Вихревой аппарат для проведения физико-химических процессов с нисходящим потоком фаз

 

Изобретение относится к устройствам для проведения физико-химических процессов, а именно процессов абсорбции, десорбции, пылегазоочистки, смешения, охлаждения газов, и может быть использовано в химической, металлургической промышленности. Задачей данного изобретения является создание аппарата для проведения различных физико-химических процессов, работающего с высокой эффективностью при малом гидравлическом сопротивлении, за счет организации нисходящего потока взаимодействующих фаз. Сущность изобретения заключается в том, что над вихревым контактным устройством (ВКУ) установлен дисково-цилиндрический ороситель, причем в нижней части корпуса расположена выхлопная труба с диаметром, равным диаметру сепаратора, и установлена по отношению к нему с зазором, равным 0,2-0,8 диаметра сепаратора, ВКУ выполнено из тангенциальных пластин выпуклой формы. Вихревой аппарат содержит корпус 1, верхнюю закручивающую часть 3 с ВКУ, состоящим из тарелки 2, крышки 12, сепаратора 11, тангенциальных пластин 4 выпуклой формы, нижнюю сепарирующую часть 5, тангенциальный патрубок входа газа 6, патрубков подвода и отвода жидкости 7 и 8. Над ВКУ установлен дисково-цилиндрический ороситель 9, а нижняя часть аппарата снабжена выхлопной трубой 10, которая установлена с зазором по отношению к сепаратору 11, равным 0,2-0,8 диаметра сепаратора. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к устройствам для проведения физико-химических процессов, а именно процессов абсорбции, десорбции, пылегазоочистки, смешения, охлаждения газов, и может быть использовано в химической, металлургической промышленности, а именно в производстве неорганических кислот и минеральных удобрений.

Известен полый вихревой аппарат с нисходящим потоком контактирующих фаз, в цилиндрическом корпусе которого установлен завихритель. Жидкость в аппарат подается по оси через ороситель по всей его высоте и выводится из аппарата в нижней его части. Для дополнительного орошения внутри завихрителя установлен жидкостный коллектор (см. Николаев А.Н. Комплексная очистка промышленных газовых выбросов в аппаратах вихревого типа: Автореферат дисс. док. техн. наук. КГТУ, Казань, 1999 г., с. 8-9). Жидкость и газ в этом аппарате движутся вниз по направлению действия силы тяжести, а жидкость распыливается механическими устройствами без затрат энергии газового потока.

Недостатком этого аппарата является низкая эффективность, т.к. жидкость подается вовнутрь завихрителя и сепарирующей части аппарата. Это снижает эффективность процесса.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является аппарат для проведения физическо-химических процессов в вихревом газовом потоке, имеющий корпус, вихревое контактное устройство (ВКУ), которое состоит из верхней перфорированной и нижней частей, с пластинами в нижней части, тангенциальную трубу ввода взаимодействующих агентов и вывода продуктов взаимодействия, коаксиальный цилиндр с прорезями в нижней части. Между днищем корпуса и ВКУ расположена обечайка, а верхняя часть ВКУ соединена с трубой вывода продуктов взаимодействия (см. патент РФ №2036733, кл. В 04 С 5/08, 5/00. Бюл. №16 от 09.06.95 г.).

В этом аппарате газ и жидкость, попадая в нижнюю часть контактного устройства (КУ), закручиваются, взаимодействуя между собой и, поднимаясь в верхнюю часть КУ, сепарируются, попадая в зазор между перфорированной частью КУ и коаксиальным цилиндром. Затем жидкость отделяется от газового потока, стекает на тарелку и выводится из аппарата. Газ с микробрызгами жидкости поднимается по перфорированной части КУ, жидкость отфильтровывается, а газ удаляется из аппарата.

Существенным недостатком данного аппарата является высокое гидравлическое сопротивление, что приводит к значительным энергозатратам на проведение процесса, несмотря на его высокую эффективность. Например, степень улова пыли кормовых дрожжей составляет 99,6%. Повышенное сопротивление обусловлено необходимостью дробления и транспорта всей подаваемой на орошение жидкости за счет энергии газового потока.

Задачей данного изобретения является создание аппарата для проведения различных физико-химических процессов, работающего с высокой эффективностью при малом гидравлическом сопротивлении, за счет организации нисходящего потока взаимодействующих фаз.

Поставленная задача решается тем, что в вихревом аппарате с нисходящим потоком фаз над вихревым контактным устройством установлен дисково-цилиндрический ороситель, причем в нижней части корпуса расположена выхлопная труба с диаметром, равным диаметру сепаратора, и установлена по отношению к нему с зазором, равным 0,2-0,8 диаметра сепаратора, вихревое КУ выполнено из тангенциальных пластин выпуклой формы.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен продольный разрез аппарата, на фиг. 2 - разрез А-А фиг. 1.

