RU2800557C2 - Устройство для приведения потока газа и потока жидкости в контакт - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к приведению в контакт газа и жидкости в камере, при этом газ и жидкость циркулируют в камере в одном и том же направлении, соответственно в форме потока газа и потока жидкости. Устройство (1) для приведения газа в контакт с жидкостью содержит камеру (Е), первые средства (5) для введения в указанную камеру и циркуляции в ней потока (G) газа, вторые средства (6) для введения в указанную камеру и циркуляции в ней потока (L) жидкости с циркуляцией его внутри камеры (Е) в том же направлении, что и поток (G) газа, и средства (4А) для смешивания потока (G) газа и потока (L) жидкости. Эти смесительные средства (4А) расположены внутри камеры (Е) на пути потока газа и потока жидкости и выполнены с возможностью локального отклонения вверх и/или локального обеспечения подъема по меньшей мере одной части потока газа и потока жидкости для локального создания турбулентностей в потоке газа и в потоке жидкости. Технический результат изобретения - повышение эффективности контакта между газом и жидкостью. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 9 ил.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к приведению в контакт газа и жидкости в камере, при этом газ и жидкость циркулируют в камере в одном и том же направлении, соответственно в форме потока газа и потока жидкости.

Уровень техники

В промышленности, сфере обслуживания или в быту существует большое количество применений, в которых оказывается необходимым приводить в контакт газ и жидкость. Например, не ограничивающим и не исчерпывающим образом, одно применение заключается в приведении газа в контакт с жидкостью для обеспечения теплообмена между газом и текучей средой, например, для охлаждения газа (в частности, дымовых газов, промышленных дымов и т.д.) или, наоборот, для нагрева газа с использованием жидкости, или наоборот, для нагрева или охлаждения жидкости с использованием газа. Другое применение заключается в приведении газа в контакт с жидкостью для увлажнения или осушения потока газа. Другое применение заключается в приведении газа в контакт с жидкостью для очистки или фильтрации потока газа, в частности, посредством захвата определенных загрязняющих веществ или определенных молекул газа в жидкости. Вышеуказанные применения, конечно, можно комбинировать друг с другом.

Таким образом, на настоящее время были предложены различные технические решения для приведения в контакт газа и жидкости.

Среди этих известных технических решений можно отметить первое решение, которое описано настоящим заявителем в международных патентных заявках WO 2015/086979 и WO 2016/071648, и которое заключается в пропускании потока газа непосредственно через объем жидкости, содержащейся в камере, посредством введения потока газа в объем жидкости ниже поверхности этого объема жидкости. Это техническое решение имеет особое преимущество, позволяющее достичь высокого энергетического выхода для теплообмена между жидкостью и газом за счет использования теплопроводности и скрытой теплоты жидкости. Однако оно имеет недостаток, заключающийся в необходимости использования высокомощных вентиляторов или компрессоров для введения потока газа в объем жидкости из-за значительного перепада давления, вызванного этим объемом жидкости на пути газового потока.

Второе техническое решение заключается в пропускании потока газа через завесу из мелких капель жидкости или через обменную поверхность, проницаемую для газа и содержащую жидкость, например, текстильный материал, пропитанный водой. Главный недостаток решения такого типа заключается в очень низком энергетическом выходе теплообмена между жидкостью и потоком газа, что в ущерб требует использования очень больших и громоздких обменных поверхностей. То же самое верно и для применений в области фильтрации газа, которые требуют использования очень больших и громоздких поверхностей контакта между газом и жидкостью.

Третье известное техническое решение заключается в циркуляции в вертикальной обменной камере башенного типа, в противоположных направлениях и в контакте друг с другом, поднимающегося потока газа и потока жидкости, опускающегося под действием силы тяжести в камере. Это третье техническое решение имеет преимущество в том, что для принудительной циркуляции поднимающегося потока газа требуются вентиляторы или компрессоры, обычно имеющие меньшую мощность по сравнению с первым вышеуказанным решением, ввиду низкого перепада давления на пути потока газа. С другой стороны, как и для вышеуказанного второго решения, энергоэффективность теплообмена между жидкостью и газом ниже, чем для первого решения, что на практике требует использования обменных камер очень большой высоты для достаточного увеличения продолжительности контакта между газом и жидкостью. То же самое верно и для этого третьего решения для применений в области фильтрации газа с использованием жидкости.

Задачи изобретения

Настоящее изобретение направлено на создание нового технического решения для приведения газа и жидкости в контакт.

В частности, это новое техническое решение позволяет повысить эффективность контакта между газом и жидкостью по сравнению с вышеуказанными вторым и третьим решениями.

В частности, это новое техническое решение позволяет получить перепад давления на пути потока газа, который может быть меньше, чем в вышеуказанном первом техническом решении.

