ВИХРЕВАЯ СТУПЕНЬ ДЛЯ КОНТАКТНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ГАЗА

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.
6
Из предшествующего уровня техники известен контактный теплообменник [RU 95105326 А1 МПК 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.
7
Наиболее близким по конструкции к предлагаемой полезной модели является устройство [RU №80352 МПК 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.