, eliminating the effect of "secondary" steam.

Сущность изобретения заключается в следующем. После подачи в устройство конденсируемого пара и охлаждающей жидкости в объеме насадки образуется парожидкостная смесь, отбрасываемая к периферии насадки под действием центробежных сил, что приводит к образованию конденсатной пленки на поверхности насадки. Для разрыва конденсатной пленки, а так же для увеличения площади контакта парожидкостной смеси, конденсата и охлаждающей жидкости на поверхности насадки выполнены отверстия, расположенные ярусами. Отверстия верхнего яруса имеют диаметр (2-4 мм), это необходимо для того, чтобы удержать пар на поверхности верхней части насадки, где при контакте с охлаждающей жидкостью происходит его частичная конденсация. Увеличение диаметра отверстий верхнего яруса больше 4 мм может привести к проскоку большого объема пара на нижерасположенные ярусы насадки, что вызовет нагрев образовавшегося конденсата и возможное появление вторичного пара.The invention consists in the following. After condensing steam and coolant are supplied to the device, a vapor-liquid mixture is formed in the nozzle volume, which is discarded to the nozzle periphery under the action of centrifugal forces, which leads to the formation of a condensate film on the nozzle surface. To break the condensate film, as well as to increase the contact area of the vapor-liquid mixture, condensate and coolant, holes are arranged on the nozzle surface in tiers. The openings of the upper tier have a diameter (2-4 mm), this is necessary in order to keep the steam on the surface of the upper part of the nozzle, where partial condensation occurs upon contact with the coolant. An increase in the diameter of the openings of the upper tier more than 4 mm can lead to the breakthrough of a large volume of steam into the lower tiers of the nozzle, which will cause the formation of condensate and the possible appearance of secondary steam.

При вращательно-поступательном движении парожидкостной смеси и охлаждающей жидкости к основанию насадки происходит непрерывное уменьшение количества пара и увеличение количества конденсата, который необходимо своевременно удалять из рабочего пространства насадки. Поэтому диаметр отверстий последующего яруса больше диаметра отверстий предыдущего. На нижнем ярусе насадки пар отсутствует и происходит полное удаление образовавшегося конденсата. Отверстия нижнего яруса имеют диаметр 10÷44 мм. При диаметре меньше 10 мм будет происходить продолжение крутки потока конденсата, что уменьшит скорость удаления конденсата из устройства, а увеличение диаметра больше 14 мм нецелесообразно, так как не влияет на конечный результат.During the rotational-translational movement of the vapor-liquid mixture and the cooling liquid to the base of the nozzle, there is a continuous decrease in the amount of steam and an increase in the amount of condensate, which must be removed in a timely manner from the working space of the nozzle. Therefore, the diameter of the holes of the subsequent tier is larger than the diameter of the holes of the previous one. There is no vapor nozzle on the lower tier and the condensate formed is completely removed. The openings of the lower tier have a diameter of 10 ÷ 44 mm. With a diameter of less than 10 mm, the condensate flow will continue to twist, which will reduce the rate of condensate removal from the device, and increasing the diameter of more than 14 mm is impractical, since it does not affect the final result.

Межцентровое расстояние отверстий ярусов составляет 1.1÷4 диаметра отверстия. При увеличении межцентрового расстояния более 4-х диаметров отверстий не будет происходить разрыв конденсатной пленки, что приведет к снижению интенсивности процесса.The intercenter distance of the holes of the tiers is 1.1 ÷ 4 of the diameter of the hole. With an increase in the intercenter distance of more than 4 diameters of the holes, the condensate film will not break, which will lead to a decrease in the intensity of the process.

