Тепломассообменный аппарат

 

1. ТЕПЛОМАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ, имеющий корпус с переливными устройствами, устройства для ввода газа, каждое из которых выполнено в виде газового сопл-а с установленным над ним колпачком , отличающийся тем, что, с целью интенсификации тепломассообмена и повышения его экономичности путем обновления жидкости и турбулизации поверхности массообмена , каждое устройство для ввода газа снабжено стержнем, проходящим по оси сопла и волноводом, установленным на колпачке , при этом колпачок установлен на стержне и выполнен с острыми кромками со стороны сопла и образует с ним газоструйный стержневой ультразвуковой излучатель. 2.Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что каждый стержень снабжен упругим элементом, а каждый колпачок - уплотнительным кольцом, размещенным в его верхней части, и установлен с возможностью осевого перемещения относительно сопла с помощью упругого элемента. 3.Аппарат по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что каждое устройство для ввода газа снабжено сетчатым элементом, установленным на торце волновода.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4(5D В 01 D 53 18 В 01 F 3 04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Фиг. 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3713479/23-26 (22) 22.03.84 (46) 23.06.85. Бюл. № 23 (72) Н. А. Бахтинов, В. А. Паклин и А. П. Сидоренко (53) 66.015.23.05 (088.8) (56) 1. Рамм В. М. Абсорбция газов. М., «Химия», 1976, с. 426 — 430. (54) (57) 1. ТЕПЛОМАССООБМЕННЫЛ

АППАРАТ, имеющий корпус с переливными устройствами, устройства для ввода газа, каждое из которых выполнено в виде газового сопла с установленным над ним колпачком, отличающийся тем, что, с целью интенсификации тепломассообмена и повыщения его экономичности путем обновления жидкости и турбулизации поверхности мас„,Я0„„1162458 A сообмена, каждое устройство для ввода газа снабжено стержнем, проходящим по оси сопла и волноводом, установленным на колпачке, при этом колпачок установлен на стержне и выполнен с острыми кромками со стороны сопла и образует с ним газоструйный стержневой ультразвуковой излучатель.

2. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что каждый стержень снабжен упругим элементом, а каждый колпачок — уплотнительным кольцом, размещенным в его верхней части, и установлен с возможностью осевого перемещения относительно сопла с помощью упругого элемента.

3. Аппарат по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что каждое устройство для ввода газа снабжено сетчатым элементом, установлен- Я ным на торце волновода.

1162458

Изобретение относится к области химической технологии, преимущественно к абсорбционным процессам, и может быть использовано для интенсификации тепломассообменных процессов, например при абсорбции SO, НС1 и окислов азота в производстве соответственно серной, соляной и азотной кислот, при разделении газовых смесей, очистке сточных вод, очистке нефтяных и коксовых газов от Н,S, азотноводородной смеси для синтеза аммиака от СОд и СО, очистке стопочных газов от SO>, приготовлении газированных напитков, и газонасыщенных жидкостей.

Известен тепломассообменный аппарат, включающий корпус с переливными устройствами, устройства для ввода газа, каждое из которых выполнено в виде газового сопла с установленным над ним колпачком (1).

Однако известный аппарат характеризуется низкой интенсивностью процесса массообмена на границе всплывающих пузырьков. В связи с этим необходимо увеличить масштабы установки, затраты газа и материалов на проведение процесса с необходимым секундным количеством обрабатываемых веществ. Низкая интенсивность массообмена при подаче газа под слой жидкости устройствами объясняется тем, что скорость обновления фаз и турбулизация поверхности массообмена ограничены (скорость обновления фаз составляет порядка 30 см/с, а турбулизация поверхности пузырьков определяется только незначительной циркуляцией внутри свободновсплывающего пузырька со скоростью приближенно равной скорости всплытия 30 см/с.

Цель изобретения — интенсификация теп ломассообмена и повышение экономичности путем обновления жидкости и турбулизации поверхности массообмена.

Указанная цель достигается тем, что в известном тепломассообменном аппарате, имеющем корпус с переливными устройствами, устройства для ввода паза, каждое из которых выполнено в виде газового сопла с установленным над ним колпачком, каждое устройство для ввода газа снабжено стержнем, проходящим по оси сопла и волноводом, установленным на колпачке, при этом колпачок установлен на стержне и выполнен с острыми кромками со стороны сопла и образует с ним газоструйный стержневой ультразвуковой излучатель.

Кроме того, каждый стержень снабжен упругим элементом, а каждый колпачок— уплотнительным кольцом, размещенным в его верхней части, и установлен с возможностью осевого перемещения относительно сопла с помощью упругого элемента.

Каждое устройство для ввода газа снабжено сетчатым элементом, установленным на торце волновода.

Упругость элемента выбрана из условий ("Р+ 1 ) д",г = р — F

F щ2

5 у где д— „-упругость элемента, Н/м;

8, — расчетное расстояние между кромками сопла и колпачка, м;

dp — диаметр колпачка, м;

p — давление газа перед соплом, избыточное над давлением озвучиваемой среды; пр — глубина колпачка;

F„— усилие прижатия уплотнения колпачка к кромкан сопла, при от15 сутствии подачи газа.

В предпочтительном варианте устройства на расстоянии, кратном длине волны излучаемого ультразвука от торца колпачка, размещен жестко связанный с ним сетчат ы и элемент.

2О На фиг. 1 показан тепломассообменный аппарат, вертикальный разрез; на фиг. 2— узел 1 на фиг. l.