Раскрытие сущности изобретения

Таким образом, настоящее изобретение относится к устройству для приведения газа и жидкости в контакт, содержащему камеру, первые средства для введения в указанную камеру и циркуляцию в ней потока газа, вторые средства для введения в указанную камеру и циркуляции в ней потока жидкости, с циркуляцией его внутри камеры в том же направлении, что и поток газа, и средства для смешивания потока газа и потока жидкости, расположенные внутри камеры на пути потока газа и потока жидкости и выполненные с возможностью локального отклонения вверх и/или локального обеспечения подъема по меньшей мере одной части потока газа и потока жидкости для локального создания турбулентностей в потоке газа и в потоке жидкости.

В контексте настоящего изобретения, когда направления циркуляции потока газа и потока жидкости одинаковы, изобретение может быть преимущественно легко реализовано с чрезвычайно различающимися рабочими давлениями и, в отличие от вышеуказанных решений уровня техники, может быть преимущественно легко реализовано, в частности, при высоких рабочих давлениях выше атмосферного давления.

В частности, устройство, составляющее настоящее изобретение, может содержать следующие дополнительные и опциональные признаки, взятые по отдельности или в комбинации друг с другом:

камера содержит по меньшей мере первую часть, выполненную с возможностью нисхождения в ней потока газа и потока жидкости.

смесительные средства расположены внутри указанной первой части камеры и содержат по меньшей мере один смесительный элемент, в частности по меньшей мере один статический смесительный элемент, причем этот смесительный элемент имеет вогнутую изогнутую верхнюю поверхность, изгиб которой обеспечивает возможность локального отклонения вверх по меньшей мере одной части опускающегося потока газа и опускающегося потока жидкости для локального создания турбулентности в опускающемся потоке газа и в опускающемся потоке жидкости.

смесительные средства содержат множество смесительных элементов, которые разнесены в вертикальном направлении и предпочтительно также разнесены в горизонтальном направлении.

каждый смесительный элемент зафиксирован внутри указанной первой части камеры на одном из его краев или вблизи него и содержит, напротив этого фиксирующего края, свободный край, расположенный на уровне ниже фиксирующего края смесительного элемента, но на уровне выше, чем самая нижняя точка изогнутой верхней поверхности смесительного элемента.

указанная первая часть камеры содержит центральную ось, причем свободный край каждого смесительного элемента расположен по существу на этой центральной оси или около нее.

смесительные средства содержат, внутри камеры, по меньшей мере один вращательный смесительный элемент, обеспечивающий при его вращении обеспечивающий возможность локального подъема и/или локального отклонения вверх по меньшей мере одной части потока газа и потока жидкости для локального создания турбулентностей в потоке газа и в потоке жидкости.

указанный вращательный смесительный элемент содержит вращательный барабан, выполненный с возможностью циркуляции внутри него потока газа и потока жидкости и оснащенный внутренними лопастями.

указанный вращательный барабан ориентирован по существу вертикально или наклонен вниз в направлении циркуляции потока газа и потока жидкости.

внутренние лопасти разнесены по вертикали и горизонтали, и каждая внутренняя лопасть проходит от стенки барабана предпочтительно по существу до центральной оси вращательного барабана.

каждая внутренняя лопасть наклонена вниз.

внутренние лопасти разнесены по вертикали, и каждая внутренняя лопасть содержит пластину, в которой сформировано отверстие, обеспечивающее проход потока газа и потока жидкости через стенку, причем каждое отверстие предпочтительно смещено в горизонтальном направлении относительно отверстия нижележащей пластины для создания более извилистого пути через пластины для потока газа и потока жидкости.

указанный вращательный барабан ориентирован по существу горизонтально, а внутренние лопасти являются радиальными.

вход потока жидкости в камеру содержит впускной канал, который содержит, снаружи камеры, отверстие для входа указанного потока жидкости, и, внутри камеры, отверстие для введения в камеру потока жидкости.

смесительные средства по существу центрированы на оси, и указанное отверстие для введения потока жидкости в камеру расположено по существу на этой оси или близко к ней.

впускной канал наклонен относительно центральной оси на угол, по существу равный 45°.

отверстие впускного канала для введения опускающегося потока жидкости в камеру расположено напротив самого верхнего смесительного элемента.

самый верхний смесительный элемент, имеющий вогнутую изогнутую верхнюю поверхность, изгиб которой обеспечивает возможность локального отклонения по меньшей мере одной части опускающегося потока газа и опускающегося потока жидкости вверх для локального создания турбулентностей в опускающемся потоке газа и в опускающемся потоке жидкости, при этом отверстие впускного канала для введения опускающегося потока жидкости в камеру расположено относительно этой изогнутой верхней поверхности самого верхнего смесительного элемента так, что поток жидкости на выпуске впускного канала направлен к этой изогнутой верхней поверхности.

первые средства для введения и циркуляции потока газа в указанной камере содержат вентилятор или компрессор, соединенные с камерой и обеспечивающие возможность введения и принудительной циркуляции потока газа внутри камеры, предпочтительно с регулируемым расходом.

вторые средства для введения и циркуляции потока жидкости в указанной камере содержат насос, соединенный с камерой и обеспечивающий возможность введения потока жидкости внутрь камеры, предпочтительно с регулируемым расходом.

