SU929184A1 - Вихревой распыливающий массообменный аппарат - Google Patents

Description

I

Изобретение относитс  к массообменной технике и может быть использовано в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей , пищевой, металлической и других отрасл х промышленности дл  осуществлени  процессов ректификации, абсорбции, пылеулавливани , десорбции, сушки распылением.

Известен многоступенчатый вихревой, абсорбционный аппарат, кажда  ступень которого состоит из цилиндрического корпуса , центральной трубы дл  подвода жидкоста и кольцевого кармана цл  сбора жидкости. Перва  ступень имеет и т нгенциальный патрубок ввода газа, последующие ступени имеют осевые завихрттели в центре верхней и нижней крышек, послеон   ступень имеет патрубок дл  отводе газа в центре нижней крышки ij.

Известен также вихревой распыливаюший массообменный аппарат, включаюций цвлинприческнй корпус и крышки, тангенциальный патрубок ввода газа, патрубок вывода газа, соосно которому расположен

распылитель жидкости, выполненный в вице р да кольцевых трубок, расположенных по всей высоте аппарата и соециненных между собой патрубками, причем на внешней поверхности трубок расположены сопла , устройство дл  вывода жидкости 22.

Недостатком аппарата  вл етс  слаба  интенсификаци  процесса, вследствие того , что массообмен осуществл етс  по принципу пр мого тока и соответственно мало врем  эффективного массообменного процесса. Кроме того, массообмен осуществл етс  не во всем объеме аппарата, существуют застойные зоны.

Цель изобретени  - интенсификаци  процесса за счет выравнивани  газового потока и рационального использовани  объёма камеры.

