SU980744A1

SU980744A1 - Vortex type heat-and-mass exchange apparatus

Info

Publication number: SU980744A1
Application number: SU813251925A
Authority: SU
Inventors: Михаил Васильевич Клыков; Борис Семенович Жирнов; Руслан Борисович Измайлов; Нажар Сабирович Хафизов
Original assignee: Уфимский Нефтяной Институт; Производственное Объединение "Салаватнефтеоргсинтез"
Priority date: 1981-02-26
Filing date: 1981-02-26
Publication date: 1982-12-15

Description

(54) ВИХРЕВОЙ ТЕПЛОМАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ(54) VORTEX HEAT AND MASS EXCHANGE EQUIPMENT

1one

Изобретение относитс к тепломассообменным аппаратам, а более конкретно, к конструкции ректификационных и абсорбционных колонн. Известен вихревой тепломассообменнь1й аппарат, состо щий из вертикального цилиндрического корпуса и вихревой насадки, снабженной пластинами, установленными под углом к горизонту, которые обеспечивают закручивание газового или парового потока вокруг оси цилиндрического аппарата. Благодар интенсивной турбулизации фаз в вихревом потоке обеспечиваетс высока эффективность тепломассообмена 1.The invention relates to heat and mass transfer apparatus, and more specifically, to the design of distillation and absorption columns. A vortex heat and mass transfer apparatus is known, consisting of a vertical cylindrical body and a vortex nozzle, fitted with plates installed at an angle to the horizon, which ensure the twisting of the gas or vapor flow around the axis of the cylindrical apparatus. Due to the intense turbulence of the phases in the vortex flow, high heat and mass transfer efficiency is provided 1.

Недостатком известного вихревого аппарата вл етс снижение его эффективности с увеличением диаметра.A disadvantage of the known vortex apparatus is a decrease in its efficiency with increasing diameter.

Известен противоточный вихревой тепломассообменный аппарат, включающий вертикальный цилиндрический сосуд, в центре которого на неподвижной оси закреплены вихревые элементы, выполненные в виде наклоненных к горизонту пластин, закручивающих газовый (паровой) поток вокруг оси аппарата. С целью повышени эффективности вихревого аппарата большого диаметра , аппарат продольно секционированKnown countercurrent vortex heat and mass transfer apparatus, including a vertical cylindrical vessel, in the center of which, on a fixed axis, vortex elements are fixed, made in the form of plates inclined to the horizon, swirling the gas (vapor) flow around the apparatus axis. In order to increase the efficiency of a large-diameter vortex apparatus, the apparatus is longitudinally sectioned.

коаксиально расположенными цилиндрами, на внешних поверхност х которых располагаютс вихревые элементы, с длиной меньше длины кольцевых зазоров между цилиндрами .coaxially arranged cylinders, on the outer surfaces of which vortex elements are located, with a length of less than the length of the annular gaps between the cylinders.

5Жидка фаза в таком аппарате из оросител сливаетс на вихревую насадку и движетс противотоком газу, который поднимаетс , соверша вращательное движение в каждой кольцевой секции аппарата.5 The liquid phase in such an apparatus is drained from the sprinkler into a vortex nozzle and moves in countercurrent to the gas, which rises, making a rotational movement in each annular section of the apparatus.

,Q Высока турбулизаци газа и жидкости, больша производительность при относительно Низком гидравлическом сопротивлении обеспечивают высокую эффективность аппарата. Этому в известной мере способствует продольное секционирование аппарата цилиндрами, которое приводит к некоторому выравниванию пол скоростей газа по сечению аппарата 2., Q High gas and liquid turbulization, high performance with relatively low flow resistance ensure high efficiency of the device. This to a certain extent contributes to the longitudinal sectioning of the apparatus with cylinders, which leads to some equalization of the gas velocity field over the cross section of the apparatus 2.