камера содержит, ниже по потоку от смесительных средств, горизонтальную часть, внутри которой зафиксирована по меньшей мере одна нижняя вертикальная внутренняя стенка, содержащая свободный верхний край, удаленный от стенки этой горизонтальной части камеры так, что обеспечен прохода для газа и жидкости между этой стенкой и указанным свободным верхним краем.

устройство содержит, внутри горизонтальной части камеры, по меньшей мере одну верхнюю внутреннюю стенку, содержащую свободный нижний край, удаленный от стенки горизонтальной части камеры так, что обеспечен проход между этой стенкой и указанным свободным нижним краем и обеспечено принудительное смешивание газа с жидкостью при ее прохождении через горизонтальную часть камеры.

свободный нижний край верхней внутренней стенки расположен по существу на том же уровне, или на более низком уровне, чем свободный верхний край нижней вертикальной внутренней стенки.

Другим объектом изобретения является способ приведения газа в контакт с жидкостью посредством вышеуказанного устройства, в котором поток указанного газа и поток указанной жидкости вводят, предпочтительно непрерывно, в вертикальную камеру выше по потоку от смесительных средств.

Другим объектом изобретения является применение вышеуказанного устройства для приведения газа и жидкости в контакт. Краткое описание чертежей Признаки и преимущества изобретения станут очевидными из нижеприведенного подробного описания нескольких конкретных примеров осуществления изобретения, причем конкретные примеры осуществления описаны как неограничивающие и не исчерпывающие примеры настоящего изобретения, и со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг. 1 - изометрический вид в перспективе первого примера осуществления устройства в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг. 2 - вид сбоку устройства с фиг. 1;

Фиг. 3 - вид в разрезе в центральной вертикальной плоскости устройства с фиг. 1, вертикальная камера которого соединена с вентилятором (или компрессором) и с насосом, и которое находится в работе;

Фиг. 4 - вид в разрезе в вертикальной плоскости второго примера осуществления устройства согласно настоящему изобретению.

Фиг. 5 - вид в разрезе второго примера осуществления в горизонтальной плоскости сечения V-V с фиг. 4;

Фиг. 6 - вид в разрезе в вертикальной плоскости третьего примера осуществления устройства согласно настоящему изобретению.

Фиг. 7 - вид в разрезе указанного третьего примера осуществления в горизонтальной плоскости VII-VII с фиг. 6;

Фиг. 8 - вид в разрезе в вертикальной плоскости второго примера осуществления устройства согласно настоящему изобретению.

Фиг. 9 - вид в разрезе указанного второго примера осуществления в плоскости ГХ-ГХ горизонтального сечения с фиг. 8. Осуществление изобретения

На фиг. 1-3 показан вариант примера осуществления устройства 1 согласно настоящему изобретению для приведения потока G газа и потока L жидкости, текущих в одном направлении, в контакт.

Это устройство 1 содержит камеру Е, которая в данном конкретном примере, без ограничения изобретения, содержит первую вертикальную часть 2 с центральной вертикальной осью 2а высотой Н, которая сообщается снизу со второй горизонтальный частью 3 с длиной L.

Ссылаясь на фиг. 2, эта первая часть 2 камеры Е содержит боковую стенку 20, которая определяет вертикальный внутренний проход 22 для потока опускающегося потока G газа и опускающегося потока L жидкости, а также верхнюю стенку 21, в которой сформировано отверстие 20а для входа в камеру 2 опускающегося потока G газа, которое предпочтительно ориентировано по существу вертикально к впуску камеры 2.

Камера 2 содержит, в нижней части, нижнее отверстие 20b, обеспечивающее возможность ее сообщения с горизонтальной камерой 3.

В варианте с фиг. 1-3 эта первая вертикальная часть 2 камеры Е образует конструкцию башенного типа, имеющую четырехугольное поперечное сечение в горизонтальной плоскости, а в данном случае - квадратное поперечное сечение, причем следует ответить, что геометрия этого поперечного сечения этой первой вертикальной части 2 не существенно для настоящего изобретения. В другом варианте этот первый вертикальный участок 2 может, например, иметь круглое поперечное сечение в горизонтальной плоскости.

Первая вертикальная часть 2 камеры Е оснащена впускным каналом 23 с центральной осью 23 с, проходящей через боковую стенку 20 камеры 2.

Этот впускной канал 23 содержит, снаружи камеры Е, впускное отверстие 23а для опускающегося потока L жидкости и, внутри первой вертикальной части 2 камеры Е, отверстие 23b для введения в камеру 2 опускающегося потока L жидкости.

Предпочтительно, но не ограничивая изобретение, ось 23 с канала наклонена относительно вертикали на угол, по существу равный 45°; отверстие 23b для введения опускающегося потока L жидкости в камеру 2 расположено по существу на центральной вертикальной оси 2а первой вертикальной части 2 камеры Е.

Камера Е также оснащена статическими смесительными средствами 4А, которые расположены внутри первой вертикальной части 2 камеры Е, на пути опускающегося потока G газа и опускающегося потока L жидкости ниже по потоку от отверстия 20а впуска газа и отверстия 23b впуска жидкости.

