Тепломассообменный аппарат

 

Изобретение относится к аппаратам для проведения тепломассообменных процессов. Цель изобретения состоит в повьш1ении интенсивности процесса массообмена. Аппарат содержит корпус в котором установлен полый вал с тарелками . На тарелках радиально установлены с возможностью вращения вокруг собственных осей контактные трубки , внутри которых установлены винтовые завихрители, а также распределяющее устройство для газа. Трубки выполнены из не смачиваемого рабочей жидкостью материала. Аппарат также снабжен распределителями жидкости. Контактные трубки могут быть выполнены коническими, установленными меньшим диаметром к периферии аппарата. 3 з.п. ф-лы, 3 ил. (Л CA:I ьо оо ю ГчЭ .1

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (50 4 В 01 D 3/30

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4072561/31-26 (22) 31.03.86 (46) 15.07.87. Бюл. Ф 26 (71) Сумский филиал Харьковского политехнического института им. В.И. Ленина (72) В.Я, Стороженко и В.Ю. Шкарупа (53) 66.015,23.05 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 88995, кл. 12 А 5, 1950. (54) ТЕПЛОМАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ (57) Изобретение относится к аппаратам для проведения тепломассообменных процессов. Цель изобретения состоит в повьппении интенсивности процесса

„„SU„„1323122 A 1 массообмена. Аппарат содержит корпус в котбром установлен полый вал с тарелками. На тарелках радиально установлены с возможностью вращения вокруг собственных осей контактные трубки, внутри которых установлены винтовые завихрители, а также распределяющее устройство для газа. Трубки выполнены из не смачиваемого рабочей жидкостью материала. Аппарат также снабжен распределителями жидкости.

Контактные трубки могут быть выполнены коническими, установленными меньшим диаметром к периферии аппарата.

3 з ° п. ф лы, 3 ил, 1323122

Изобретение относится к конструкциям роторных вихревых аппаратов для проведения тепломассообменных процессов н пленке и капле, мокрой очистки газов от пыли и может применяться в 5 химической, нефтегазовой металлургической отраслях промышленности.

Цель изобретения — интенсификация процесса массообмена за счет увеличения поверхности контакта.

lIa фиг. 1 изображен тепломассообменный аппарат, продольный разрез; на фиг. 2 — участок распределяющего устройства с входами для газа, вид сверху; на фиг, 3 — траектория капли, движущейся в процессе работы аппарата.

Тепломассообменный аппарат содержит корпус 1 с патрубками входа 2 и выхода 3 жидкости, входа 4 и выхода 5 20 газа. В корпусе 1 устаноплен полый вал 6, на котором укреплена тарелка

7, и» которой радиально установлены контактные трубки 8 ° Внутри послед25 них укреплены винтовые завихрители 9, а также распределяющее устройство 10 для газа с входами в каждую контактную трубку. На валу 6 выполнено распреде: яющее устройство 11 дпя жидкости с входами в каждую контактную трубку, Тепломассообменный аппарат работает следующим образом.

При вращении вала 6 приходит во вращение укрепленная на нем тарелка 7. 35

Контактные трубки 8, установленные на ней, соприкасаясь с корпусом 1, начинают вращаться вокруг собственных осей. 11ри этом они вращаются и вокруг оси вала. Жидкость подается 40 по патрубку 2 входа и по полому валу 6 направляется в распределяющее устройство 11 для жидкости r отводами для питания каждой трубки, орошая при этом каждую из них. Гаэ по пат- 45 рубку 4 входа подается в распределительное устройство 10 для газа и также вводится н каждую трубку. При движении по контактным трубкам 9 от периферии аппарата к его центру газ 50 закручивается винтовыми завихрителями 9, Капли жидкости при этом движутся пан ..трепу газовому потоку по винтс вгй пи пи, изогнутой IID спирали

Лрхиме;(а. 1Iрп организованном таким 55 образсм противотоке фаз происходит и инте винный массообмен между каплями

FJI 1к ос тп и I а э ом, Жидкость выходит из контактных трубок 8 и выводится из аппарата по патрубку 3 выхода жидкости. Газ выводится иэ аппарата по патрубку 5.

Это достигается за счет увеличения контакта фаэ, так как процесс массообмена ведется при максимальной поверхности контакта фаз — между каплями жидкости и газом. Как и в устройстве -прототипе в предлагаемом аппарате массообмен происходит при противоточном движении фаз. Капли жидкости подаются распределителем в контактные трубки, которые вращаются вокруг собственных осей и оси вала.

При этом на капли действуют две центробежные силы — от вращения контактных трубок вокруг оси вала и относительно собственных осей.

Капли жидкости, прижимаясь к стенкам трубок, начинают вращаться вместе с ними. Под действием центробежной силы от вращения трубок относительно собственных осей капли, прижатые к стенкам трубок, деформируются, теряют сферическую форму, но не расплываются в пленку, так как поверхность трубок выполнена несмачиваемой.

Под действием центробежной силы от вращения трубок вокруг оси вала капли движутся в радиальном направлении к выходу из трубок, При этом капля несферической формы постоянно ударяется о неровности стенок трубок, меняет свою форму, что положительно сказывается на внутреннем перемешивании капли. Это ведет к тому, что поверхность раздела фаз постоянно обновляется, а это способствует повьппению интенсивности процесса массообмена.

В результате одновременного действия указанных центробежных сил капли движутся по сложным тпаекториям, представляющим собой винтовые линии, изогнутые по спирали Архимеда.