Недостатком известной конструкции вл етс унос жидкости из аппарата, который значительно возрастает при скорости газа, превышающей 2-4 м/с (скорость газа отнесена к полному сечению аппарата). Проведенные исследовани показали, что унос жидкости происходит в результате срыва капель как с вихревых элементов, так и сA disadvantage of the known construction is the entrainment of liquid from the apparatus, which significantly increases when the gas velocity exceeds 2-4 m / s (the gas velocity is related to the total cross section of the apparatus). Studies have shown that liquid entrainment occurs as a result of droplets breaking off both from vortex elements and from

пленки жидкости. Другим недостатком вл етс неравномерность пол скоростей газа по сечению продольно секционированного аппарата, котора составл ет 30-40%. Неравномерность пол скоростей по сечению вихревого аппарата вызвана различием в гидродинамической остановке в каждой кольцевой секции ввиду различного их радиуса кривизны.liquid film. Another disadvantage is the non-uniformity of the field of gas velocities over the cross section of the longitudinally sectioned apparatus, which is 30-40%. The unevenness of the velocity field over the cross section of the vortex apparatus is caused by the difference in the hydrodynamic stop in each ring section due to their different radius of curvature.

Цель изобретени - снижение брызгоуноса , повышение эффективности аппарата.The purpose of the invention is to reduce the sprigunos, increasing the efficiency of the apparatus.

Эта цель достигаетс тем, что в вихревой тепломассообменный аппарат, состо щий из цилиндрической трубы с помещенными внутри ее на вертикальной оси осевыми завихрител ми, состо щими из наклонных лопастей, концы которых установлены на рассто нии от стенки трубы, снабжен закрепленными на вертикальной оси диафрагмами , выполненными в виде одно- или многозаходных спиралей, прилегающих к стенке трубы и имеющих направление витков , противоположное направлению лопастей завихрител , а верхние концы труб снабжены дополнительными диафрагмами с центральным патрубком и сливными отверсти ми около стенки трубы. Диафрагмы закреплены на рассто нии 7-10 диаметров трубы.This goal is achieved by the fact that in a vortex heat and mass exchange apparatus consisting of a cylindrical tube with axial swirlers placed inside it on a vertical axis, consisting of inclined blades whose ends are located at a distance from the pipe wall, are equipped with diaphragms fixed on a vertical axis made in the form of single or multiple spirals adjacent to the pipe wall and having the direction of turns opposite to the direction of the blades of the swirl, and the upper ends of the pipes are equipped with additional diaphragms and with a central nozzle and drain holes near the pipe wall. The diaphragms are fixed at a distance of 7-10 pipe diameters.

Благодар радиальным циркул ци м газового потока вблизи диафрагм и центробежным силам происходит интенсивное осаждение капель жидкости из вихревого потока на поверхность движущейс пленки. Как показали исследовани при этом наблюдаетс практически полное отсутствие брызгоуноса вплоть до режима захлебывани . В отличии от известного рещени , где аппарат состоит из параллельно работающих кольцевых секций различных размеров, предлагаемый аппарат состоит из параллельно работающих одинаковых вихревых труб, что снижает неравномерность расхода газа по вихревым трубам.Due to the radial circulation of the gas flow near the orifice plates and the centrifugal forces, intense droplets are deposited from the vortex flow on the surface of the moving film. As studies have shown, there is an almost complete absence of sprinkling up to the flooding mode. In contrast to the known solution, where the apparatus consists of parallel operating annular sections of various sizes, the proposed apparatus consists of parallel operating equal vortex tubes, which reduces the irregularity of the gas flow through the vortex tubes.

На фиг. 1 изображен вихревой тепломассообменный аппарат; на фиг. 2 - разрез А-А На фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1.FIG. 1 shows a vortex heat and mass transfer apparatus; in fig. 2 - section A-A. In FIG. one; in fig. 3 shows a section BB in FIG. one.

