Вихревая ступень для контактного охлаждения газа
Вихревая контактная ступень предназначена для проведения процессов охлаждения газа и может быть использована в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей пищевой, энергетической и фармацевтической промышленности. Вихревая ступень для охлаждения газов состоит из корпуса, внутри которого расположены: контактный патрубок, завихритель, патрубки для ввода жидкости в завихритель, сепарационные отверстия в верхней части контактного патрубка, технологических патрубков для ввода и вывода жидкости в корпус и горизонтальной перегородки, для разделения свежепоступающей и отработанной жидкости. Полезная модель отличается тем, что завихритель выполнен в виде камеры с коническим основанием и тангенциальным вводом газа через направляющие лопатки, количество патрубков ввода жидкости в сепаратор совпадает с количеством пазов между лопатками завихрителя. Техническим результатом является увеличение эффективности теплообмена.
Полезная модель относится к устройствам для организации взаимодействия газовых и жидкостных потоков при проведении процесса охлаждения газа. Предлагаемое устройство может быть использовано в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей пищевой, энергетической и фармацевтической промышленности.
Из предшествующего уровня техники известен контактный теплообменник [RU 95105326 А1 МПК6 F28C 3/06], содержащий корпус, перфорированную трубу, входной и выходной патрубки, сборный бак конденсата. Корпус имеет вертикальную перегородку с раздвоенным концом, делящую объем корпуса на секции. Сборный бак изготовлен из иного, чем корпус материала, а перфорированных труб более одной в каждой секции корпуса, верхние потолочные трубы перфорированы снизу, нижерасположенные трубы перфорированы по боковым образующим, при этом входной и выходной патрубки прямоугольной формы и расположены в верхней части корпуса между верхними и нижними перфорированными трубами. Недостатками данного устройства является сложность его конструкции, невысокая эффективность теплообмена из-за малого времени контакта фаз при их противоточном взаимодействии.
Наиболее близким по конструкции к предлагаемой полезной модели является устройство [RU 
80352 МПК7 В65D 90/30], которое состоит из контактного патрубка, циклонного завихрителя, узла подвода жидкости и узла сепарации жидкости. Контактный патрубок имеет форму цилиндра, один конец которого усечен под некоторым углом. На одной половине корпуса патрубка в верхней трети расположены отверстия. При работе устройства, восходящий поток газа проходит через завихритель и начинает поступательно-вращательное движение вверх по контактному патрубку. Одновременно в устройство через узел подвода подается жидкость, которая диспергируется и в виде капель движется к периферии аппарата под действием центробежной силы, оседает на стенках патрубка в виде пленки. Контактируя с газом, пленка жидкости движется вверх по патрубку и отделяется от газа посредством сепаратора. Это устройство позволяет добиваться высокой эффективности процесса, может работать при больших скоростях газов. Однако данная конструкция имеет следующие недостатки: ввод жидкости осуществляется в приосевую область контактного устройства, что уменьшает время контакта взаимодействующих фаз и уменьшает эффективность процесса; в данном контактном устройстве применен завихритель циклонного типа, из-за чего поверхность контакта потоков газа и жидкости в завихрителе ограничена поверхностью пленки на полуцилиндрах завихрителя; возможно перемешивание жидкости, поступающей в контактное устройство, с жидкостью отделенной от газового потока после процесса, что уменьшает движущую силу процесса.
Задача, на решение которой направлена заявленная полезная модель, заключается в повышении эффективности процесса охлаждения газа при высоких скоростях газового потока, при относительно небольших затратах на оборудование и проведение процесса.