В этом конкретном примере осуществления эти смесительные средства 4А содержат смесительные элементы 40А в форме изогнутых пластин, которые зафиксирована на боковой стенке 20 первой вертикальной части 2 камеры Е. Каждая пластина 40А имеет изгиб, в данном случае и без ограничения изобретения, в форме дуги окружности, которая обеспечивает возможность локального отклонения вверх по меньшей мере одной части опускающегося потока газа и опускающегося потока жидкости для локального создания турбулентностей Tl, Т2, Т3 (фиг. 3) в опускающемся потоке газа и в опускающемся потоке жидкости, обеспечивая возможность прохождения вниз опускающегося потока газа и опускающегося потока жидкости.

Конкретнее, каждая изогнутая пластина 40А имеет вогнутую верхнюю поверхность 40с. Каждая изогнутая пластина 40А прикреплена на одном из краев 40а или вблизи него к боковой стенке 20 первой вертикальной части 2 камеры Е и имеет свободный край 40b напротив стенки 20, которая расположена на уровне ниже, чем фиксирующий край 40а пластины 40А, но на уровне немного выше, чем самая нижняя точка изогнутой верхней поверхности 40с пластины 40 А.

Этот свободный край 40b удален от боковой стенки первой вертикальной части 2 камеры Е, что обеспечивает образование пространства между этим свободным краем и указанной боковой стенкой, обеспечивающее возможность прохождения вниз опускающегося потока газа и опускающегося потока жидкости.

Предпочтительно, но без ограничения настоящего изобретения, свободный край 40b каждой пластины 40А расположен по существу на центральной вертикальной оси 2а первой вертикальной части 2 камеры Е или около нее.

Изогнутые пластины 40А закреплены внутри первой вертикальной части 2 камеры Е, при этом они разнесены в вертикальном направлении и предпочтительно разнесены в горизонтальном направлении, более предпочтительно и как показано на фиг. 3, противоположно друг к другу.

В конкретном примере осуществления, показанном на фиг. 2, устройство содержит три последовательные пластины 40А, при этом следует отметить, что в контексте изобретения устройство может содержать большее или меньшее количество пластин 40А.

Как показано на фиг. 2, отверстие 23b впускного канала 23 расположено напротив верхней поверхности 40с самой верхней первой пластины 40А, так что поток L жидкости на выпуске впускного канала 23 направлен к верхней поверхности 40с этой самой верхней первой пластины 40.

В менее эффективном альтернативном примере осуществления устройство может содержать только эту самую верхнюю первую пластину 40А.

Вторая горизонтальная часть 3 камеры Е с горизонтальной центральной осью За содержит верхнюю стенку 30, в которой сформировано отверстие 30а, совпадающее с нижним отверстием 20b первой вертикальной части 2 камеры Е и обеспечивающее сообщение двух частей 2 и 3 друг с другом.

В своей крайней части, наиболее удаленной от первой вертикальной части 2 камеры Е, вторая горизонтальная часть 3 камеры Е содержит нижнее отверстие 30b выпуска для выпуска, по меньшей мере, под действием силы тяжести жидкости на выпуске камеры Е и верхнее отверстие 30 с выпуска для выпуска газа на выпуске камеры Е. Отверстие 30b выпуска жидкости сообщается с нижним вертикальным выпускным каналом 31, а отверстие 30 с выпуска газа сообщается с верхним вертикальным выпускным каналом 32.

Вторая горизонтальная часть 3 камеры Е дополнительно содержит отверстие 33 ручного опорожнения, которое во время работы устройства 1 временно закрыто посредством съемной заглушки и которое может быть открыто для выполнения ручного опорожнения контейнера под действием силы тяжести от жидкости, оставшейся в устройстве 1 по окончании работы.

Вторая горизонтальная часть 3 камеры Е также содержит в верхней части выпускной канал 34, обеспечивающий возможность контроля уровня жидкости в горизонтальной камере 3 и, при необходимости, выпуска избытка жидкости, когда уровень жидкости во второй горизонтальной части 3 камеры Е становится слишком высоким.

Внутри второй горизонтальной части 3 камеры Е устройство содержит две нижние вертикальные внутренние стенки 35, которые разнесены в горизонтальном направлении и образуют три последовательных внутренних отсека 37 вдоль второй горизонтальной части 3 камеры Е. Свободный верхний край 35а каждой нижней вертикальной внутренней стенки 35 удален от верхней стенки 30 второй горизонтальной части 3 камеры Е для образования между этой верхней стенкой 30 и указанным свободным верхним краем 35а прохода, обеспечивающего возможность сообщения двух соседних камер 37 друг с другом.

Для принудительного смешивания газа с жидкостью при его прохождении через горизонтальную камеру 3 и предотвращения преждевременного разделения газа и жидкости в верхней части второй горизонтальной части 3 камеры Е в области первой В вертикальной части 2 камеры Е устройство также содержит верхнюю внутреннюю стенку 36, которая расположена между двумя нижними вертикальными внутренними стенками 35. Свободный нижний край 36а этой верхней вертикальной внутренней стенки 36 удален от нижней стенки 30 'второй горизонтальной части 3 камеры Е для образования прохода между этой нижней стенкой 30' и указанным нижним краем 36а.

