Вихревой распыливающий массообменный аппарат

и 929184 Союз СоветскикСоциалистическихРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(23) Приоритет Ъеударстеениь 1 й квинтет СССР ио делаи изобретений и юткрмтий(53) УДК 66,0 ,6. ,2 3.0 5(088.8) Б, Г, Холин, И. А. Ковалев и В. И. Склабин киСумский филиал Харьковского ордена Ленина политехническогоинститута им. В, И. Ленина(54) ВИХРЕВОЙ РАСПЫЛИВАЮЩИЙ МАССООЬМЕННЫЙ АППАРАТИзобретение относится к массообмен ной технике и может быть использовано .в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, пищевой, металлической и других отраслях промышленности для осуществления процессов ректификации, абсорбции, пылеулавливания, цес орбции, сушки рас пылением.Известен многоступенчатый вихревой. абсорбционный аппарат, каждая ступень которого состоит из циатнцрического корф пуса, центральной трубы цля подвода жидкости и кольцевого кармана цля сбора жидкости. Первая ступень имеет и тан генциальный патрубок ввода газа, последув 1 цие ступени имеют осевые завихрите 1 ли в центре верхней и нижней крышек, посжцняя ступень имеет патрубок цля отвода газа в центре нижней крышки 1.Известен также вихревой распыливаю- щий массообменный аппарат, включающий20 цижндрический корпус и крышки, тангенциальный патрубок ввода газа, патрубок вывода газа, соосно которому расположен распылитель жидкости, выполненный в вице ряца кольцевых трубок, расположенных по всей высоте аппарата и соециненных между ссбой патрубквми, причем на внешней поверхности трубск расположены сопла, усгройство цля вывоца жидкости 2 ;Недостатком аппарата является слабая интенсификация процесса, вслецствие того, что массообмен осуществляется по принципу прямого тока и соответственно мало время эффективного массообменного процесса, Кроме того, массообмен осуществляется не во всем ебьеме аппарата, существуют застойные зоны.Цель изобретения - интенсификация процесса .за счет выравнивания газового потока и рационального использования обьема камеры.Указанная цель достигается тем, что в вихревом распыливаккцем массообменном аппарате, включающем цилиндрический корпус и крыптки, тангенциальный патру бок ввода газа, патрубок вывода газа, соосно которому расположен распылитель3 92 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, ввоп газа выполнен в виде щелей по всей высоте корпуса, а кольцевые. трубки распылителя расположены в плоскостях перпендикулярных плоскостяь входных сечений щелей,Целесообразно устройство для вывода жидкости выполнять в виде вертикальных щелей по высоте корпуса, а трубки располагать с различным шагом по высоте корпуса и выполнять их с наружным диаметром, увеличивающимся снизу вверх по высоте корпуса.Целесообразно корпус снабжать допол-, нительным патрубком вывода газа, расположенным симметрично патрубку вывода газа, а распылитель жидкости выполнять из оаной трубки, изогнутой в виде змеевика, на внешней поверхности которой расположены сопла.Выполнение в цилиндрическом корпусе тангенциальных щелей по высоте корпуса, вертикальных щелей для сбора и отвода жидкости, а также выполнение распылителя жидкости в виде кольцевых трубок с соплами позволяет создать постоянное вихревое движение газового потока во всем обьеме аппарата с возрастанием скоростивихревого потока в центральной области, куда с помощью распылительного устройства равномерного,по всей высоте вихря в зону плоского потока вводится распыливаемая жипкость и происходит тонкое распыление благодаря высоким относительным скоростям жидкости и газа и эффективный массообмен между каплями 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 перпендикулярно к тангенциальным щелям, выполненным по всей высоте корпуса, позволяет производить распыл в плоскости. спирального движения газа. При этом происхопит противоточное движение газового потока и маррокапель жидкости, что дает возможность достичь мно 1 их теоретических ступеней изменения концентрации в одной ступени распыла. Такая организация относительного движения фаэ ведет к интенсификации массообмена.Расположение кольцевых трубок. у цилиндрического сечения, диаметр которого равен диаметру патрубка отвода газа, по 9184 4 5 1 О 15 20 25 303540 45 50к 55 зволяет произвопить распыл при максимальных относительных скоростях потоков газа и жидкости, как показали экспериментальные исследования у этого цилиндрического сечения окружные скорости газа постигают своего максимума, поэтому здесь наиболее целесообразно производить распыление. Это позволяет уменьшить размер капель жидкости, увеличить межфазную поверхность, чо приводит к интенсификации процесса массообмена.