Данная задача решается за счет того, что заявленная вихревая ступень для контактного охлаждения газа состоит из корпуса, контактного патрубка, завихрителя, технологических патрубков ввода и вывода жидкости в корпус, патрубков ввода жидкости в завихритель, сепарационных отверстий на выходе из контактного патрубка, причем завихритель выполнен в виде камеры с коническим основанием и тангенциальным вводом газа через направляющие лопатки, количество патрубков ввода жидкости в сепаратор совпадает с количеством пазов между лопатками завихрителя, а в корпусе ступени установлена горизонтальная перегородка.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков является более высокая эффективность охлаждения газа за счет: большего времени пребывания газа в завихрителе, выполненном в виде камеры с коническим основанием и направляющими лопатками; большей площадью поверхности контакта фаз, за счет лучшего качества диспергирования жидкости в газовый поток; предотвращению перемешивания свежепоступающей и отработанной охлаждающей жидкости, благодаря установке внутри корпуса горизонтальной перегородки.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых изображено:
На фиг.1. - разрез общего вида вихревой ступени по вертикальной оси и схема потоков жидкости и газа в ней;
На фиг.2 - разрез завихрителя вихревой ступени по линии А-А;
На фиг.3. - разрез многоступенчатого вихревого охладителя состоящего из трех ступеней установленных одна над другой.
Предлагаемая вихревая ступень для охлаждения газов состоит из корпуса 1, внутри которого расположены: контактный патрубок 2, завихритель 3 выполненный в виде камеры с коническим основанием и направляющих лопаток 4, патрубков 5 для ввода жидкости в завихритель, сепарационных отверстий 6 в верхней части контактного патрубка, технологических патрубков для ввода 7 и вывода 8 жидкости в корпус и горизонтальной перегородки 9, для разделения свежепоступающей и отработанной жидкости.
Вихревая ступень работает следующим образом. Газ для охлаждения поступает в корпус контактной ступени снизу, огибает коническое основание завихрителя и через направляющие лопатки 4 тангенциально подается в завихритель, приобретает закрученное движение. Жидкость подается через патрубок ввода 7, заполняет кольцевое пространство между корпусом 1 контактным патрубком 2 и горизонтальной перегородкой 9, и через патрубки 5 поступает внутрь завихрителя, где диспергирует в закрученный поток газа. Далее закрученный газожидкостный поток попадает в контактный патрубок 2, где под действием центробежной силы жидкость отбрасывается на стенки, образует пленочный слой и увлекается восходящим газовым потоком вверх, а затем отделяется от газа через сепарационные отверстия 6. Газ после контакта уходит вышележащую ступень, а отработавшая жидкость выводится из корпуса через патрубок 8. Установка внутри корпуса направляющей перегородки 9 предотвращает перемешивание свежепоступающей жидкости с отработавшей.
В завихрителе происходит взаимодействие газового потока капельным слоем, обладающим развитой поверхностью контакта. Благодаря высокой скорости газового потока и тому, что количество патрубков для ввода газа совпадает с количеством щелей между лопатками завихрителя пространство завихрителя будет заполнено большим количеством капель жидкости, что обеспечит развитую поверхность межфазного взаимодействия и высокую интенсивность охлаждения газа в зоне завихрителя. В контактном патрубке происходит взаимодействие скоростного газового потока с пленкой жидкости, благодаря тому, что диаметр контактного патрубка меньше чем диаметр завихрителя, скорость газа в контактном устройстве больше, чем в завихрителе, это обеспечивает высокие относительные скорости взаимодействия газа и жидкости высокие коэффициенты теплопередачи, высокую интенсивность теплообмена. Основным достоинством предлагаемого технического решения является то, что предлагаемая конструкция позволяет установить контактные ступени одна над другой, организовав многоступенчатое взаимодействие с противоточной схемой взаимодействия газа и жидкости, или с подводом свежей охлаждающей жидкости на каждую ступень. Такой подход позволяет добиться нужной степени охлаждения газа, наращивая высоту аппарата путем установки требуемого количества вихревых ступеней одна на другую.
1. Вихревая ступень для контактного охлаждения газа состоящая из корпуса, контактного патрубка, завихрителя, технологических патрубков ввода и вывода жидкости в корпус, патрубков ввода жидкости в завихритель, сепарационных отверстий на выходе из контактного патрубка, отличающаяся тем, что завихритель выполнен в виде камеры с коническим основанием и тангенциальным вводом газа через направляющие лопатки.
2. Вихревая ступень для контактного охлаждения газа по п.1, отличающаяся тем, что количество патрубков ввода жидкости в сепаратор совпадает с количеством пазов между лопатками завихрителя.
3. Вихревая ступень для контактного охлаждения газа по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что в корпусе ступени установлена горизонтальная перегородка.