Свободный нижний край 36а этой верхней вертикальной внутренней стенки 36 предпочтительно расположен ниже уровня свободных верхних краев 35а нижних вертикальных внутренних стенок 35.

Ссылаясь на фиг. З, во время работы впускное отверстие 20а камеры Е соединено с компрессором или вентилятором 5 (фиг. 3), что позволяет непрерывно вводить поток G газа выше по потоку от смесительных средств 4А и предпочтительно с регулируемым расходом и позволяет указанному потоку газа циркулировать внутри камеры Е между отверстием 20а впуска газа и отверстием 30 с выпуска G газа.

Впускной канал 23 соединен с насосом 6, который позволяет непрерывно вводить опускающийся поток L жидкости выше по потоку от смесительных средств 4А внутри камеры Е, предпочтительно с регулируемым расходом. Этот насос 6 обеспечивает возможность циркуляции указанного потока L жидкости в том же направлении циркуляции, что и поток G газа, между отверстием 3b впуска жидкости и отверстием 30b выпуска жидкости.

Первоначально вторая горизонтальная часть 3 камеры Е предварительно заполнена уровнем N жидкости (фиг. 3), который предпочтительно расположен над верхним краем 35а нижних вертикальных внутренних стенок 35, при этом нижние вертикальные внутренние стенки 35, таким образом, полностью погружены в жидкость, содержащуюся во второй горизонтальной части 3 камеры Е. Верхняя вертикальная внутренняя стенка 36 частично погружена в жидкость, содержащуюся во второй горизонтальной части 3 камеры Е, нижний край 36а этой верхней вертикальной внутренней стенки 36 погружен ниже уровня N жидкости.

Во время работы, когда вентилятор или компрессор 5 и насос 6 включены, на выпуске 23b впускного канала 23 опускающийся поток L жидкости направлен на изогнутую верхнюю поверхность 40с самой верхней первой пластины 40А и по меньшей мере частично отклонен вверх. По меньшей мере одна часть опускающегося потока G газа, контактирующая с этой самой верхней первой пластиной 40А, также локально отклонена вверх. Это приводит к локальному образованию на указанной самой верхней первой пластине 40А турбулентности Т1, которая преимущественно обеспечивает смешивание и более однородное перемешивание газа и жидкости.

Поток жидкости течет вниз под действием силы тяжести в первой вертикальной части 2 камеры Е, и поток газа, принудительно опускается внутри первой вертикальной части 2 камеры Е посредством вентилятора или компрессора 5, при этом поток газа и поток жидкости опускаются внутри камеры к следующей изогнутой пластине 40 А, и те же процессы отклонения вверх газа и жидкости с образованием турбулентности Т2, Т3 происходят на других изогнутых пластинах 40А.

Таким образом, на выпуске первой вертикальной части 2 камеры Е образуется первая однородная смесь потока G газа и потока L жидкости. Наличие на пути потоков газа и жидкости изогнутых пластин 40А, создающих турбулентности T1, Т2, Т3, преимущественно позволяет повысить эффективность этого смешения и, таким образом, уменьшить высоту Н первой вертикальной части 2 камеры Е. Кроме того, перепад давления, создаваемый на пути потока G газа изогнутыми пластинами 40А, невелик, что позволяет избежать увеличения размера вентилятора или компрессора 5.

После прохождения через первую вертикальную часть камеры Е поток жидкости и поток газа опускаются во вторую горизонтальную часть 3 камеры Е, проходя через отверстия 20b, 30а.

Во время работы жидкость протекает в горизонтальной камере 3 до отверстия 30b выпуска жидкости, в результате чего обеспечивается непрерывное обновление жидкости, содержащейся в камере; верхняя вертикальная внутренняя стенка 36 преграждает проход газа и вынуждает поток газа проходить через объем жидкости, содержащийся во второй горизонтальной части 3 камеры Е, что обеспечивает дополнительный контакт между газом и жидкостью.

Разделение газа и жидкости происходит в нижней по потоку концевой части второй горизонтальной части 3 камеры Е, напротив первой вертикальной части 2 камеры Е, и поток газа после контакта с жидкостью выходит из камеры Е через верхнее отверстие 30 с выпуска, а жидкость выпускается из камеры Е через нижнее отверстие 30b выпуска.

В другом примере осуществления изобретения устройство может содержать только вертикальную часть 2 и может быть выполнено без горизонтальной части 3, причем отверстие для выпуска газа и отверстие выпуска жидкости в этом случае, например, предусмотрены в указанной вертикальной части 2.

Пластины 40А могут быть заменены любыми эквивалентными смесительными средствами, выполняющими функцию локального отклонения вверх и/или локального подъема по меньшей мере одной части опускающегося потока газа и опускающегося потока жидкости для локального создания турбулентности в опускающемся потоке газа и в опускающемся потоке жидкости, обеспечивая при этом возможность прохода вниз опускающегося потока газа и опускающегося потока жидкости.

