Насадка пленочного трубчатого аппарата

 

Изобретение относится к массообменным трубчатым пленочным аппаратам. Технический результат изобретения заключается в увеличении контакта фаз, повышении массообмена между жидкостью и газом, снижении энергозатрат. Насадка пленочного аппарата включает винтовую спираль с направляющими планками, на поверхности которых перемещается отводящаяся с пленки жидкость. Направляющая планка размещена в плоскости витка винтовой спирали, свободный конец направлен под острым углом к оси трубы в сторону движения пленки. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к массообменным трубчатым пленочным аппаратам и может найти применение в химической, микробиологической и других отраслях промышленности, например для очистки газа от газообразных и твердых выбросов.

Известно прямоточное контактное устройство пленочного аппарата, состоящее из распределительного патрубка, цилиндрической трубы и винтовой спирали выполненных из ленты [Авторское свидетельство СССР N 1338870, кл. B 01 D 3/26, 1992 г.].

Однако, указанное устройство имеет недостаточно развитую поверхность контакта газа с жидкостью, что обуславливает низкие коэффициенты массоотдачи и как следствие небольшой КПД, по причине отсутствия в ядре газового потока распыленных капель жидкости.

Наиболее близкой по технической сущности является насадка для пленочного аппарата, состоящая из цилиндрической трубы, распределительного патрубка, винтовой спирали с направляющими планками установленными на поверхности витков спирали, концы которых отогнуты в сторону вращения жидкости [Авторское свидетельство СССР N 1669475, кл. B 01 D 3/28].

Указанное устройство также обладает недостаточно высокой эффективностью.

Низкая эффективность обусловлена гашением вращательного движения пленки жидкости направляющими планками, которые размещены поперек вращающего потока жидкости. Вследствие этого образуются струи на поверхности пленки или происходит полное разрушение пленки, что неэффективно. Кроме того, свободный конец направляющей планки может быть вообще затоплен в пленке жидкости, так как не указывается соотношение, позволяющее рассчитать длину направляющей планки, выступающей за толщину пленки, что не обеспечивает распыление жидкости с поверхности пленки и не позволяет получить развитую поверхность контакта фаз.

Использование заявляемой авторами насадки пленочного трубчатого аппарата позволяет решить следующие задачи: увеличить поверхность контакта фаз, повысить массообмен между жидкостью и газом. Что обеспечивает снижение длины насадки, уменьшает металлоемкость аппарата, его габариты и гидравлическое сопротивление. То есть проведение тепло- и массообменных процессов осуществляется при меньших капитальных и текущих затратах.

Технический эффект заключается в повышении КПД трубчатой насадки, снижении энергозатрат на подачу жидкости и газа в аппарат.

Целью изобретения является увеличение эффективности насадки. Под эффективностью рассматривается массообмен между жидкостью и газом.

Для достижения указанной цели в насадке пленочного аппарата, состоящей из цилиндрической трубы, газового патрубка, винтовой спирали с направляющими планками; поверхность направляющей планки, по которой перемещается отводящая с пленки жидкость, размещена в плоскости витка винтовой спирали, свободный конец направляющей планки направлен под острым углом к оси трубы в сторону движения пленки, причем отношение длины направляющей планки L к ширине витка винтовой спирали h выдерживается равным L/h = 0,5-15, а отношение толщины витка спирали e к толщине направляющей планки b равно e/b = 0,1-1; отношение ширины направляющей планки b₁ к периметру цилиндрической трубы П равно b₁/П = 0,04-0,5; часть не погруженной в пленку жидкости направляющей планки развернута на 90 градусов.

Установка поверхности направляющей планки, по которой перемещается жидкость непосредственно в плоскости витка винтовой спирали, размещение свободного конца направляющей планки по направлению движения жидкости под острым углом к оси трубы позволяет не нарушать вращательно-поступательное течение пленки жидкости и обеспечивает максимальное распыление отведенной жидкости из пленки на капли, что создает развитую поверхность контакта фаз и высокую эффективность процесса. В предлагаемом варианте направляющие планки не перегораживают своей поверхностью (поверхность, по которой перемещается отводимая из пленки жидкость) вращающийся поток пленки жидкости и тем самым не гасят действующую на пленку центробежную (нормальную) силу инерции, что обеспечивает устойчивое, равномерное течение без образования струй и разрушения пленки жидкости (как это имеет место в насадке принятой за прототип).

Выполнение отношения длины направляющей планки L к ширине витка винтовой спирали h равным L/h = 0,5-15 позволяет обеспечить выход свободного конца направляющей планки за слой пленки жидкости, это обеспечивает отвод части жидкости с поверхности пленки, ускорение этой жидкости газом, а затем интенсивное дробление капель, что обуславливает высокую эффективность. При выполнении L/h < 0,5 направляющая планка будет утоплена в пленке жидкости, что не эффективно, а при L/h > 15 образованные капли жидкости имеют малое время пребывания в потоке газа (из-за их быстрого попадания вновь на поверхность пленки), что также неэффективно.