Для расширения рабочего диапазона насадки по давлению пара и расходу охлаждающей жидкости между ярусами отверстий выполнены пояса дренажных отверстий. При увеличении давления подаваемого пара капли конденсата, образующиеся при разрыве конденсатной пленки, при несвоевременном удалении конденсата могут попадать в поток пара, что приведет к возникновению вторичного пара. Наличие дренажных поясов с отверстиями большего диаметра, чем диаметр отверстий соседних ярусов, способствует быстрому удалению конденсата из рабочего пространства насадки. В результате эффективность работы устройства увеличивается. Диаметр дренажных отверстий 14÷20 мм с межцентровым расстоянием 1,5÷3 диаметра отверстия являются оптимальными и обеспечивают максимально быстрое удаление конденсата из рабочего пространства насадки.To expand the working range of the nozzle in terms of steam pressure and coolant flow between the tiers of the holes, drainage belt belts are made. With an increase in the pressure of the supplied steam, the condensate droplets formed during the rupture of the condensate film, if the condensate is not removed promptly, can fall into the steam stream, which will lead to the formation of secondary steam. The presence of drainage belts with holes of a larger diameter than the diameter of the holes of adjacent tiers, contributes to the rapid removal of condensate from the working space of the nozzle. As a result, the efficiency of the device increases. The diameter of the drainage holes 14 ÷ 20 mm with an intercenter distance of 1.5 ÷ 3 hole diameters are optimal and provide the most rapid removal of condensate from the working space of the nozzle.

Расположение патрубков для подачи пара обеспечивает закручивание входящих потоков пара, необходимого для постоянного обновления поверхности контакта рабочих жидкостей. Известно, что чем больше значение коэффициента крутки, тем выше тангенциальная скорость потока и радиус вихря, это способствует ускорению процесса обновления поверхности контакта. Для увеличения начального коэффициента крутки патрубки для подачи пара в предлагаемом устройстве, в отличие от прототипа, в поперечном разрезе имеют форму эллипсов, большие оси которых параллельны оси устройства. Для сохранения крутки потока парожидкостной смеси и конденсата отверстия каждого яруса насадки выполнены по винтовой линии в коридорном порядке, что приводит к постоянному обновлению поверхности контакта парожидкостной смеси с охлаждающей жидкостью.The location of the steam nozzles ensures the twisting of the incoming steam flows, which is necessary for constant updating of the contact surface of the working fluids. It is known that the larger the twist coefficient, the higher the tangential velocity of the flow and the radius of the vortex, this helps to accelerate the process of updating the contact surface. To increase the initial coefficient of twist, the nozzles for supplying steam in the proposed device, in contrast to the prototype, are in the cross section in the form of ellipses, large axes of which are parallel to the axis of the device. To maintain the twist of the flow of the vapor-liquid mixture and condensate, the holes of each nozzle tier are made along a helical line in the corridor order, which leads to constant updating of the contact surface of the vapor-liquid mixture with the coolant.

На внутренней и внешней поверхностях насадки по спирали установлены перфорированные спиралеобразные ленты. Наличие лент препятствует проскоку пара к основанию устройства, то есть, в отличие от прототипа, не будет происходить повышение температуры конденсата на выходе из устройства. Предлагаемое устройство обеспечивает понижение температуры конденсата на выходе из устройства до ~30°С, в то время как прототип - только лишь до ~70°С.Perforated spiral-shaped tapes are mounted on the inner and outer surfaces of the nozzle in a spiral. The presence of tapes prevents the passage of steam to the base of the device, that is, in contrast to the prototype, there will be no increase in the temperature of the condensate at the outlet of the device. The proposed device provides a decrease in the temperature of the condensate at the outlet of the device to ~ 30 ° C, while the prototype only to ~ 70 ° C.

Наличие лент также способствует поддержанию вращательно-поступательного движения парожидкостной смеси.The presence of tapes also helps to maintain the rotational-translational motion of the vapor-liquid mixture.

Отверстия на лентах не только увеличивают площадь контакта рабочих жидкостей, но и в случае подачи неочищенного пара способствуют удалению неконденсируемых газов из парожидкостной смеси и конденсата. Свободный край внутренней спиралеобразной ленты образует цилиндрическое пространство, необходимое для удаления неконденсируемых газов. В противном случае скопление неконденсируемых газов в устройстве приведет к образованию застойных зон («газовых подушек»), что снизит интенсивность тепломассообмена и эффективность устройства. Следовательно заявляемое устройство может быть применено для конденсации и/или нагрева различных рабочих сред, в том числе пара, содержащего неконденсируемые газы.The holes on the tapes not only increase the contact area of the working fluids, but also, in the case of supplying crude steam, help to remove non-condensable gases from the vapor-liquid mixture and condensate. The free edge of the inner spiral tape forms the cylindrical space necessary to remove non-condensable gases. Otherwise, the accumulation of non-condensable gases in the device will lead to the formation of stagnant zones ("gas cushions"), which will reduce the intensity of heat and mass transfer and the efficiency of the device. Therefore, the inventive device can be used for condensation and / or heating of various working environments, including steam containing non-condensable gases.