Применение распылителя с кольцевыми патрубками одинакового размера и равномерно расположенных по высоте аппарата целесообразно при малой высоте корпуса.11 ри увеличении осевого размера аппарата (увеличение высоты корпуса) ие-за наличия поворота потока от радиального к осевому направлению возникает неравномерность поля скорости газового потока по высоте корпуса.Выполнение распылителя жидкости в виде кольцевых трубок, расположенных с разной густотой по высоте корпуса, позволяет управлять газовым потоком, движущимся от периферии к центру, перераспределить газ по высоте корпуса, выровнять поля скоростей и побиться тем самыьг, что распыление будет происходить у всех сопел при одинаковых условиях, т.е. при разных относительных скоростях, что приведет к созданию капельного петока с каплями одного минимального размера, увеличению межфазной поверхности, интенсификации процесса массообмена.На фиг. 1 показан аппарат, вертикальный разрез; на фиг. 2 - узел 1 цафиг. 1; на фиг. 3 - сечение А-А нафиг, 1; на фиг 4 - вертикальный разрез аппарата, трубки расположены с различным шагом по высоте корпуса; ца фиг, 5- то же, трубки выполнены с наружным диаметром, увеличивающимся снизу вверх по высоте корпуса; на фиг. 6 - то же, с двумя патрубками вывода газа.Вихревой распыливающий массообменный аппарат содержит цилиндрический корпус 1 с торцовой крышкой 2 и кольцевой крышкой 3, в котором расположен распылитель 4 жидкости. В цилиндрическом корпусе 1 по всей высоте выполнены тангенциальные щели 5 пля ввода газа и вертикальные щели 6 для отвода жидкости. В центре кольцевой крышки 3 установлен патрубок 7 для отвода газа, соосно которого расположен распылитель 4 жидкости, Распылитель 4 жидкости выполнен в виде ряда расположенных по всей высоте корпуса кольцевых трубок 8, ца вцешцей понервности которых находятся сопла 9 патрубков 10 для перетока жидкости из одной трубки 8 в другую и патрубка 11 для подвода жидкости.Возможны другие варианты выполнения 5 распылителя 4 жидкости. В частности он может состоять из кольцевых трубок 8, неравномерно расположенных по высоте корпуса (фиг. 4), Кроме того, распылитель 4 жидкости может состоять из ко льцевых трубок 8, диаметр наружной поверхности которых различен по высоте корпуса (фиг. 5)Распылитель 4 жидкости может также состоять из одной трубки 8, изогнутой 5 по всей высоте корпуса в виде змеевика, на внешней поверхности которого распс ложены сопла 9.Корпус может быть выполнен с двумя патрубками 7 для отвода газа, симмет- го рично расположенными в крышках 2 и 3 (фиг. 6).Выполнение симметричных патрубков 7 в нижней и верхней крышках 3 позволяет выравнивать поле скоростей по вы- г 5 соте массообменной камеры. При отсутствии патрубка 7 для отвода газа в верхней крышке, с увеличением высоты корпуса, максимум окружных скоростей снижается к периферии, что приводит к ухудшению условий распыла в верхней части корпуса. Расположение патрубка 7 для отвода газа в верхней крышке 3 изменяет картину течения газу в корпусе, смещает максимум окружных скоростей в верхней35 части корпуса к центральной области, привопит к выравниванию относа газового потока по высоте корпуса, увеличению относительных скорсстей газа и жидкости в зоне распыла, увеличению межфазной40 поверхности, что, в свою очередь, приводит к интенсификации процесса массообмен а. Как показывают экспериментальные исследования, при увеличении высоты корпу са, максимум окружных скоростей газового потока у торцовой крышки 2 смешается к периферии. В этом случае для создания монописперсного капельного потока во всем обьеме корпуса необходимо обеспечить и одинаковые условия для расныла жидкости, т.е. производить распыл по всей высоте корпуса при одинаковых максимальных относительных скоростях жидкости и газа. А так как максимум окружной скорости у кольцевой крышки 3 лежит у среза выходного отверстия трубки 7 для отвода газа, а у торцовой крышки 2 несколько смещены к периферии, то выполнение распылителя в виде кольцевых трубок, укоторых наружный диаметр изменяется отмаксимального у торцовой крышки 2 доминимального у крышки 3, позволяет расположить сопла в области максимальныхокружных скоростей, уменьшить размерыраспыливаемых капель жидкости, увеличить межфазную поверхность, интенсифицировать процесс массообмена.