Например, не исчерпывающим образом, смесительные средства могут содержать лопаточные колеса, расположенные внутри камеры на пути опускающегося потока газа и опускающегося потока жидкости и которые выполнены с возможностью, при вращении, принуждать по меньшей мере одну часть опускающегося потока газа и опускающегося потока жидкости локально подниматься для локального создания турбулентности в опускающемся потоке газа и в опускающемся потоке жидкости. Эти лопаточные колеса и т.п.также можно комбинировать с изогнутыми пластинами 40А.

Варианты с фиг. 4 и 5

В варианте примера осуществления с фиг. 4 и 5 смесительные средства 4В представляют собой вращательные средства. Они содержат вращательный барабан 40, внутри которого могут циркулировать поток G газа и поток L жидкости, и который оснащен внутренними лопастями 40В, наклоненными вниз. Этот барабан 40 установлен коаксиально внутри вертикальной части 2 камеры Е, при этом он прикреплен к центральному вертикальному валу 42. Смесительные средства 4В также содержат средства моторизации, обеспечивающие возможность приведения вала 42 во вращение относительно самого себя и, таким образом, приведения барабана 41 во вращение вокруг вертикальной центральной оси, которая совпадает с вертикальной центральной осью 2а вертикальной части 2 камеры Е.

Предпочтительно, как показано, каждое внутренняя лопасть 40В представляет собой плоскую полуцилиндрическую стенку, которая проходит от цилиндрической внутренней стенки 41 барабана по существу до центрального вращательного вала 42 и, в частности, наклонена вниз.

Конкретнее, внутренние лопасти 40В разнесены по вертикали и горизонтали.

Во время работы вращательный барабан 41, снащенный внутренними лопастями 40В, приводится во вращение (фиг. 4, стрелка F) средствами моторизации смесительных средств 4В с регулируемой скоростью, а поток жидкости и опускающийся поток газа вводят в камеру Е выше по потоку от смесительных средств 4В за счет реализации вентилятора или компрессора (не показаны на фиг. 4 и 5) и насоса (не показан на фиг. 4 и 5), идентично варианту с фиг. 1-3, описанныхранее.

Опускающийся поток L жидкости и опускающийся поток G газа движутся в одном направлении вниз, последовательно контактируя с вращательными внутренними лопастями 40В. Под действием их вращения каждая вращательная внутренняя лопасть 40В заставляет по меньшей мере одну часть газового потока и потока жидкости локально подниматься для локального создания последовательных турбулентностей Т1-Т8 в потоке газа и в потоке жидкости.

Таким образом, однородное смешивание потока G газа и потока L жидкости достигается на выпуске вертикальной части 2 камеры Е. Наличие на пути потока газа и жидкости вращательных внутренних лопастей 40В, создающих турбулентности Т1-Т8 позволяет повысить эффективность этого смешивания и, таким образом, уменьшить высоту первой вертикальной части 2 камеры Е. Кроме того, перепад давления, создаваемый на пути газового потока G вращательными внутренними лопастями 40В невелик, что позволяет избежать увеличения размера вентилятора или компрессора.

После прохождения через первую вертикальную часть камеры Е поток L жидкости и поток G газа опускаются во вторую горизонтальную часть 3 камеры Е и выпускаются соответственно через отверстия 30b и 30 с выпуска.

Вариант с фиг. 6 и 7

Вариант с фиг. 6 и 7 отличается от варианта с фиг. 4 и 5 тем, что наклонные внутренние лопасти 40В заменены круглыми пластинами 40С. В каждой круглой пластине 40С сформировано отверстие О для прохождения потока L жидкости и потока G газа через пластину 40С. Пластины 40С разнесены по вертикали, и вращательный вал 42 барабана 41 проходит через отверстия О этих пластин. Предпочтительно, как показано, отверстия О не выровнены в направлении центральной оси вращения барабана 41 (то есть в вертикальном направлении в случае фиг. 6 и 7), однако каждое отверстие О смещено в горизонтальном направлении по отношению к отверстию расположенной ниже пластины 40С для создания более извилистого пути через пластины 40С для потока газа и потока жидкости.

Во время работы и аналогично варианту с фиг. 4 и 5 вращательный барабан 41, оснащенный пластинами 40С, приводится во вращение (фиг. 6, стрелка F) средствами моторизации смесительных средств 4С с регулируемой скоростью, а поток жидкости и опускающийся поток газа вводят в камеру Е выше по потоку от смесительных средств 4С посредством использования вентилятора или компрессора (не показаны на фиг. 6 и 7) и насоса (не показан на фиг. 6 и 7)

Опускающийся поток L жидкости и опускающийся поток G газа движутся в одном и том же направлении вниз, последовательно контактируя с вращательными внутренними пластинами 40С. Под действием их вращения каждая вращательная внутренняя пластина 40С заставляет по меньшей мере одну часть потока газа и потока жидкости локально подниматься для локального создания последовательных турбулентностей Т1-Т5 в потоке газа и в потоке жидкости. Таким образом, на выпуске из вертикальной части 2 камеры Е обеспечивается однородное смешивание потока G газа и потока L жидкости.