Газ, подаваемый через распределитель в трубки, движется, раскручиваясь завихрителями, навстречу каплям по сложной траектории — по винтовой линии, изогнутой по спирали

Архимеда, При этом наблюдается интенсивный контакт между газовой и жидкой фазами, причем при противоточном их движении. Время контактирования получается очень большим, так как дли3 1323 на пути, проходимого каплей, составляет при определенных режимах течения процесса нескольких сот метров при сравнительно небольших размерах аппарата. Пройдя такой путь при интенсивном контакте с газом в условиях противотока, капли полностью обновляются по составу, Одна ступень контакта, таким образом, может заменить несколько ступе- 10 ней контакта в устройстве-прототипе.

Это ведет к значительному уменьшению расхода конструкционного материала, а следовательно, к удешевлению аппарата, так как отпадает необходимость 15 в организации подачи питания по газу и жидкости с вьппележащих на нижележащие ступени контакта (конструкции устройств для питания, как показывает практика эксплуатации центро- 2р бежных массообменных аппаратов, очень сложны и значительно усложняют монтаж и демонтаж всего аппарата).

Ввод газа в каждую контактную трубку также позволяет увеличить ин- 25 тенсивность процесса массообмена, так как при этом в каждую трубку подается строго нормированное количество газа, которое можно регулировать. При помощи этого добиваются равномерного 30 орошения трубок газом и стабилизируют процесс массообмена во всех трубках. Кроме того, это позволяет несколько упростить конструкцию, так как в этом случае нет необходимости в создании специальных гидрозатворов, как это сделано в устройстве-прототипе, сложных при монтаже и демонтаже °

Установка завихрителей во входах распределителя газа также повышает интенсивность процесса массообмена, так как при этом газ начинает приобретать вращательное движение уже во входах. Это способствует устранению прохождения газа по межтрубному про- 45 странству, так как гидравлическое сопротивление на входе газа в трубку в значительной степени снижается и газ полностью, без материальных потерь, направляется в трубку. Поэтому 5р процесс массообмена идет между строго заданными количествами газа и жидкости, что значительно повьппает интенсивность процесса.

Ввод жидкости в каждую контактную трубку также способствует повьппению интенсивности процесса массообмена, так как в каждую трубку вводится

122 4 строго определенное количество жидкой фазы. При этом не может в какуюлибо трубку попасть жидкости больше, чем в другие. Это создает одинаковое гидравлическое сопротивление газу, и он проходит по всем трубкам одинаково стабильно. Поэтому в значительной степени повышается интенсивность массообмена в каждой трубке и в аппарате в целом.

Выполнение контактных трубок коническими, установление их меньшим диаметром к периферии аппарата, также способствует повышению интенсивности процесса массообмена. При движении капли к периферии устройства ее скорость увеличивается в связи с тем, что она движется с ускорением, возникающим от действия центробежной силы при вращении тарелки, 1!оэтому шаг между витками винтовой траектории капли, движущейся в трубке постоянного сечения, увеличивается. При этом длина пути капли, а следовательно, и время контакта уменьшаются.

Чтобы этого не происходило, необходимо каплю задержать в контактной трубке ° Это достигается за счет постеленного уменьшения диаметра трубки по ходу движения жидкости, т.е. применения конических трубок.

На выходе из трубок на капли действует максимальная центробежная сила, выбрасывающая их из трубки, Здесь же входит и газ. Причем на входе в трубку он движется с максимальной скоростью и оказывает максимальное сопротивление движению капли.

Газ, движущийся с большой скоростью, гасит действие центробежной силы. При уменьшении центробежной силы от вращения трубок вокруг оси вала, т.е. при движении газа от периферии аппарата к его оси, скорость газа падает, так как увеличивается диаметр трубок, и гаэ оказывает меньшее сопротивление движению капель.

Таким образом, создается равномерное движение капли от центра к периферии. аппарата с постоянной скоростью. Винтовая линия траектории движения капли имеет одинаковый шаг по всей ее длине.

Конусность контактных трубок находится в пределах 2-10 . Конусность менее 2 не влияет в значительной степени на изменение скорости газа при его движении от периферии аппара

5 13231 та к его центру. Давление газового потока не уменьшает в нужной мере действие центробежной силы на движение капли. Капля двигается неравномерно. Шаг винтовой линии траектории движения капли не постоянен, Длина пути, проходимого каплей, меньше возможной.

Если же конусность более 10, то это отрицательно влияет на движение 1р капли и режим работы аппарата. Газ, по мере движения по трубке, слишком быстро теряет скорость и не оказывает заметного влияния на снижение действия на капли увеличивающейся цент- 15 робежной силы при вращении трубок вок" руг оси вала. Капля движется с ускорением и быстро выходит иэ трубки.

Формула из обретения 2p

1. Тепломассообменный аппарат, содержащий корпус с патрубками входа и выхода газа и жидкости, установленный в нем вал с укрепленной на нем тарел-25

22 6 кой, на которой радиально установлены контактные трубки, и распределители газа и жидкости, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью интенсификации процесса массообмена за счет увеличения поверхности контакта, контактные трубки установлены с возможностью вращения вокруг собственных осей и выполнены иэ несмачиваемого рабочей жидкостью матЕриала, в трубках установлены завихрители, а расп" ределители газа и жидкости установлены в каждой трубке.

2. Аппарат по п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что контактные трубки выполнены коническими и установлены меньшим диаметром к периферии.

3..Аппарат по пп. 1 и 2, о т л ич а ю шийся тем, что конусность трубок составляет 2-10

4. Аппарат по п. 1, о т л и ч а— ю шийся тем, что конец завихрителя введен в каждый ввод распределителя газа.

1323122

Составитель А. Сондор

Редактор И. Касарда Техред A.Êðàâ÷óê

Корректор В. Бутяга

Заказ 2893/7 Тираж 656

ВНИИИИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113()35, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подпис ное

Производствс пно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4