По мере движения парожидкостной смеси под действием центробежных сил происходит ее отбрасывание к стенкам корпуса. Чтобы предотвратить проскок пара, удаление образовавшегося конденсата из зоны контакта, приводящее к снижению эффективности устройства, свободный край внешней спиралеобразной ленты соприкасается с внутренней поверхностью корпуса.As the vapor-liquid mixture moves under the action of centrifugal forces, it is discarded to the walls of the housing. To prevent the escape of steam, the removal of condensate from the contact zone, which leads to a decrease in the efficiency of the device, the free edge of the outer spiral-shaped tape is in contact with the inner surface of the housing.

Совокупность вышеописанных конструктивных решений обеспечивают максимально эффективную конденсацию пара и получение переохлажденного конденсата, что позволяет избежать эффекта «вторичного пара».The combination of the above structural solutions provide the most efficient steam condensation and obtaining supercooled condensate, which avoids the effect of "secondary steam".

Изобретение поясняется следующими чертежами:The invention is illustrated by the following drawings:

на фиг.1 представлен общий вид устройства:figure 1 presents a General view of the device:

а) - фронтальный разрез,a) - frontal section,

б) - горизонтальный разрез устройства в плоскости "А-А ",b) is a horizontal section of the device in the plane "AA",

в) - разрез "В-В патрубка для подачи пара,C) - section "BB pipe for supplying steam,

г) - выноска перфорированной спиралеобразной ленты; на фиг.2 изображен общий вид насадки устройства:g) - callout perforated spiral tape; figure 2 shows a General view of the nozzle of the device:

а) - вид слева, б) - вид сверху;a) - view from the left, b) - view from above;

на фиг.3 - схема насадки устройства:figure 3 - diagram of the nozzle of the device:

а) - фронтальный разрез, б) - вид сверху.a) - frontal section, b) - top view.

Устройство содержит цилиндрический корпус 1, внутри которого соосно установлена регулярная перфорированная полая конусообразная насадка 2, крышку 3 с патрубком 4 для отвода неконденсируемых газов и с коаксиально закрепленной распиливающей центробежной форсункой 5 для подачи охлаждающей жидкости, днище 6 с патрубком 7 для отвода конденсата. На противоположных сторонах верхней части корпуса 1 над и под верхней кромкой насадки установлены патрубки 8 и 9 для ввода пара, причем патрубки в поперечном сечении имеют форму эллипса, большие оси которых параллельны оси устройства (фиг.1в). По окружности насадки расположены в коридорном порядке по винтовой линии отверстия 10 ярусами 11 (фиг.2а, 3а). При переходе от верхнего яруса к нижнему диаметр отверстий и межцентровое расстояние увеличиваются. Между ярусами выполнены дренажные пояса 12 диаметр отверстий, которых больше диаметра отверстий ярусов (фиг.2а, 3а). На насадке перпендикулярно ее наружной и внутренней поверхностям закреплены по спирали наружная 13 (фиг.2) и внутренняя 14 (фиг.3) перфорированные спиралеобразные ленты переменной ширины (фиг.1г). Свободный край наружной ленты 14 соприкасается с внутренней стороной корпуса 1, а свободный край внутренней ленты 13 образует внутри насадки цилиндрическое пространство 15.The device comprises a cylindrical body 1, inside which a regular perforated hollow cone-shaped nozzle 2 is coaxially mounted, a cover 3 with a nozzle 4 for exhausting non-condensable gases and with a coaxially fixed sawing centrifugal nozzle 5 for supplying coolant, a bottom 6 with a nozzle 7 for condensate drainage. On opposite sides of the upper part of the housing 1 above and below the upper edge of the nozzle, nozzles 8 and 9 are installed for introducing steam, and the nozzles in cross section are elliptical, the large axes of which are parallel to the axis of the device (Fig. 1c). Around the circumference of the nozzle are located in the corridor order along the helix of the hole 10 tiers 11 (figa, 3A). When passing from the upper tier to the lower tier, the diameter of the holes and the center distance increase. Between the tiers, drainage belts 12 are made with the diameter of the holes, which are larger than the diameter of the holes of the tiers (Figs. 2a, 3a). On the nozzle perpendicular to its outer and inner surfaces, the outer 13 (FIG. 2) and inner 14 (FIG. 3) perforated spiral-shaped tapes of variable width are fixed in a spiral (FIG. 1 g). The free edge of the outer tape 14 is in contact with the inner side of the housing 1, and the free edge of the inner tape 13 forms a cylindrical space 15 inside the nozzle.

