ВИХРЕВОЙ МАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ
VORTEX HEAT EXCHANGER

Изобретение относится к аппаратам для проведения тепломассообменных процессов и может быть использовано в пищевой, химической, химико-фармацевтической и в других отраслях промышленности.
Прототипом является адсорбер с кипящим слоем мелкозернистого адсорбента (см. книгу А.Н.Плановского, В.М.Рамма, С.З.Кагана «Процессы и аппараты химической технологии», М.: Химия, 1968 г., рис.20-4, с.720), содержащий вертикальный цилиндрический корпус с патрубками входа и выхода газа, вертикальную трубу с патрубком приема мелкозернистого материала на верхнем ее конце, патрубок выхода прореагировавшего с газом мелкозернистого материала и ловушку, присоединенную к нижнему торцу патрубка выхода газа.
Недостатками прототипа являются низкая эффективность тепломассопереноса и узкая область использования.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности тепломассопереноса и расширение области использования.
Задача осуществляется тем, что в вихревом массообменном аппарате, содержащем вертикальный цилиндрический корпус с патрубками входа и выхода газа, вертикальную трубу с патрубком приема мелкозернистого материала на верхнем ее конце, патрубок выхода прореагировавшего с газом мелкозернистого материала и ловушку, присоединенную к нижнему торцу патрубка выхода газа, согласно изобретению вертикальная труба установлена соосно корпусу, патрубок входа газа установлен тангенциально на боковой поверхности корпуса в нижней его части, на корпусе сверху установлена соосно расположенная сепарационная камера диаметром, превышающим диаметр корпуса, днище которой образует со стенкой корпуса карман, патрубок выхода прореагировавшего с газом мелкозернистого материала размещен в нижней части днища кармана, а снаружи вертикальной трубы установлена коаксиально расположенная труба с патрубком входа жидкого материала на верхнем конце и с перфорациями на нижнем конце, к внутренней боковой стенке корпуса присоединен винтовой порог, под вертикальной трубой установлен соосно расположенный отбойник в виде конуса, обращенного вершиной вверх, а над корпусом установлено соосно расположенное отсекающее кольцо.
Вихревой массообменный аппарат поясняется чертежом.
Аппарат содержит вертикальный цилиндрический корпус 1 с тангенциальным патрубком 2 входа газа, расположенным в нижней части боковой стенки аппарата, и патрубком 3 выхода газа, установленную соосно корпусу вертикальную трубу 4 с патрубком 5 приема мелкозернистого материала на верхнем ее конце и ловушку 6, присоединенную к нижнему торцу патрубка 3. На корпусе 1 сверху установлена соосно расположенная сепарационная камера 7 диаметром, превышающим диаметр корпуса, днище 8 которой образует со стенкой корпуса 1 карман 9. В нижней части днища 8 установлен патрубок 10 выхода прореагировавшего с газом материала. Снаружи вертикальной трубы 4 установлена коаксиально расположенная труба 11 с патрубком 12 входа жидкого материала на верхнем конце и с перфорациями 13 на нижнем конце. К внутренней боковой стенке корпуса 1 присоединен винтовой порог 14. Под вертикальной трубой 4 установлен соосно расположенный отбойник 15 в виде конуса, обращенного вершиной вверх, а над корпусом 1 установлено соосно расположенное отсекающее кольцо 16.
Аппарат работает следующим образом.
Газ через тангенциальный патрубок 2 поступает в нижнюю часть корпуса 1, где приобретает восходящее винтовое движение. Мелкозернистый материал поступает через патрубок 5 в вертикальную трубу 4 и по этой же трубе ссыпается вниз. Ударяясь об отбойник 15, мелкозернистый материал отражается, двигаясь к периферии. Вихревой поток газа подхватывает зерна мелкозернистого материала и увлекает их в совместное вихревое движение. Под действием центробежной силы зерна отбрасываются на стенку корпуса 1 и по этой стенке перемещаются вверх. При скатывании с винтового порога 14 зерна улетают в приосевую зону аппарата, где вновь подхватываются потоком газа, при этом винтовой порог усиливает крутку газа и турбулизирует кипящий слой мелкозернистого материала с прохождением газового потока с взвешенным в нем мелкозернистым материалом винтового порога 14, зерна отбрасываются центробежной силой на стенку корпуса 1, перемещаются по этой стенке вверх и отсекающим кольцом 16 отражаются в карман 9. В кармане 9 зерна стекают по днищу 8 вниз и через патрубок 10 высыпаются наружу аппарата. Газ уходит в ловушку 6, в которой отделяется от оставшихся в нем зерен, и через патрубок 3 выходит из аппарата.
При использовании аппарата в качестве абсорбера, распылительной сушилки, сепаратора или конденсатора в работе участвует вместо вертикальной трубы 4 труба 11 с заглушенным нижним торцом. Жидкий материал поступает в трубу 11 через патрубок 12, стекает по этой трубе вниз и через перфорации 13 вытекает струйками в рабочую зону аппарата, где потоком газа они дробятся на капли и увлекаются газом в совместное восходящее вихревое движение. Далее процесс протекает аналогично тому, как и с мелкозернистым материалом.
В случае использования аппарата в качестве вихревого конденсатора пар, используемый вместо газа, при взаимодействии с жидким материалом, вытекаемым из перфораций 13 трубы 11, конденсируется.
Вихревое движение газового потока в аппарате и его подкрутка с помощью винтового порога 14 интенсифицирует процессы тепломассопереноса и сильно турбулизирует кипящий (псевдоожиженный) слой обрабатываемого газом (паром) мелкозернистого или жидкого материала.
Технико-экономическая эффективность от использования изобретения достигается за счет:
- повышения эффективности тепломассопереноса благодаря тангенциальному расположению патрубка входа газа на корпусе аппарата и наличию винтового порога, усиливающего крутку газового потока и турбулизирующего кипящий слой обрабатываемого материала;
- расширения области использования, что достигнуто благодаря установке в аппарате трубы с патрубком входа жидкого материала на верхнем конце и с перфорациями в нижнем конце, а также установке над корпусом аппарата сепарационной камеры и отсекающего кольца, обеспечивающего предварительное разделение взаимодействующих фаз.