Вышеописанные варианты с фиг. 1-6 также могут быть модифицированы таким образом, чтобы первая часть 2 камеры Е и, при необходимости, вращательный барабан 41, снабженный внутренними лопастями или пластиной, не были ориентированы строго вертикально, а могли быть наклонены вниз в направление потока газового потока и потока жидкости.

Второй вариант с фиг. 4 и 5 и третий вариант с фиг. 6 и 7 также могут быть модифицированы таким образом, чтобы горизонтальная часть 3 камеры Е этих вариантов была оснащена теми же пластинами 35 и 36, что и первый вариант с фиг. 1-3.

Вариант с фиг. 8 и 9

В варианте с фиг. 8 и 9 смесительные средства 4D содержит вращательный барабан 41, который, в отличие от вариантов с фиг. 4-7, расположен в горизонтальной части 3 камеры Е и ориентирован по существу горизонтально. Этот барабан 41 снабжен внутренними лопастями 40D, которые зафиксированы на внутренней стенке барабана, которые ориентированы радиально в направлении их ширины и которые проходят в направлении их длины параллельно центральной оси вращения барабана.

Во время работы вращательный барабан 41, оснащенный радиальными внутренними лопастями 40D, приводится во вращение средствами моторизации с регулируемой скоростью, а поток жидкости и поток газа вводят в камеру Е выше по потоку от смесительных средств 4D за счет реализации вентилятора или компрессора (не показаны на фиг. 8 и 9) и насоса (не показан на фиг. 8 и 9).

Поток L жидкости и поток G газа циркулируют в одном и том же направлении, по существу, горизонтально, проходя через вращательный барабан 41. Под действием своего вращения внутренние лопасти 40D локально заставляют по меньшей мере одну часть потока газа и потока жидкости подниматься внутри барабана, для локального создания последовательных турбулентностей в потоке газа и в потоке жидкости. Таким образом, на выпуске из горизонтальной части 3 камеры Е обеспечивается однородное смешивание потока G газа и потока L жидкости.

В контексте изобретения вращательный барабан может быть заменен любыми вращательными смесительными средствами, расположенными внутри камеры Е на пути потока G газа и потока L жидкости и выполненными с возможностью локального отклонения вверх и/или локального обеспечения подъема по меньшей мере одной части потока газа и потока жидкости для локального создания турбулентностей в потоке газа и в потоке жидкости. Вращательный барабан можно, например, заменить вращательным шнеком, выполняющим туже функцию перемешивания.

Применения

Устройство согласно изобретению может использоваться во всех областях техники, где требуется приводить поток G газа в контакте потоком жидкости.

Жидкость может быть любого типа и может, например, но не обязательно, быть водой или кислотным, нейтральным или основным раствором.

В качестве неограничивающих и не исчерпывающих примеров применения устройство по настоящему изобретению может, например, использоваться в следующих применениях, которые при необходимости можно комбинировать:

приведение газа в контакт с жидкостью для обеспечения теплообмена между газом и текучей средой, например, для охлаждения газа (в частности, дымовых газов, промышленных дымов и т.д.) или, наоборот, для нагрева газа посредством жидкости или наоборот, для нагрева жидкости или охлаждения ее с использованием газа.

приведение газа в контакт с жидкостью для увлажнения или осушения потока газа.

приведение газа в контакт с жидкостью для очистки или фильтрации потока газа, в частности, путем улавливания определенных загрязняющих веществ или определенных молекул газа в жидкости, таких как, например, пыль, загрязняющие вещества типа NOx (оксиды азота), SO₂, СО₂, хлор или хлорные производные и т.д.

- конденсация паров или тумана с использованием жидкости, более холодной, чем газ.

Claims (15)

1. Устройство (1) для приведения газа и жидкости в контакт, содержащее камеру (Е), первые средства (5) для введения в указанную камеру и циркуляции в ней потока (G) газа, вторые средства (6) для введения в указанную камеру и циркуляции в ней потока (L) жидкости с циркуляцией его внутри камеры (Е) в том же направлении, что и поток (G) газа, причем камера (Е) содержит по меньшей мере первую часть (2), в которой осуществляется опускание потока (G) газа и потока (L) жидкости, при этом устройство дополнительно содержит средства (4А) для смешивания потока (G) газа и потока (L) жидкости, расположенные внутри указанной первой части (2) камеры (Е) на пути потока газа и потока жидкости, причем указанные средства (4А) для смешивания потока (G) газа и потока (L) жидкости содержат по меньшей мере один статический смесительный элемент (40А), имеющий вогнутую изогнутую верхнюю поверхность (40с), изгиб которой обеспечивает возможность локального отклонения вверх по меньшей мере одной части опускающегося потока газа и опускающегося потока жидкости для локального создания турбулентности в опускающемся потоке газа и в опускающемся потоке жидкости, причем каждый статический смесительный элемент зафиксирован внутри указанной первой части (2) камеры (Е) и содержит первый край (40а) и второй край (40b) напротив этого первого края (40а), причем указанный второй край (40b) удален от боковой стенки первой части (2) камеры (Е) с обеспечением пространства между указанным вторым краем (40b) и указанной боковой стенкой для обеспечения возможности прохождения вниз опускающегося потока газа и опускающегося потока жидкости, при этом второй край (40b) расположен на уровне ниже, чем первый край (40а) смесительного элемента (40А), но на уровне выше, чем самая нижняя точка изогнутой верхней поверхности (40с) смесительного элемента (40А).