Тепло-массообменное устройство вихревого типа работает следующим образом. Пар с температурой 120÷150°С под давлением подают в корпус 1 через два патрубка 8 и 9. Через центробежную форсунку 5 подают охлаждающую жидкость с температурой 21÷23°С. При непосредственном контакте пара и жидкости происходит частичная конденсация пара, что приводит к образованию парожидкостной смеси. Парожидкостная смесь поступательно с малым вращением движется к верхнему ярусу регулярной насадки 2. Пар, подаваемый через патрубок 9, придает дополнительный разгон вихрю парожидкостной смеси. В объеме насадки продолжается конденсация парожидкостной смеси, образующийся конденсат отбрасывается к периферии насадки, что приводит к образованию конденсатной пленки. Конденсатная пленка разрывается, образующиеся капли стекают к основанию насадки и конденсат удаляется через патрубок 7. В случае подачи пара, содержащего неконденсируемые газы, вывод этих газов из устройства осуществляется через патрубок 4.The heat-mass transfer device of the vortex type operates as follows. Steam with a temperature of 120 ÷ 150 ° C under pressure is fed into the housing 1 through two nozzles 8 and 9. Through a centrifugal nozzle 5 serves coolant with a temperature of 21 ÷ 23 ° C. With direct contact of steam and liquid, partial condensation of the vapor occurs, which leads to the formation of a vapor-liquid mixture. The vapor-liquid mixture progressively with small rotation moves to the upper tier of the regular nozzle 2. The steam supplied through the pipe 9 gives additional acceleration to the vortex of the vapor-liquid mixture. In the volume of the nozzle, condensation of the vapor-liquid mixture continues, the condensate formed is discarded to the periphery of the nozzle, which leads to the formation of a condensate film. The condensate film is torn, the resulting droplets flow down to the base of the nozzle and the condensate is removed through the nozzle 7. In the case of supplying steam containing non-condensable gases, these gases are removed from the device through the nozzle 4.

Были проведены сравнительные испытания предлагаемого устройства и прототипа на системах водяной пар - вода, пары этанола - этанол. Полученные результаты приведены в таблицах 1 и 2.Comparative tests of the proposed device and prototype were carried out on systems of water vapor - water, ethanol vapor - ethanol. The results are shown in tables 1 and 2.