Вихревой распыливаюший массообменный аппарат работает следующим образомГаз (пар) по тангенциальным щелям вцилиндрическом корпусе 1 подается в аппарат по всей его высоте тонким слоем,образуя вихревой поток,При движении по спирали к центру аппарата окружная скорость вихревого газового потока в соответствии с закономсохранения импульса возрастает обратнопропорционально радиусу,Диаметр отверстия в торцовой крышкерассчитывается таким, чтобы скоростьгазового потока была достаточной для диспергирования жидкости йа капли размером 50-100 мк. Это соответствует сксьрости газового потока 90-150 м/й Приэтом в газовом потоке возникает три зоны. Первая зона характеризуется плоскимспиральным течением с возрастанием окружной составляющей скорости. Втораяозона характеризуется появлением, и резкимвозрастанием осевой скорости, направленной по оси выходного патрубка, при этомокружная скорость уменьшается. Третьязона находится в центре камеры и течение в ней является замкнутым, вихревым.Жидкость, подаваемую по патрубкам10 и 11 через трубки 8,подводится к соплам 9 и непрерывно вводят в корпус взоне плоского спирального потока. Скорость вихревого потока рассчитываетсятакой что образовавшиеся капли под действием центробежной силы движутся исепарируются на внутренней поверхностикорпуса 1, Сепарированная жидкость пощелям 5 отводится из аппарата. Такойотвод жидкости дает возможность предотвратить срыв пленки и унос капель в тангенциальных щелях 5 выходящим потокомгаза,Конструкция распределителя позволяет выравнивать газовый поток путем соответствующего изменения густоты расположения трубок 8 по высоте корпуса,более рационально использовать обьемкамеры в зависимости от формы полн скоростей газового потока, располагая труб-.ки с различным наружным диаметром по7 920 1 В высоте корпуса. возможно исполнение распылителя в виде одной трубки, изог-нутой по винтовой линии. Такой подходведет в некоторых случаях к снижению ги дрввлического с Опро тив лени я. 5В период диспергярования жидкости и во все время движения микрокапель жйдкости в аппаратуре происходит интенсивный массообмен.Обработанный газ (пар) в виде интенв сивного вихря выходит через патрубок 7 для отвода газа в центре торцовой крышки.При одноступенчатой конструкции отвод газа может осуществляться по двум з симметрично расположенным в крышках патрубкам для отвода газа, что дает снижение гидравлических потерь, более рав номерное поле скоростей газового потока в массообменной камере.20Аппарат может быть установлен в вертикальном ига гориэснтальном положении.Предложенный аппарат имеет следующие преимущества: интенсивный и равнсг мерный массообмен во время противоположного движения микроканель жиакосги и газа во всем обьеме аппарата е интенсивность массообмена возрастает, что позволяет значительно снизить себестоимость выходящего продукта Ьысокую проив водительность при высокой эффективности процесса мвссообмена и малых габаритах аппарата;низкое гидравлическое сопротивление; после аппарата не требуется установка сепар аторв. соосно которому расположен распылитель жидкости, выполненныйв виде ряда кое цевых трубок, рвсположенньв по всеЯ высоте аппарата и соединенных между собой патрубками, причем на внешней поверхности трубок расположены сопла, усь ройство для вывода жидкости, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью интенсификации процесса эа счет выравнивания газового потока и рационального испоа- зования обьема аппарата, ввод газа выполнен в виде щелей повсей высоте корпуса, а кольцевые трубки распылителя расположены в плоскостях, перпендикулярных к плоскостям входных сечений щелей.,2, Аопврат по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что устройство для вывода жидкости выполнено в виде вертикальных щелей по высоте корпуса.3. Аппарат по пп, 1 и 2, .о т л и ч а - ю щ и й с я тем, что трубки расположены с различным шагом по высоте корпуса.4. Аппарат по пп, 1-3, о т л и ч аю щ и й с я тем, что трубки выполнены с наружным диаметром, увеличивающимся снизу вверх по высоте корпуса.8. Аппарат по пп. 1-4, о т л и ч аю щ и й с я тем, что корпус снабжен дополнительным патрубком вывода газа, расположенным симметрично патрубку вывода газа. Источники информации,принятые во внимание при экспертизеФо р.м у л а и з о б р е т е н и я 1 Вихревой рвспыливакиций массообменный анпврат, содержащий цилиндри вский :корпус и крышки, твнгенцивльный патру бок ввода гвзв, патрубок вывооа гвзв,1. Митропольсквя Н. Б., Николаев Н. АБулкин В, А. Абсорбционныйаппарат высокой производительности длякомплексной очистки газов. ИзвестияВУЗов. Химия и химическая технология.1974, М 1, с, 181.2. Патент США М 3899398,кл. 88-84, 1971,