Вихревой аппарат с нисходящим потоком фаз содержит корпус 1, верхнюю закручивающую часть 3 с ВКУ, состоящим из тарелки 2, крышки 12, сепаратора 11, тангенциальных пластин 4 выпуклой формы, нижнюю сепарирующую часть 5, тангенциальный патрубок входа газа 6, патрубков подвода и отвода жидкости 7 и 8. Над ВКУ установлен дисково-цилиндрический ороситель 9, а нижняя часть аппарата снабжена выхлопной трубой 10, которая установлена с зазором по отношению к сепаратору 11, равным 0,2-0,8 диаметра сепаратора.

Аппарат работает следующим образом. Газ, содержащий токсичный компонент либо твердую фазу, поступает через тангенциальный патрубок 6 в верхнюю часть 3 аппарата и приобретает предварительную крутку. Жидкость вводится через патрубок 7 и по зазору, образованному дисково-цилиндрическим оросителем 9 и крышкой 12 ВКУ, подается к наружной верхней части пластин 4 ВКУ и стекает по ним вниз. Газ, проходя через щели, образованные тангенциальными пластинами, раскручивается, срывает жидкость с поверхности пластин и диспергирует ее. На внутренней поверхности КУ образуется вращающийся высокотурбулизированный капельный слой жидкости, который контактирует с вновь входящими порциями газового потока. Здесь происходит основная доля тепломассообмена, токсичный компонент или твердые частицы из газовой фазы переходят в жидкую. Далее газожидкостный поток направляется вниз к цилиндрическому сепаратору 11, где под действием центробежных сил капли жидкости отжимаются к внутренней поверхности сепаратора. Здесь образуется вращающаяся пленка, которая срывается с нижнего среза сепаратора и через зазор между ним и выхлопной трубой 10 отбрасывается на корпус 1, стекает вниз и выводится из аппарата через патрубок 8. Газ, освобожденный от токсичного компонента или твердой фазы и капель жидкости, перетекает в выхлопную трубу 10 и выводится из аппарата.

Преимущество предлагаемого аппарата заключается в том, что орошение ВКУ осуществляется дисковым оросителем до входа газожидкостного потока в него непосредственно на пластины ВКУ снаружи. Жидкость стекает по пластинам вниз, срывается газовым потоком и транспортируется внутрь КУ. На внутренней поверхности пластин формируется вращающийся капельный слой жидкости, т.е. организуется дополнительно жидкостная занавеса перед входящими свежими порциями газа, что способствует увеличению эффективности физико-химических процессов в ВКУ. При однонаправленном нисходящем движении фаз энергия газового потока расходуется в основном только на диспергирование жидкости, затраты энергии на ее транспорт минимальны, что способствует снижению гидравлических потерь.

В случае отсутствия дискового цилиндрического оросителя, жидкость, попадая в аппарат, за счет центробежных сил отжимается на внутреннюю поверхность корпуса, стекает и в ВКУ попадает только в нижнюю часть пластин, а верхняя часть в процессе не участвует.

Выбор величины зазора между сепаратором КУ и выхлопной трубой равным 0,2-0,8 диаметра сепаратора определяется условиями свободного выхода закрученной газожидкостной струи из сепаратора в нижнюю часть аппарата и надежностью отделения жидкости от газового потока. При таком соотношении размеров вся жидкость, выходящая из сепаратора с определенным углом раскрытия, минуя выхлопную трубу, направляется в нижнюю часть аппарата, а газовый поток относительно плавно перетекает в выхлопную трубу. При величине зазора менее 0,2 диаметра сепаратора часть жидкости может попадать в выхлопную трубу, что приводит к появлению брызгоуноса жидкости из аппарата вместе с газовым потоком. При зазоре более 0,8 диаметра сепаратора свободный перетек газа из сепаратора в трубу затруднен за счет образования торроидального вихря в области между наружной поверхностью сепаратора, выхлопной трубой и корпусом аппарата, что приводит к увеличению гидравлического сопротивления нижней сепарирующей части аппарата.

Выполнение завихрителя КУ выпуклой формы способствует задержке жидкости в нем - увеличению удерживающей способности, времени пребывания, межфазной поверхности и, как следствие, увеличению эффективности процесса. Таким образом, достигается эффективное взаимодействие между газами и(или) жидкостями.

Формула изобретения

1. Вихревой аппарат для проведения физико-химических процессов с нисходящим потоком фаз, включающий корпус, тангенциальный патрубок подвода газа, патрубки подвода и отвода фаз, вихревое контактное устройство, состоящее из сепаратора, тангенциальных пластин и тарелок, отличающийся тем, что над вихревым контактным устройством установлен дисково-цилиндрический ороситель, причем в нижней части корпуса расположена выхлопная труба с диаметром, равным диаметру сепаратора, и установлена по отношению к нему с зазором, равным 0,2-0,8 диаметра сепаратора.

2. Вихревой аппарат для проведения физико-химических процессов по п.1, отличающийся тем, что тангенциальные пластины вихревого контактного устройства выполнены выпуклой формы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2