Таблица 1Table 1 Результаты экспериментальных исследований предлагаемого устройства на системе водяной пар-водаThe results of experimental studies of the proposed device on a system of water vapor-water Рабочие параметрыOperating parameters ПрототипPrototype Предлагаемое устройствоProposed device Избыточное давление в устройстве, МПаOverpressure in the device, MPa 0,2÷0,00.2 ÷ 0.0 0,2÷0,00.2 ÷ 0.0 Избыточное давление на выходе из устройства, МПаExcessive pressure at the outlet of the device, MPa 0,00,0 0,00,0 Избыточное давление охлаждающей воды, МПаExcessive pressure of cooling water, MPa 0,24÷0,260.24 ÷ 0.26 0,24÷0,260.24 ÷ 0.26 Расход водяного пара, кг/сWater consumption, kg / s 0,70.7 0,70.7 Температура водяного пара на входе,°СInlet water temperature, ° С 120÷150120 ÷ 150 120÷150120 ÷ 150 Температура охлаждающей воды,°СCooling water temperature, ° С 21÷2321 ÷ 23 21÷2321 ÷ 23 Температура конденсата на выходе,°С при расходе охлаждающей воды, 103 кг/с:Condensate temperature at the outlet, ° С at a flow rate of cooling water, 103 kg / s: 8282 7070 5,3÷6,35.3 ÷ 6.3 10,5÷12,810.5 ÷ 12.8 7676 4242 7272 3131 16,2÷19,116.2 ÷ 19.1 Производительность без учета охлаждающей жидкости, 103 кг/с при расходе охлаждающей воды, 103 кг/с:Productivity excluding coolant, 103 kg / s at a flow rate of cooling water, 103 kg / s: 5,3÷6,35.3 ÷ 6.3 0,5÷0,70.5 ÷ 0.7 0,6÷0,70.6 ÷ 0.7 10,5÷12,810.5 ÷ 12.8 0,8÷1,00.8 ÷ 1.0 1,0÷1,21,0 ÷ 1,2 16,2÷19,116.2 ÷ 19.1 1,3÷1,71.3 ÷ 1.7 1,6÷2,21.6 ÷ 2.2

Результаты экспериментальных исследований (табл.1 и 2) показывают, что при одинаковых условиях работы предлагаемое устройство обеспечивает понижение температуры конденсата на выходе до ~30°С, в то время как прототип - до ~70°С. При этом расход охлаждающей жидкости для достижения одинаковых температур конденсата на выходе у заявляемого устройства в три раза меньше, чем у прототипа. Таким образом, предлагаемое устройство позволяет получать конденсат, не требующий дополнительного охлаждения перед повторным использованием.The results of experimental studies (tables 1 and 2) show that, under the same operating conditions, the proposed device provides a decrease in the condensate temperature at the outlet to ~ 30 ° C, while the prototype - to ~ 70 ° C. In this case, the coolant flow rate to achieve the same condensate temperature at the outlet of the inventive device is three times less than that of the prototype. Thus, the proposed device allows to obtain condensate that does not require additional cooling before reuse.

Таблица 2table 2 Результаты экспериментальных исследований предлагаемого устройства на системе пары этанола-этанолThe results of experimental studies of the proposed device on a pair of ethanol-ethanol Рабочие параметрыOperating parameters ПрототипPrototype Предлагаемое устройствоProposed device Избыточное давление в устройстве, МПаOverpressure in the device, MPa 0,2÷0,10.2 ÷ 0.1 0,2÷0,10.2 ÷ 0.1 Избыточное давление на выходе из устройства, МПаExcessive pressure at the outlet of the device, MPa 0,10.1 0,10.1 Избыточное давление охлаждающей жидкости, МПаExcessive coolant pressure, MPa 0,24÷0,260.24 ÷ 0.26 0,24÷0,260.24 ÷ 0.26 Расход паров этанола, кг/сEthanol vapor consumption, kg / s 0,70.7 0,70.7 Температура паров этанола на входе,°СEthanol vapor temperature at the inlet, ° С 105÷120105 ÷ 120 105÷120105 ÷ 120 Температура охлаждающей жидкости,°СCoolant temperature, ° С 21÷2321 ÷ 23 21÷2321 ÷ 23 Температура конденсата на выходе,°СCondensate temperature at the outlet, ° С при расходе охлаждающей жидкости, 103 кг/с:
6,7÷6,8
at a consumption of cooling liquid, 103 kg / s:
6.7 ÷ 6.8
8181 6868
13,0÷13,713.0 ÷ 13.7 7474 4444 20,5÷21,820.5 ÷ 21.8 7171 2929th Производительность без учета охлаждающейPerformance excluding cooling жидкости, 103 кг/с при расходе охлаждающей жидкости, 103 кг/с:
6,7÷6,8
liquids, 103 kg / s at a flow rate of a cooling liquid, 103 kg / s:
6.7 ÷ 6.8
-- 0,3÷0.40.3 ÷ 0.4 13,0÷13,713.0 ÷ 13.7 0,6÷0,90.6 ÷ 0.9 0,8÷0,90.8 ÷ 0.9 20,5÷21,820.5 ÷ 21.8 1,1÷1,31.1 ÷ 1.3 1,6÷2,01.6 ÷ 2.0