Выполнение отношения толщины витка спирали e к толщине направляющей планки b равное e/b = 0,1-1 обеспечивает беспрепятственное вращение пленки жидкости между витками винтовой спирали, что обеспечивает устойчивое равномерное течение пленки жидкости. При e/b > 1 поверхность направляющей планки выступает за поверхность витка винтовой спирали, что приводит к затуханию вращения пленки жидкости и снижению силы инерции. При e/b < 0,1 возникают трудности с конструктивным оформлением направляющих планок.

Выполнение отношения ширины направляющей планки b₁ к периметру цилиндрической трубы П равное b₁/П =0,04-0,3 позволяет обеспечить достаточное количество направляющих планок на поверхности винтовой спирали и обеспечить тем самым интенсивное дробление капель, их соударение и распыл в потоке газа, что увеличивает эффективность массообмена. При выполнении b₁/П < 0,04 наблюдается низкая концентрация капель в потоке газа (из-за наличия небольшого количества направляющих планок), при b₁/П > 0,3 разрушается пленка жидкости (большая часть жидкости находится в виде капель в газовом потоке), что также неэффективно.

Разворачивание части не погруженной в пленку жидкости направляющей планки на 90 ^o снижает сопротивление насадки (так как перемещению газа не препятствует поверхность направляющей планки, по которой транспортируется отобранная жидкость, газ ее обтекает), позволяет ускорить движение жидкости на поверхности направляющей планке и тем самым обеспечить более интенсивный и равномерный распыл капель по сечению потока газа, что увеличивает эффективность насадки.

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "изобретательский уровень". Таким образом, заявляемая насадка пленочного аппарата соответствует критерию "новизна".

На фиг. 1 представлена схема трубчатой насадки. На фиг.2 показан разрез трубчатой насадки. На фиг.3 показана направляющая планка, свободный конец которой развернут на 90 градусов по ходу движения потока газа.

Насадка пленочного трубчатого аппарата состоит из горизонтальной перегородки 1, газового патрубка 2 и цилиндрической трубы 3. На внутренней стенке цилиндрической трубы 3 установлена винтовая спираль 4, на поверхности которой в плоскости витков размещены направляющие планки 5, свободный конец которых 6 развернут на 90 градусов. В заявляемой конструкции L - длина направляющей планки, h - ширина витка винтовой спирали, e - толщина витка спирали, b -толщина направляющей планки, b₁ - ширина разбрызгивающей пластины, П - периметр цилиндрической трубы. При этом отношение длины направляющей планки L к ширине витка винтовой спирали h составляет L/h = 0,5-15, отношение толщины витка спирали e к толщине направляющей планки b равно e/b=0,1-1. Отношение ширины направляющей планки b₁ к периметру цилиндрической трубы П равно b₁/П =0,04-0,5.

Насадка пленочного трубчатого аппарата работает следующим образом. Жидкость с горизонтальной перегородки 1 поступает в кольцевой зазор, образованный газовым патрубком 2 и цилиндрической трубой 3, формируется в виде жидкостного кольца, приобретает вращательно-поступательное движение, а затем перемещается вниз. При этом часть жидкости из пленки набегает на поверхность направляющих планок, транспортируется по ним, ускоряется потоком газа, а затем, срывается со свободных концов направляющих планок, образуя капли и интенсивный контакт с газом.

Таким образом, предложенная авторами насадка пленочного трубчатого аппарата позволяет снизить металлоемкость и увеличить эффективность, что приводит к снижению себестоимости выпускаемого продукта.

Формула изобретения

1. Насадка трубчатого пленочного аппарата, состоящая из цилиндрической трубы, газового патрубка, винтовой спирали с направляющими планками, отличающаяся тем, что поверхность направляющей планки, по которой осуществляется отвод жидкости с пленки, размещена в плоскости витка винтовой спирали, свободный конец направляющей планки направлен под острым углом к оси трубы в сторону движения пленки, причем отношение длины L направляющей планки к ширине h витка винтовой спирали выдерживается равным L/h = 0,5-15, а отношение толщины e витка спирали к толщине b направляющей планки b равно e/b = 0,1-1.

2. Насадка трубчатого пленочного аппарата по п.1, отличающаяся тем, что отношение ширины b₁ направляющей планки к периметру П цилиндрической трубы равно b₁/П = 0,04 - 0,3.

3. Насадка трубчатого пленочного аппарата по п.1, отличающаяся тем, что часть не погруженной в пленку жидкости направляющей планки развернута на 90^o.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3