Указанна  цель достигаетс  тем, что в вихревом распыливаюшем массообменном аппарате, включающем цилиндрический корпус н крышки, тангенциальный narpyi бок ввода газа, патрубок вывода газа, соосно которому расположен распылитель жидкости, выполненный в вице р да кольцевых трубок расположенных по всей высоте аппарата и соеоиненных межоу собой патрубками, причем на внешней поверхности трубок расположены сопла, устройство дл  вьюоаа жидкости, ввод газа выполнен в вице щелей по всей высоте корпуса , а кольцевые .трубки распылител  расположены в плоскост х, терпенцикул р- ных плоскост м входных сечений щелей. Целесообразно устройство цл  вывода жидкости выполн ть в вице вертикальных щелей по высоте корпуса, а трубки располагать с различным шагом по высоте корпуса и выполн ть их с наружным диаметром увеличивающимс  снизу вверх по высоте корпуса. Целесообразно Корпус снабжать допол-. нительным патрубком вывода газа, расположенным симметрично патрубку вывода газа, а распылитель жидкости выполн ть из одной трубки, изогнутой в виде змеевика , на внешней поверхности которой расположены сопла. Выполнение в цилиндрическом корпусе тангенциальных щелей по высоте корпуса, вертикальных щелей дл  сбора и отвода жидкости, а также выполнение распылител  жидкости в виде кольцевых трубок с соплами позвол ет создать посто нное ви .хревое движение газового потока во всем обьемё аппарата с возрастанием скорости вихревого потока в центральной области, куда с помощью распылительного устройства ffaBHOMepHoro.no всей высоте вихр  в зону плоского потока вводитс  распыпиваема  жидкость и прсжсходит тонкое распыление благодар  высоким относительным скорост м жидкости и газа к эффективный массообмен между капл ми жидкости и газом при действии центробежных сил, собрать и отвести оседавшую на цилиндрических стенках жидкость, что ведет к значительной интенсификации процесса массообмена . Расположение осей сопел перпендикул рно к тангенциальным щел м, выполненным по всей высоте корпуса, позвол ет протзводипь распыл в плоскости спирального движени  газа. При этом происходит противоточное движение газового потока н м эокапепь жидкости, что дает возможность достичь многих теоретических ступеней изменени  концентрации в одной ступени распыпа. Така  организаци  относительного движени  фаз ведет к интенсификации массообмена. Расположение кольцевьос трубок у jf.vfлинорического сечени , диаметр которого равен диаметру патрубка отвода газа, позвол ет производить распыл при максимальных относительньк скорост х потоков газа и жидкости, какпоказали экспериментальные исследовани  у этого цилиндрического сечени  окружные скорости газа достигают своего максимума, поэтому здесь наиболее целесообразно производить распыление . Это позвол ет уменьшить размер капель жидкости, у&епкчить межфазную поверхность, приводит к интенсификации процесса массообмена. Применение распылител  с кольцевыми патрубками одинакового размера и равномерно расположенных по высоте аппарата целесообразно при малой высоте корпуса, при увеличении осевого размера аппарата (увеличение вьюоты корпуса) иэ-за наличи  поворота потока от радиального к осевому направлению возникает неравномерность пол  скорости газового потока по Высоте корпуса. Выполнение распылител  жиокости в виде кольцевых трубок, расположенных с разной густотой по высоте корпуса, позвол ет управл ть газовым потоком, движущимс  от периферии к центру, перераспределить газ по вьюоте корпуса, выровн ть пол  скоростей и добитьс  тем самым , что распыление буцет происходить у всех сопел при одинаковых услови х, разных относительньк скорост х, что приведет к созданию капельного потока с капл ми одного минимального размера , увеличению межфазной поверхности, интенсификации процесса массообмена. На фиг. I показан аппарат, вертикальный разрез; на фиг. 2 - узел I на фиг. 1; на 4иг. 3 - сечение А-А на фиг. Ij на фиг 4 - вертикальный разрез аппарата, трубки расположены с различным шагом по высоте корпуса; на фиг. 5то же, трубки вьтолнены с наружным диаметром , увеличивающимс  снизу вверх по высоте корпуса на фиг. 6 - то же, с шаум  патрубками вывода газа. Вихревой распыливакиций массообменный аппарат содержит цилиндрический корпус I с торцовой крышкой 2 и кольцевой крышкой 3, в котором расположен распылитель 4 жидкости. В цилиндрическом корпусе I по всей высоте выполнены тангенциальные щели 5 дл  ввода газа и вертикальные щели 6 дл  отвода жидкости. В центре кольцевой крышки 3 установлен патрубок 7 дл  отвода газа, соосно которого расположен распылитель 4 жидкости. Распылитель 4 жидкости выполнен в виде р да расположенньк по всей вьюоте корпуса кольцевых трубок 8, на внешней по59 верхности которых нахоа тс  сопла 9 патрубков 10 цл  перетока жиокосга из ошюй трубки 8 в другую и патрубка 11 дл  поцвода жидкости. Возможны другие варианты выполнени  распылител  4 жидкости. В частности он может состо ть из кольцевых трубок 8, неравномерно расположенных по высоте корпуса (фиг. 4). Кроме того, распылитель 4 жидкости может состо ть из кольцевых трубок 8, диаметр наружной поверхности которых различен по высоте Корпуса (4 г. 5) Распылитель 4 жидкости может также состо ть из одной трубки 8, изогнутой по всей вьгсоте корпуса в виде змеевика, на внешней поверхности которого расположены сопла 9. Корпус может быть выполнен с двум  патрубками 7 дл  отвода газа, симметрично расположенными в крышках 2 и 3 (фиг. 6). Выполнение симметричных патрубков 7 в нижней и верхней крышках 3 позвол ет выравнивать поле скоростей по высоте массообменной камеры. При отсутствии патрубка 7 дл  отвода газа в верхней крышке, с увеличением высоты корпуса , максимум окружных скоростей снижаетс  к периферии, что приводит -к ухудшению условий распыла в верхней части корпуса. Расположение патрубка 7 дл  от вода газа в верхней крышке 3 измен ет картину течени  ragg в корпусе, смещает максимум окружных скоростей в верхней части корпуса к центральной области, при водит к выравниванию относа газового потока по высоте корпуса, увеличению относительных скоростей газа и жидкости в зоне распыла, увеличению межфазной поверхности, что, в свою очередь, приводит к интенсификации процесса массообмена . Как показывают экспериментальные ис следовани , при увеличении высоты корпу са, максимум окружных скоростей газово потока у торцовой крышки 2 смещаетс  к периферии. В этом случае дл  создани  монодисперсного капельного потока во всем обьеме корпуса необходимо обеспечить и одинаковые услови  дл  распыла жиакости, т.е. производить распыл по все высоте корпуса при одинаковых максимал ных относительных скорост х жидкости и газа. А так как максимум окружной скорости у кольцевой крышки 3 лежит у ере за выходного отверсти  трубки 7 дл  отвода газа, а у торцевой крышки 2 несколько смещены к периферии, то выполнение 4 аспылител  в виде коль цовых грубок, у оторых наружный шшметр измен етс  от аксимального у торцовой крышки 2 до инимального у крышки 3, позвол ет расоложить сопла в области максимальных кружных скоростей, уменьшить разкюры аспыл1юаемьк капель жиакости, увелиить межфазную поверхность, интенсифиировать процесс массообмена. Вихревой распыливаюший массообменый аппарат работает следующим образом Газ (пар) по тангенциальным шеп м в илиндрическом корпусе I подаетс  в апарат по всей его высоте гонким слоем, бразу  вихревой поток. При движении по спирали к центру аппарата окружна  скорость вихревого газового потока в соответствии с законом сохранени  импульса возрастает обратно пропорционально радиусу. Диаметр отверсти  в торцовой крышке рассчитываетс  таким, чтобы скорость газового потока б.ыла достаточной цл  диспергировани  жидкости на капли размером 50-100 мк. Это соответствует скорости газового потока 90-150 м/cf. При этом в газовом потоке возникает три зоны . Перва  зона характеризуетс  плоским спиральным течением с возрастанием окружной составл ющей скорости. Втора  зона характеризуетс  по влением, и резким возрастанием осевой скорости,направленной по оси вьосодного патрубка, при этом окружна  скорость уменьшаетс . Треть  зона находитс  в центре камеры и течение в ней йвл етс  замкнутым, вихревым. Жидкость, подаваемую по патрубкам 10 и 11 через,трубки 8,подводитс  к сотьлам 9 и непрерывно ввод т в корпус в зоне плоского спирального потока. Скорость вихревого потока рассчитываетс  такой,, что образовавшиес  капли под действием центробежной силы движутс  и сепарируютс  на внутренней поверхности корпуса I. Сепарированна  жидкос1ъ по щел м 5 отводитс  из аппарата. Такой отвод жидкости дает возможность предогврагить срыв пленки и унос капель в тангенциальных щел х 5 выход щим пoтoкo газа. Конструкци  распределител  позвол ет выравнивать газовый поток путем соответствующего изменени  густоты расположени  грубок 8 по высоте корпуса. рационально использовать обьем камеры в зависимости от формы пол  скоростей газового потока, располага  трубки с различным наружным диаметром по высоте корпуса. Возможно исполнение распылигел  в виое одной грубки, изогнутой по вннтовой линии. Такой поохоа вецег в некоторых случа х к снижению таправлическогч) сопротивл«1и . В период диспергировани  жидкости и во все врем  движени  микрокапель жка, Лсосги в аппаратуре происходит интенсивный массообмен.. Обработанйый газ (пар) в виде интенсивного вихр  выходит через патрубок 7 дл  отвода газа в центре торцовой крьпиКи . При одноступенчатой конструкции от вод газа может осуществл тьс  по двум симметртчно расположенным в крышках патрубкам дл  отвода газа, что дает снижение гидравлических потерь, более рав номерное поле скоростей газового потока в массообменной камере. Аппарат может быть устансжлен в вертикальном или горизонтальном положении. .Предложенный аппарат имеет следующиТё преимущества: интенсивный и равно-( мерный массообмен во врем  противоположного движени  мшфокаиель жидкости и газа во всем объеме аппарата ; ивтенсивнсхзть массообмена возрастает, что позвол ет 91ачительно снизить себестоимость выход щего/продукта; Ьысокую прои водитёльность гри высокой эффективности процесса jviaccoo6MeHa и малых габаритах аппарата; низкое гидравлическое сопротив ление;после аппарата не требуетс  установка сепаратора. Фор.мула изобретени  1. Вихревой распы1шваюший массообменный аппарат, содержащий цишндри ский : корпус и крышки, тангенциальный патр7«бок ввода газа, патрубок вывода газа. соосно которому расположен распылитель жидкости, выполненный в виде р да кольцевых трубок, расположенных по всей высоте аппарата и соединенных между собой патрубками, причем на внешней поверхности трубок расположены сопла, устройство дл  вывода жидкости, отличающийс  тем, что, с целью интенсификации процесса за счет выравнивани  потока и рационального испол зовани  обьема аппарата, ввод газа выполнен в виде щелей по всей высоте корпуса , а кольцевые трубки распылител  расположены в плоскост х, перпендикул рных к плоскост м входных сечений щелей. 2.Аппарат по п. 1, отличающийс  тем, что устройство дл  вывода жидкости выполнено в виде вертикальных щелей по высоте Корпуса. 3.Аппарат по пп, I и 2, р т л и ч а ю щ и и с   тем, что трубки расположены с различным шагом по высоте корпуса. 4.Аппарат по пп. 1-3, отличающийс  тем, что трубки выполнены с наружным диаметром, увеличивающимс  снизу вверх по высоте корпуса. 5. по пп, 1-4, отличающийс  тем, что корпус снабжен дополнительным патрубком Вывода газа, расположенным , симметрично патрубку вывода газа. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Митропольска  Н. Б., Николаев Н. А., Булкин В. А. Абсорбционный аппарат высокой производительности дл  комплексной очистки газов. Извести  ВУЗов. Хими  и химическа  технологи  . 1974, N 1, с. 151. 2.Патент США № 3599398, кл. 5S-84, 1971.

