РОТОРНЫЙ МАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ

Полезная модель относится к массообменной аппаратуре, применяемой в пищевой, химической, нефтяной, газовой и других отраслях промышленности, в частности, к роторным аппаратам без введения извне механической энергии.
Известен роторный массообменный аппарат (авторское свидетельство СССР №1556705), состоящий из полого ротора, внутри которого установлен закрепленный в центре крестовины плоский, переходящий в разбрызгивающий диск с гофрами, вращающийся вокруг неподвижной оси, расположенной в горловине неподвижной тарелки, имеющей радиальные переливные трубы, концы которых вмонтированы в центральный патрубок с отбойником.
Неподвижные тарелки и ротор установлены в цилиндрический корпус аппарата. Диск установлен таким образом, что одна гофра по отношению к горизонтальной плоскости вращения попеременно направлена выпуклостью вверх, другая - выпуклостью вниз.
К недостаткам устройства относятся сложность конструкции для промышленного изготовления полого диска с соплами, а также размещенного в нем разбрызгивающего диска с гофрами, необходимость наличия неподвижных тарелок, переливных труб и центральных переливных патрубков. Наличие малых диаметров сопел и переливных труб обеспечивают разделение только чистых смесей, снижает величину предельных скоростей взаимодействующих фаз.
Прототипом полезной модели является роторный массообменный аппарат (патент на полезную модель №101373), содержащий цилиндрический корпус, ротор, выполненный с поэтажно расположенными контактными элементами, закрепленными на оси вращения. Контактные элементы выполнены в виде направляющих пластин, имеющих криволинейную поверхность и установленные под углом к горизонтальной плоскости, при этом пластины расположены равномерно по окружности выпуклостями вверх по отношению к горизонтальной плоскости и установлены таким образом, что пластины перекрывают одна другую с образованием зазора между ними, кроме того между контактными элементами на оси вращения закреплена дистанционная втулка для регулирования расстояния между ними. Пластины установлены в горизонтальной плоскости под углом 15-25°.
Недостатком данного устройства является значительное снижение его эффективности при увеличении диаметра аппарат, необходимого при возрастании его производительности.
Задачей полезной модели является разработка устройства, надежно и эффективно работающего при больших нагрузках по газовой и жидкой фазам, позволяющего обеспечить расширение диапазона производительности устройства при сохранении эффективности массообмена.
Техническим результатом является увеличение пропускной способности аппарата.
Технический результат достигается тем, что роторный массообменный аппарат, содержащий цилиндрический корпус, ротор, выполненный из поэтажно расположенных контактных элементов, в виде направляющих пластин, имеющих криволинейную поверхность и установленных под углом 15-25° к горизонтальной плоскости, пластины расположены равномерно по окружности выпуклостями вверх по отношению к горизонтальной плоскости и перекрывают одна другую с образованием зазора между ними, между контактными элементами на оси вращения закреплена дистанционная втулка для регулирования зазора между ними, при этом внутри корпуса установлены параллельно друг друга секции, в каждой из которых расположен ротор, а основания секций выполнены в виде усеченного конуса с уклоном книзу, при этом соотношение диаметров верхнего и нижнего сечения конуса составляет а:b равно 0,75.
При этом количество секций в корпусе не менее двух.
В нижней части аппарата находятся направляющие конуса, установленные соосно неподвижных осей вращения контактных элементов каждой из секций, обеспечивающие равномерность распределения потока, что увеличивает пропускную способность аппарата. Количество секций определяется требуемой производительностью, но не менее двух.
Применение контактных элементов малого диаметра, вращающихся под действием парового (газового) потока и располагаемых в отдельных секциях в корпусе аппарата большего диаметра позволяет увеличить производительность аппарата при сохранении высокой эффективности массообмена.
На фиг. 1 показан продольный разрез предлагаемого аппарата, на фиг. 2 показан поперечный разрез аппарата.
Роторный массообменный аппарат состоит из цилиндрического корпуса 1, внутри которого расположены секции 2. В каждой из них установлены контактные элементы 3, закрепленные на осях вращения 4. Контактные элементы 3 выполнены в виде направляющих пластин, имеющих криволинейную поверхность и установленных под углом 15-25° к горизонтальной плоскости, при этом пластины расположены равномерно по окружности выпуклостями вверх по отношению к горизонтальной плоскости и установлены таким образом, что пластины перекрывают одно другую с образованием зазора между ними, кроме того между контактными элементами на оси вращения закреплена дистанционная втулка для регулирования расстояния между ними. Основания секций 2 выполнены в виде усеченного конуса 5 с уклоном книзу, при этом соотношение диаметров верхнего и нижнего сечения конуса составляет а:b равно 0,75. Количество секций 2 определяется требуемой производительностью, но не менее двух.
Роторный массообменный аппарат работает следующим образом.
Пар (газ) поступает в цилиндрический корпус 1 снизу через основания секций 2, выполненных в виде усеченного конуса 5 с уклоном книзу, при этом соотношение диаметров верхнего и нижнего сечения конуса составляет a:b равно 0,75, обеспечивающих равномерное распределение парового (газового) потоков по секциям 2.
Сверху подается в каждую секцию 2 жидкость. Пар, поступающий в секцию 2, попадает в суживающееся пространство между контактными элементами 3, выполненными в виде направляющих пластин, имеющих криволинейную поверхность, установленных под углом 15-25° к горизонтальной плоскости и перекрывающих одна другую с образованием зазора между ними, для регулирования зазора на оси вращения закреплена дистанционная втулка. За счет перепада давлений в сечениях между направляющими пластинами до и после них образуются пары реактивных сил, вращающие контактные элементы 3 относительно неподвижных осей секций 2.
Центробежная сила, возникающая в результате вращения контактных элементов, отбрасывает стекающую жидкость сверху жидкость. В результате этого жидкость под действием сил межфазного трения получает вращательное движение. В каждом контактном элементе образуются вращающиеся кольца паро(газо)-жидкостной эмульсии, в которых происходит интенсивный массообмен.
Вращение фаз в зоне контакта однонаправленное, что позволяет достичь высоких скоростей парового (газового) потока. При этом противоточного движения фаз по аппарату в целом сохраняется.
Заявленная конструкция роторного массообменного аппарата по сравнению с прототипом позволяет:
- повысить производительность аппарата по газовой (паровой) и жидкой фазам при высокой разделяющей способности;
- снизить металлоемкость и габариты конструкции;
- увеличить пропускную способность аппарата в зависимости от количества работающих секций.