Тепломассообменный аппарат состоит из корпуса 1, переливных устройств 2 трубопровода 3 подачи жидкости, дренажа 4, барботажных тарелок 5 с устройствами для ввода газа 6, коллектора 7 подачи газа (МНз), трубопровода 8 слива обработанного продукта (аммиачной воды). Устройство 6 для ввода газа содержит фланец 9, корпус

30 10 камеры закручивания, цилиндрическое сопло 11, стержень 12, колпачок (резонатор) 13, уплотнительное кольцо 14 из фторопласта, запрессованное в дно резонатора, экспоненциальный волновод 15 (длина волновода равна 1 длине волны излучаемого на расчетном режиме ультразвука 15 кГц в волноводе); армированный ситчатым элементом 16 (упругими пластинами шириной

2 мм и толщиной 0,5 мм, крут диаметром

100 мм из нержавеющей сетки с размерами

4О ячеек 0,2 мм), подсоединенный тангенциально к корпусу 10 камеры закручивания трубопровод 17 подачи газа, упругий элемент (пружина) 18, узел 19 закрепления и застройки упругого элемента 18. Стержень 12 уплотнен во фланец 9 с помощью уплотни45 тельных э. ц 14. В нерабочем положении резонагор 13 усилием пружины 18 прижат к кромкам сопла 11, герметизируя коллектор 7 подачи газа от жидкости.

Установка колпачка 13 на стержне 12, проходящем по оси, и его выполнение в виде цилиндрического резонатора с острым кромками с образованием газоструйного стержневого излучателя ультразвука, позволяет преобразовать энергию истекающего через сопло газа в энергию ультразвуковых волн, сильно турбулизировать границу раздела фаз в пузырьках, повысить в пять раз интенсивность массообмена за счет акустических пульсаций давления и формы пузырь1162458 ков, акустических кумулятивных течений и других ультразвуковых эффектов. Повышение интенсивности массообмена соответственно повысит в пять раз производительность аппарата при тех габаритах и расходе газа.

Установка резонатора 13 с помощью упругого элемента 18 с возможностью перемещения относительно сопла, размещение в резонаторе 13 на диаметре кромок сопла уплотнительных колец 14 и выбор упругости

1 1О в соответствии с приведенным выражением позволяет при выключении подачи газа — — — р = 0 прижать колпачок к кромкам

У(йр и= сопла с силой Fn (например, F> — — 0,01—

0,5 м) и этим герметично отсечь газовый коллектор от жидкости, исключить «провал» жидкости и последующие затраты на удаление жидкости из газовых полостей; в процессе работы автоматически обеспечивать перемещение резонатора при изменении давления подачи газа Р„ с целью обеспечения оптимального для этого давления расстояния между соплом и резонатором, что позволяет автоматически поддерживать заданные частичные параметры излучателя (оптимальная для процессов массообмена частота 5 — 20 кГц).

Размещение ситчатого элемента 16 на расстоянии, кратном длине волны излучаемого ультразвука от верхнего торца резонатора 13, жесткая связь ситчатого элемента

16 с резонатором 13, например посредством 30 металлического стержня 12, позволяет эффективно с использованием. резонансных эффектов передать ультразвуковые колебания на ситчатый элемент 16, через который проходят пузырьки обработанного на первом этапе ультразвуковой абсорбции газа.

Ультразвуковые колебания ситчатого элемента 16 позволяют отрывать от него пу-зырьки газа с диаметром, меньшим диаметра свободного роста, увеличивая этим поверхность массообмена, а также вторично 4О турбулизовать акустическими сечениями бгрботажную зону, что повышает интенсивность тепломассообмена и соответственно эффективность использования газа в аппарате.

Предлагаемое устройство позволяет соз- 45 давать крупномасштабные тепломассообменные аппараты повышенной (в 2 — 5 раз) производительности, а также различные универсальные устройства для интенсивного тепломассообмена между газом и жидкостью в трубопроводах-емкостях для хранения, бытовых сифонах и др.

Аппарат работает следующим образом.

После (одновременно) подачи жидкости в аппарат включают подачу газа в устройство 6 для подачи газа под давлением

5 кгс/см . Газ, попадая в корпус 10 камеры закручивания за счет тангенциального расположения патрубка 17, быстро выравнивает поле скоростей, стабилизируется под давлением и истекает через сопло 11 с перепадом давлений больше критического.

Осесимметричная струя расширяющегося газа (бочка) периферийными слоями взаимодействует с кромками резонатора 13, генерируя при этом ультразвук с частотой

15 кГц.

При этом между соплом 11 и резонатором 13 образуется осесимметричная выпуклая поверхность раздела фаз газ-жидкость, пульсирующая в поле ультразвука с образованием капиллярных волн, дроблением, интенсивной турбулентностью. Пузырьки газа, образующиеся в зоне озвучивания при разрушении границы раздела фаз, из-за капиллярных волн и дробления пульсируют в поле ультразвука, при этом давление и температура в них сильно меняются. Все это приводит к значительной интенсификации тепломассообмена между вводимым газом и жидкостью.

Выйдя из зоны интенсивного озвучивания (расстояние 5 — 10dp от излучателя), пузырьки всплывают к ситчатому элементу

16, который резонансными ультразвуковыми колебаниями осуществляет дробление пузырьков, проходящих через него, и повторное извучивание.

Таким образом, предлагаемый аппарат может найти широкое применение в аппаратах химической технологии, авиационной технике (при приготовлении газонасыщенных топлив), в бытовых сифонах (при установке резонатора на конце газовой трубки в нижней части сифона), при приготовлении кислородных коктейлей в медицине, газированных напитков в пищевой промышленности и т.д.

Использование аппарата повысит интенсивность тепломассообменных процессов между газом и жидкостью, производительность и экономичность тепломассообменных аппаратов.

1162458

Редактор/Л. 3aйцева

Заказ 3986/5

Составитель Г. Урусова

Техред И. Верес Корректор С. Черни

Тираж 659 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», r. Ужгород, ул. Проектная, 4