ЦЕНТРОБЕЖНОЕ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЖИДКОСТИ

Заявленное техническое решение относится к распределителям жидкости массообменных колонн и может быть использовано в различных отраслях химической, нефтехимической, пищевой и фармацевтической промышленности, где требуется равномерное распределение жидких сред по сечению аппарата.
Из предшествующего уровня техники известны конструкции центробежных распределительных устройств (Пажи Д.Г., Корягин А.А., Ламм Э.А. Распыливающие устройства в химической промышленности, М, «Химия», 1975, 200 стр.), в которых распылитель жидкости выполнен в форме диска.
Технический результат данным устройством не может быть достигнут, так как дисковый распылитель не обеспечивает распределение жидкости по всему сечению аппарата и вращение диска создается с помощью электродвигателя.
Известна конструкция распределительного устройства типа сегнерова колеса с радиальной регулируемой щелью и активной турбиной (Олевский В.М. и др. Пленочная тепло- и массообменная аппаратура. М.: Химия, 1988, с. 76-77). Данная конструкция состоит из кольцевого канала для подвода жидкости к радиальным лопастям турбины, двух распределительных и двух главных каналов, направленных в противоположные стороны от оси вращения и имеющих регулируемые щелевые отверстия.
Технический результат данным устройством не может быть достигнут, так как равномерность распределения жидкости по всему сечению аппарата не обеспечивается из-за того, что жидкость истекает через щели, направленные в противоположные стороны относительно оси вращения (под углом 180°С). Вследствие того, что радиус приложения силы в активной турбине мал, создается и малый крутящий момент. Это приводит к неравномерному распределению жидкости по всему объему аппарата.
Известна конструкция центробежного устройства для контактирования газа с жидкостью для проведения массообменных процессов (Патент RU 2257934, МПК B01D 3/30, 2005), протекающих в центробежном поле. Устройство содержит вертикальный цилиндрический корпус и установленные в нем по высоте контактные горизонтальные перегородки с переливными отверстиями, под каждым из которых расположен заглушенный снизу и жестко закрепленный на вращающемся валу разбрызгивающий жидкость цилиндр, в котором переливные отверстия в смежных контактных перегородках смещены относительно друг друга с образованием в корпусе каскада для жидкости. В контактных перегородках выполнены проходные отверстия для вращающихся валов. Разбрызгивающие жидкость цилиндры выполнены сетчатыми.
Технический результат данным устройством не может быть достигнут, так как посредством распыливания и разбрызгивания жидкости в газовом потоке, а также контакта в тонкой пленке жидкости во внутренней части пленочного цилиндра не обеспечивается равномерность орошения жидкости вследствие перекрытия зон цилиндрами и валами.
Известен распылитель дисковый (Патент RU 2460589, МПК В05В 3/12, 2012), содержащий корпус с внутренней камерой, в которой закреплены сопла, причем каждое из сопел содержит полый цилиндрический корпус, который состоит из цилиндрической части с внешней резьбой для подсоединения к штуцеру распределительного трубопровода, подводящего жидкость, конической переходной части и цилиндрической части с большим размером диаметрального сечения, и с внутренней резьбовой поверхностью, а соосно корпусу в его нижней части закреплено сопло, образованное цилиндрической поверхностью с внешней резьбой, взаимодействующей с цилиндрической частью корпуса, при этом цилиндрическая поверхность сопла переходит в коническую поверхность и замыкается торцевой, перпендикулярной оси корпуса, глухой перегородкой, с жиклером в ее центре, выполненным осесимметричным соплу и состоящим из цилиндрического и конического дроссельных отверстий, соединенных последовательно, причем больший диаметр конического отверстия расположен на глухой перегородке сопла, при этом корпус и сопло образуют три соосных между собой внутренних цилиндрических камеры, а на сопле со стороны, противоположной подводу жидкости, выполнен дополнительный ряд жиклеров, которые образованы по крайней мере тремя парами взаимно перпендикулярных вертикальных каналов для прохода жидкости и горизонтальных каналов, которые пересекаются на конической боковой поверхности сопла и образуют выходные отверстия каждого из жиклеров, при этом парные каналы расположены под прямым углом друг к другу в продольных плоскостях корпуса, а коническая боковая поверхность сопла выполнена с углом при вершине, равным 90°.
Технический результат данным устройством не может быть достигнут, так как вследствие сложности конструкции трудно обеспечить равномерную подачу распределяемой жидкости к каждому соплу, что не позволяет получить равномерное распределение ее по всему сечению колонны.
В известном центробежном распылителе жидкости (Патент RU 2449840, МПК В05В 3/12, 2012), содержащем устройство загрузки, распылительную насадку, на боковой поверхности которой выполнены отверстия, расположенные горизонтальными рядами, распылительная насадка представляет собой усеченный конус, размещенный меньшим основанием вниз и диаметр отверстий в рядах увеличивается от нижнего ряда к верхнему.