Ail

Риа.5

Claims (5)

1. Ф’ор.мула изобретения

   1. Вихревой распиливающий массообмен- _4{} ный аппарат, содержащий цилиндрический /корпус и крышки, тангенциальный патрубок ввода газа, патрубок вывода газа,

   164 соосно которому расположен распылитель жидкости, выполненный в виде ряда кольцевых трубок, расположенных по всей высоте аппарата и соединенных между собой патрубками, причем на внешней поверхности трубок расположены сопла, устройство для вывода жидкости, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса за счет выравнивания газового потока и рационального использования объема аппарата, ввод газа выполнен в вице щелей по всей высоте корпуса, а кольцевые трубки распылителя расположены в плоскостях, перпендикулярных к плоскостям входных сечений шелей.₍
2. 2. Аппарат по π. 1, отличающийся тем, что устройство для вывода жидкости выполнено в вице вертикальных щелей по высоте корпуса.
3. 3. Аппарат по пп. 1 и 2, р т л и чего щ и й с я тем, что трубки расположены с различным шагом по высоте корпуса.
4. 4. Аппарат по пп. 1-3, отличающийся тем, что трубки выполнены с наружным диаметром, увеличивающимся снизу вверх по высоте корпуса.
5. 5. Аппарат по пп. 1-4, отличающийся гем, что корпус снабжен дополнительным патрубком вывода газа, расположенным, симметрично патрубку вывода газа.