Данные таблицы 2 показывают, что предлагаемое устройство эффективно для конденсации не только водяного пара, но и, например, паров этанола. Использование прототипа для аналогичных целей экономически нецелесообразно, так как минимальная температура конденсата на выходе составляет ~70°С, а температура кипения этанола - 78°С. Предлагаемое устройство может быть использовано для конденсации паров низкокипящих жидкостей с температурой кипения не ниже 35°С.The data in table 2 show that the proposed device is effective for condensing not only water vapor, but also, for example, ethanol vapor. Using the prototype for similar purposes is not economically feasible, since the minimum temperature of the condensate at the outlet is ~ 70 ° C, and the boiling point of ethanol is 78 ° C. The proposed device can be used to condense vapors of low boiling liquids with a boiling point of at least 35 ° C.

Таким: образом, предлагаемое тепло-массообменное устройство вихревого типа по сравнению с прототипом имеет следующие преимущества:Thus: thus, the proposed heat-mass transfer device of the vortex type in comparison with the prototype has the following advantages:

- эффективность - 98%,- efficiency - 98%,

- полное устранение эффекта «вторичного пара»,- complete elimination of the effect of "secondary steam",

- возможность использования для конденсации неочищенного водяного пара и паров других жидкостей.- the possibility of using for condensation of crude water vapor and vapors of other liquids.

Claims (2)

1. Тепломассообменное устройство вихревого типа, содержащее цилиндрический корпус, крышку с распыливающей центробежной форсункой, днище с патрубком для отвода конденсата, внутри корпуса соосно установлена регулярная перфорированная насадка, представляющая собой полый усеченный конус с отверстиями, расположенными по окружности насадки, по меньшей мере, четырьмя ярусами, между ярусами выполнен пояс дренажных отверстий, на противоположных сторонах корпуса над и под верхней кромкой насадки размещены два патрубка для ввода пара, отличающееся тем, что в крышке расположен патрубок для отвода неконденсируемых газов, отверстия каждого яруса насадки расположены в коридорном порядке по винтовой линии, причем диаметр отверстий верхнего яруса равен 2÷4 мм, нижнего - 10÷14 мм, межцентровое расстояние равно 1,1÷4 диаметра отверстия, при этом диаметр отверстий каждого последующего яруса больше диаметра отверстий предыдущего, а диаметр дренажных отверстий составляет 14÷20 мм с межцентровым расстоянием 1,5÷3 диаметра отверстия, на насадке перпендикулярно ее наружной и внутренней поверхностям закреплены по спирали перфорированные спиралеобразные ленты переменной ширины так, что свободный край наружной ленты соприкасается с внутренней стороной корпуса, свободный край внутренней ленты образует внутри насадки цилиндрическое пространство, патрубки для ввода пара имеют в поперечном сечении форму эллипсов, большие оси которых параллельны оси устройства.1. A vortex-type heat and mass transfer device containing a cylindrical body, a cover with a centrifugal atomizing nozzle, a bottom with a condensate drain pipe, a regular perforated nozzle coaxially mounted inside the body, consisting of a hollow truncated cone with holes located at least four around the nozzle circumference in tiers, between the tiers a belt of drainage holes is made, on the opposite sides of the body above and below the upper edge of the nozzle there are two nozzles for introducing steam, distinguishing due to the fact that there is a nozzle in the lid for the removal of non-condensable gases, the holes of each nozzle tier are arranged in a corridor order along a helical line, and the diameter of the holes of the upper tier is 2 ÷ 4 mm, the bottom is 10 ÷ 14 mm, the center distance is 1.1 ÷ 4 hole diameters, while the diameter of the holes of each subsequent tier is larger than the diameter of the holes of the previous one, and the diameter of the drainage holes is 14 ÷ 20 mm with an intercenter distance of 1.5 ÷ 3 hole diameters, on the nozzle perpendicular to its outer and inner surfaces wells fixed spiral perforated spiral strip of variable width so that the free edge of the outer band in contact with the inner body side, the free edge of the inner tape forms inside the nozzle cylinder space, nozzles for injection of steam have a cross sectional shape of ellipses, the major axes are parallel to the axis of the device. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что толщина стенок насадки составляет 0,5÷3,0 мм. 2. The device according to claim 1, characterized in that the wall thickness of the nozzle is 0.5 ÷ 3.0 mm
RU2012123253/06A 2012-06-05 2012-06-05 Heat and mass exchange vortex-type device RU2502929C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012123253/06A RU2502929C1 (en) 2012-06-05 2012-06-05 Heat and mass exchange vortex-type device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012123253/06A RU2502929C1 (en) 2012-06-05 2012-06-05 Heat and mass exchange vortex-type device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012123253A RU2012123253A (en) 2013-12-10
RU2502929C1 true RU2502929C1 (en) 2013-12-27