Аппарат состоит из цилиндрического корпуса 1 с помещенными внутри него трубами 2, закрепленными в трубных решетках 3. Внутри труб 2 на вертикальной оси 4 помещены осевые завихрители, состо щие из наклонных лопастей 5, концы которых образуют со стенкой трубы 2 зазор. На вертикальной оси 4 На рассто нии 7-10 диаметров трубы закреплены диафрагмы 6, представл ющие собой одно- или многозаходную спираль, прилегающую к стенке трубы 2 и имеющие направление витков противоположное завихрителю. Верхние концы труб закрыты дополнительными диафрагмами 7 с центральными патрубками 8 и сливным отверстием 9 вблизи стенки трубы. Аппарат снабжен также штуцерами дл ввода 10 и вывода 11 орошающей жидкости и штуцераМИ дл ввода 12 и дл вывода 13 паровой или газовой фазы.The apparatus consists of a cylindrical body 1 with tubes 2 placed inside it, fixed in tube grids 3. Inside tubes 2 on a vertical axis 4 axial swirlers are placed, consisting of inclined blades 5, the ends of which form a gap with the wall of tube 2. On the vertical axis 4 At a distance of 7-10 diameters of the pipe, diaphragms 6 are fixed, representing a single or multiple spiral, adjacent to the wall of the pipe 2 and having the direction of the turns opposite to the swirler. The upper ends of the pipes are closed with additional diaphragms 7 with central nozzles 8 and a drain hole 9 near the pipe wall. The apparatus is also provided with fittings for inlet 10 and outlet 11 for irrigating fluid and fittings for inlet 12 and for outlet 13 for the vapor or gas phase.

Аппарат работает следующим образом. Обрабатываема жидкость поступает через штуцер 10, разливаетс по трубной рещетке и через отверсти 9 сливаетс внутрь труб 2. Газ или, пар, вход щий через щтуцер 12 поднимаетс по трубам 2, приобретает вращательное движение под воздействием Наклонных лопастей 5. Жидкость, по , ступающа внутрь труб 2, под воздействием вращающегос газового потока растекаетс по поверхности труб 2 и совершает нисход щее спиральное движение, интенсивно перемешива сь, что интенсифицирует теплои массообмен между жидкостью и газом.The device works as follows. The processed fluid enters through the nozzle 10, is poured through the tube lattice and through the openings 9 is poured into the inside of the pipe 2. The gas or, steam entering through the syringe 12 rises through the pipes 2, acquires a rotational movement under the influence of Inclined blades 5. pipes 2, under the influence of a rotating gas flow, spreads over the surface of pipes 2 and makes a downward spiral movement, mixing intensively, which intensifies the heat transfer between the liquid and the gas.

Благодар диафрагмам б и 7 происходит осаждение капель жидкости из вращающегос газового потока, что позвол ет увеличить производительность аппарата, а также повышает эффективность аппарата в целом за счет резкого снижени уноса жидкости. Газ из труб выходит через патрубки 8 и покидает аппарат через штуцер 13. Жидкость выводитс из аппарата через штуцер 11. Применение диафрагм снижает брызгоунос при прочих равных услови х в 10-Due to diaphragms b and 7, the droplets of liquid are deposited from the rotating gas flow, which allows to increase the productivity of the apparatus, and also increases the efficiency of the apparatus as a whole due to a sharp decrease in the entrainment of liquid. Gas escapes from pipes through nozzles 8 and leaves the apparatus through nozzle 13. Liquid is withdrawn from the apparatus through nozzle 11. The use of diaphragms reduces the sprigunos under other equal conditions at 10-

20 раз и позвол ет повысить производительность аппарата на 10-ЗО /оИспользование предлагаемого аппарата только на одной из установок НПЗ позвол ет получить экономический эффект за счет увеличени производительности аппарата, снижени потерь продукта и улучшени его качества.20 times and allows to increase the productivity of the apparatus by 10-ZO / UZ of the proposed apparatus only at one of the refinery installations allows to obtain an economic effect by increasing the productivity of the apparatus, reducing the loss of the product and improving its quality.

Claims

1. Vortex heat and mass transfer apparatus consisting of a cylindrical body

with tubes mounted in tube sheets with axial swirlers placed inside them on a vertical axis made of inclined blades whose ends are set at a distance from the pipe wall,

Q characterized in that, in order to reduce the splash guards and increase the efficiency of the apparatus, it is equipped with diaphragms fixed on the vertical axis, made in the form of single or multiple spirals adjacent to the pipe wall and having the direction of the turns of the swirler, and the upper ends of the tubes equipped with additional diaphragms with central nozzles and drain holes near the pipe mills.

2. An apparatus according to claim 1, characterized in that the diaphragms are fixed at a distance of 7-10 pipe diameters.

Sources of information taken into account in the examination

1. Author's certificate of the USSR 5 No. 474350, cl. B 01 D 3/28, 1970.

2. Kozubenko G. Ya., Anoshin, I. M., “Chemistry and technology of fuels and oils

No. 1, 1979.