2. Устройство по п. 1, в котором смесительные средства (4А) содержат множество смесительных элементов (40А), которые разнесены в вертикальном направлении и предпочтительно также разнесены в горизонтальном направлении.

3. Устройство по п. 1 или 2, в котором указанная первая часть (2) камеры содержит центральную ось (2а), причем второй край (40b) каждого смесительного элемента (40А) расположен по существу на этой центральной оси (2а) или около нее.

4. Устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором вход потока (L) жидкости в камеру (Е) содержит впускной канал (23), который содержит, снаружи камеры (Е), отверстие (23а) для входа указанного потока (L) жидкости и, внутри камеры (Е), отверстие (23b) для введения в камеру (Е) потока (L) жидкости.

5. Устройство по п. 4, в котором смесительные средства (4А; 4В; 4С) по существу центрированы на оси (2а), и указанное отверстие (23b) для введения потока (L) жидкости в камеру (2) расположено по существу на этой оси (2а) или близко к ней.

6. Устройство по п. 4 или 5, в котором впускной канал (23) наклонен относительно центральной оси (2а) на угол по существу равный 45°.

7. Устройство по любому из пп. 1-3, в котором вход потока (L) жидкости в камеру (Е) содержит впускной канал (23), который содержит, снаружи камеры (Е), отверстие (23а) для входа указанного потока (L) жидкости и, внутри камеры (Е), отверстие (23b) для введения в камеру (Е) потока (L) жидкости, при этом отверстие (23b) впускного канала (23) для введения опускающегося потока (L) жидкости в камеру (Е) расположено напротив самого верхнего смесительного элемента (40А).

8. Устройство по п. 7, в котором самый верхний смесительный элемент (40А) имеет вогнутую изогнутую верхнюю поверхность (40с), изгиб которой обеспечивает возможность локального отклонения вверх по меньшей мере одной части опускающегося потока газа и опускающегося потока жидкости для локального создания турбулентностей в опускающемся потоке газа и в опускающемся потоке жидкости, при этом отверстие (23b) впускного канала (23) для введения опускающегося потока (L) жидкости в камеру (Е) расположено относительно этой изогнутой верхней поверхности (40с) самого верхнего смесительного элемента (40А) так, что поток (L) жидкости на выходе впускного канала (23) направлен к этой изогнутой верхней поверхности (40с).

9. Устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором первые средства для введения и циркуляции потока (G) газа в указанной камере содержат вентилятор или компрессор (5), соединенный с камерой (Е) и обеспечивающий возможность введения и принудительной циркуляции потока (G) газа внутри камеры, предпочтительно с регулируемым расходом.

10. Устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором вторые средства для введения и циркуляции потока (L) жидкости в указанной камере содержат насос (6), соединенный с камерой (Е) и обеспечивающий возможность введения потока (L) жидкости внутрь камеры (Е), предпочтительно с регулируемым расходом.

11. Устройство по любому из предшествующих пунктов, в котором камера содержит, ниже по потоку от смесительных средств (4А), горизонтальную часть (3), внутри которой зафиксирована по меньшей мере одна нижняя вертикальная внутренняя стенка (35), содержащая свободный верхний край (35а), удаленный от стенки (30) этой горизонтальной части (3) камеры так, что обеспечен проход для газа и жидкости между этой стенкой (30) и указанным свободным верхним краем (35а).

12. Устройство по п. 11, содержащее, внутри горизонтальной части (3) камеры, по меньшей мере одну верхнюю внутреннюю стенку (36), содержащую свободный нижний край (36а), удаленный от стенки (30') горизонтальной части (3) камеры так, что обеспечен проход между этой стенкой (30') и указанным свободным нижним краем (36а) и обеспечено принудительное смешивание газа с жидкостью при его прохождении через горизонтальную часть (3) камеры.

13. Устройство по п. 11 или 12, в котором свободный нижний край (36а) верхней внутренней стенки (37) расположен по существу на том же уровне или на более низком уровне, чем свободный верхний край (35а) нижней вертикальной внутренней стенки (35).

14. Способ приведения газа в контакт с жидкостью посредством устройства по любому из предыдущих пунктов, в котором поток (G) указанного газа и поток (L) указанной жидкости вводят в вертикальную камеру (Е) выше по потоку от смесительных средств (4А; 4В; 4С; 4D).

15. Применение устройства по любому из пп. 1-13 для приведения газа в контакт с жидкостью.

Images