Family

ID=49682823

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012123253/06A RU2502929C1 (en) 2012-06-05 2012-06-05 Heat and mass exchange vortex-type device

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2502929C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2802313C1 (en) * 2023-03-02 2023-08-24 Акционерное общество "ТАНЕКО" Ambient conditions steam condenser

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3045989A (en) * 1958-05-31 1962-07-24 Kittel Walter Contact plate arrangement for contact columns
SU563999A1 (en) * 1976-03-15 1977-07-05 Предприятие П/Я Р-6575 Packing for heat and mass exchangers
RU2093240C1 (en) * 1994-01-26 1997-10-20 Иван Петрович Слободяник Mass-exchange lattice column
RU2097096C1 (en) * 1994-05-31 1997-11-27 Иван Петрович Слободяник Lattice tower
RU2271848C1 (en) * 2004-07-23 2006-03-20 Александр Спиридонович Смертин Mass-exchange contact device

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3045989A (en) * 1958-05-31 1962-07-24 Kittel Walter Contact plate arrangement for contact columns
SU563999A1 (en) * 1976-03-15 1977-07-05 Предприятие П/Я Р-6575 Packing for heat and mass exchangers
RU2093240C1 (en) * 1994-01-26 1997-10-20 Иван Петрович Слободяник Mass-exchange lattice column
RU2097096C1 (en) * 1994-05-31 1997-11-27 Иван Петрович Слободяник Lattice tower
RU2271848C1 (en) * 2004-07-23 2006-03-20 Александр Спиридонович Смертин Mass-exchange contact device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2802313C1 (en) * 2023-03-02 2023-08-24 Акционерное общество "ТАНЕКО" Ambient conditions steam condenser

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012123253A (en) 2013-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2502929C1 (en) Heat and mass exchange vortex-type device
RU124778U1 (en) HEAT AND MASS EXCHANGE DEVICE OF VORTEX TYPE
JP2008168183A (en) Vapor-liquid separator and water producing device
RU2352860C1 (en) Thermal deaerator
JPH0894284A (en) Vertical condenser
RU25693U1 (en) AQUADISTILLATOR
KR101175094B1 (en) Condensing device
RU2275224C2 (en) Heat and mass exchange apparatus
RU2602115C1 (en) Bubble-cap tray contact element
CO4761079A1 (en) DOWN FOR CHEMICAL PROCESS TOWER
RU2288020C1 (en) Heat-mas-exchange apparatus
RU2271848C1 (en) Mass-exchange contact device
RU2760142C1 (en) Centrifugal drip deaerator
CN220999307U (en) Three-stage vapor-liquid separation module of low-temperature heat pump evaporator
RU2777319C1 (en) Column for acid concentration and denitration
RU2780517C1 (en) Contact device for heat and mass exchanger
SU1681164A1 (en) Selective module condenser
CN214971785U (en) Reflux device for tail gas alkaline washing tower
JP2019521849A (en) Cyclone condensing and cooling system
CN221107002U (en) Phenolate steaming and blowing system capable of realizing continuous oil removal
CN220213977U (en) Efficient silk screen defroster
RU2365844C1 (en) Heat-exchange apparatus
RU2327937C2 (en) Apparatus for heat exchange processes
US20220379259A1 (en) Heat-integrated transformative carbon dioxide capture process
RU94321U1 (en) CAPACITOR SEPARATOR FOR HEAT AND MASS EXCHANGE PROCESSES

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170606