БАРБОТАЖНО-ВИХРЕВОЙ АППАРАТ С КОНИЧЕСКИМ ЗАВИХРИТЕЛЕМ
BUBBLING-SWIRLING APPARATUS WITH CONICAL SWIRLER

Изобретение относится к устройствам для мокрой очистки газовых выбросов и может быть использовано в химической, нефтяной и других отраслях промышленности.
Известно устройство для мокрой очистки газа, содержащее циклон, цилиндрическую камеру, форсунки, завихритель газового потока, представляющий собой пару пересекающихся плоскостей, образующих четыре лопасти, имеющие на входном участке поверхности плоской прямоугольной формы, постепенно переходящие в параболическую, причем лопасти формируют проточные секции и изогнуты так, что большей стороной касаются внутренней поверхности камеры и жестко прикреплены к ней по всей длине (Патент РФ №2316383, МКИ В01D 47/06, 2002. Бюл. №15).
Недостаток этого устройства заключается в низкой эффективности газоочистки в связи с тем, что в проточных секциях завихрителя не обеспечивается необходимого уровня вращательных скоростей потока, и возникающие при этом центробежные силы не достаточны для проведения эффективного процесса газоочистки.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для мокрой очистки газа, содержащее циклон, цилиндрическую камеру с входной трубой, трубу перетока шлама в шламосборник, осевой ороситель, перфорированный по всей длине отверстиями малого диаметра и заглушенный с выходного конца. При этом к оросителю жестко прикреплены лопасти завихрителя, формирующие проточные секции (Патент РФ №2316383, МКИ В01D 47/06, 2008. Бюл. №4, прототип).
Недостаток этого устройства заключается в малой поверхности межфазного обмена, что препятствует рациональному использованию рабочего объема устройства и снижает эффективность газоочистки.
Изобретение направлено на интенсификацию процесса газоочистки за счет более эффективного использования рабочего объема устройства и увеличения поверхности контактирующих фаз.
Указанная задача решается за счет того, что в барботажно-вихревом аппарате для мокрой очистки газа, содержащем циклон, цилиндрическую камеру с входной трубой, трубу перетока шлама в шламосборник, осевой ороситель, перфорированный по всей длине отверстиями малого диаметра и заглушенный с выходного конца, завихрители, в отличие от прототипа цилиндрическая камера снабжена пластинами, установленными вертикальными рядами по ходу газового потока, а завихрители расположены на поверхности пластин в шахматном порядке и выполнены в виде полых усеченных конусов, большим основанием лежащих в плоскости пластин, причем поверхность усеченных конусов профилирована по конической спирали, а пластины установлены с образованием зигзагообразного канала для прохождения газового потока.
Технический результат, обеспечиваемый барботажно-вихревым аппаратом с коническим завихрителем, выражается в увеличении поверхности контактирующих фаз, за счет чего более эффективно используется рабочий объем устройства.
Это достигается посредством установки в цилиндрической камере ряда вертикальных пластин, которые установлены с образованием зигзагообразного канала для прохождения газового потока. Газ проходит через зазоры между пластинами, многократно меняя свое направление, что приводит к дроблению газожидкостного потока, обновлению поверхности контактирующих фаз и интенсификации процесса газоочистки. При этом в закрученный поток поступает жидкость из осевого оросителя, происходит высокоинтенсивный контакт фаз снаружи и внутри конических завихрителей, что повышает эффективность процесса газоочистки и позволяет более рационально использовать рабочий объем устройства. Расположение конических завихрителей в шахматном порядке позволяет увеличить поверхность межфазового обмена, не увеличивая при этом габаритных размеров устройства.
Сущность изобретения поясняется чертежами:
на фиг.1 - общий вид барботажно-вихревого аппарата с коническим завихрителем; на фиг.2 - конический завихритель.
Барботажно-вихревой аппарат с коническим завихрителем в соответствии с фиг.1 и 2 содержит цилиндрическую камеру 1 с входной трубой 2, осевой ороситель 3, перфорированный отверстиями малого диаметра 4 и заглушенный с выходного конца. Цилиндрическая камера 1 снабжена вертикальными пластинами 5, которые установлены с образованием зигзагообразного канала 6 для прохождения газового потока. Завихрители выполнены в форме полых усеченных конусов 7, большим основанием лежащих в плоскости пластин 5. Поверхность усеченных конусов профилирована по конической спирали. Цилиндрическая камера 1 присоединена с наклоном к циклону 8 с учетом стока шлама при помощи фланцев 9. Угол наклона цилиндрической камеры 1 подобран опытным путем в пределах 5-8°, достаточным для отвода шлама. Отвод дисперсных частиц осуществляется при помощи трубы перетока шлама 10 в шламосборник 11. Жидкость на орошение поступает по штуцеру ввода орошающей жидкости 12.
Барботажно-вихревой аппарат работает следующим образом. Запыленный газ подается в цилиндрическую камеру 1 по входной трубе 2. Одновременно в осевой ороситель 3 поступает орошающая жидкость по штуцеру ввода орошающей жидкости 12, которая диспергирует по всему объему цилиндрической камеры из отверстий оросителя. Газ, содержащий твердые и газообразные примеси, движется вдоль стенок цилиндрической камеры 1 и разделяется с помощью завихрителя на потоки. Газовые потоки проходят в зазоры между пластинами 5, многократно меняя свое направление, что приводит к дроблению жидкости и интенсификации процесса межфазового обмена. В зазорах между пластинами происходит интенсивное столкновение частиц с каплями орошающей жидкости, что способствует улавливанию мелкодисперсных примесей.
Профилирование завихрителя 7 по конической спирали одновременно с закруткой потока снижает возможность отрыва дисперсных частиц и уноса их в выходную трубу. Таким образом, капли жидкости с мелкодисперсными частицами со значительно меньшими потерями уноса достигают шламосборника 11.
Отделившийся шлам смывается жидкостью и при помощи наклона цилиндрической камеры 1 транспортируется по трубе перетока шлама 10 в шламосборник 11.
Последующее разделение суспензии происходит в циклоне 8, откуда шлам также поступает в шламосборник 11.
Аппарат испытан в лабораторных условиях для очистки воздуха от пыли талька диаметром частиц 1,5 мкм.
В цилиндрической камере диаметром 1,1 м и длиной 1 м был установлен осевой ороситель, перфорированный отверстиями диаметром 0,005 м.
Завихрители выполнены в форме усеченного конуса с соотношением оснований r/R=0,6 и высотой h=0,2 м. Шаг между пластинами принимался равным 0,25h.
Поверхность усеченных конусов профилирована по конической спирали, описываемой уравнениями:
kφ
x=a·e·cosφ,
kφ
у=а·e·sinφ,
kφ
z=b·e.
Для данной формы поверхности z=200 мм, х=у=120 мм.
Потери газа при скорости его движения 18 м/с составляют не более 1,2 кПа. Эффективность очистки газа достигается в пределах 95÷97%.
Предлагаемый барботажно-вихревой аппарат с коническим завихрителем позволяет повысить эффективность газоочистки и улучшить защиту окружающей среды.