Технический результат данным устройством не может быть достигнут, так как энергия на распыление жидкости подводится от электродвигателя, что увеличивает энергозатраты.
Известен центробежный распылитель жидкости (Патент RU 2449839, МПК В05В 3/12, 2012), содержащий устройство загрузки, распылительную насадку, в которой размещены сопловые трубки с каналами при этом сопловые трубки расположены горизонтальными рядами и их длина в рядах меняется от нижнего ряда к верхнему, причем каналы в сопловых трубках имеют переменную в сечении форму - от цилиндрической в месте крепления трубок к прямоугольной на краю.
К недостаткам данного центробежного распылителя следует отнести сложность конструкции, невысокое качество распыла и неравномерность распределения объемной плотности капель по сечению аппарата.
Наиболее близким по конструкции распределителем жидкости (Патент RU 158009, МПК B01D 53/18, 2015), выбранным в качестве прототипа, является центробежное распределительное устройство, в котором распределитель выполнен в виде полого перевернутого усеченного конуса, установленного на двух соосных опорах, жестко закрепленных на крестовинах, отверстия выполнены по всей поверхности распределителя по многозаходной спирали, а радиальные лопатки и наклонные лопатки установлены с возможностью изменения угла наклона к горизонтальной поверхности распределителя причем вращение распределителя создается за счет потока жидкости орошения и восходящего потока газа в колонне.
Технический результат может быть достигнут только частично, так как нижняя часть конического распределителя занята опорой, что ухудшает орошение центральной зоны колонны, следовательно нарушает равномерность распределения жидкости и снижает эффективность работы колонны.
Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, заключается в разработке центробежного распределительного устройства жидкости, обеспечивающего равномерное распределение жидкости по сечению устройства, что обеспечивает эффективность работы насадочных аппаратов.
Техническим результатом предлагаемой конструкции центробежного распределительного устройства жидкости является повышение эффективности массообменных аппаратов, в которых они применяются, а также снижение энергозатрат на вращение распределителя за счет использования энергии входящего потока жидкости и внутреннего потока газа.
Технический результат достигается при использовании центробежного распределительного устройства для жидкости, включающего вращающийся распределитель, установленный на опоре, жестко закрепленной на крестовине, с отверстиями для орошающей жидкости, снабженный по периферии внутренней части радиальными лопатками, и расположенными по внешнему контуру наклонными лопатками, установленными с возможностью изменения угла наклона к основанию распределителя, при этом распределитель выполнен в виде двух вложенных один в другой усеченных конусов, жестко соединенных кольцевыми перфорированными дисками, причем отверстия для орошающей жидкости на внутреннем конусе расположены выше наружного усеченного конуса, а наружный усеченный конус выполнен с отверстиями по всей поверхности, и снабжен жестко закрепленным центральным распределителем в виде перфорированного перевернутого стакана, с жестко закрепленной на нем опорой.
Разработанная конструкция центробежного распределительного устройства для жидкости, в котором распределитель выполнен в виде двух усеченных конусов, вложенных один в другой, причем внутренний конус имеет отверстия только в верхней части - выше наружного усеченного конуса, а наружный усеченный конус имеет отверстия по всей поверхности, включая его дно, что обеспечивает равномерный подъем жидкости по внутренней поверхности наружного усеченного конуса, приводит к увеличению поверхности контакта газовой и жидкой фаз и, соответственно, повышает эффективность работы устройства. При этом установка жестко закрепленного центрального распределителя, имеющего форму перевернутого стакана с отверстиями по всей поверхности, в центре дна наружного конуса, позволяет интенсивнее орошать центральную часть сечения колонны, что также повышает эффективность работы устройства.
На схеме представлен общий вид конструкции центробежного распределительного устройства для жидкости в разрезе.
Центробежное распределительное устройство для жидкости включает вращающийся распределитель 1, установленный на опоре 2, жестко закрепленной на крестовине 3. Распределитель 1 выполнен в виде двух вложенных один в другой усеченных конусов - внутреннего 4 и наружного 5 - жестко соединенных кольцевыми перфорированными дисками 6, 7. На конусах 4 и 5 выполнены отверстия для орошающей жидкости. Отверстия 8 для орошающей жидкости на внутреннем конусе 4 расположены выше наружного усеченного конуса 5, а отверстия 9 на наружном усеченном конусе выполнены по всей поверхности. Наружный усеченный конус 5 снабжен жестко закрепленным центральным распределителем 10, выполненным в виде перфорированного перевернутого стакана, с жестко закрепленной на нем опорой 2.
Внутренний усеченный конус 4 снабжен по периферии внутренней части радиальными лопатками 11, и расположенными по внешнему контуру наклонными лопатками 12, установленными с возможностью изменения угла наклона к основанию распределителя. Подвод жидкости осуществляется тангенциально из трубы питания 13.
Радиальные штанги 14 крестовины 3, выполнены телескопическими. Радиальные лопатки 11 целесообразно устанавливать перпендикулярно к входящему потоку жидкости, а при разделении одного входящего потока на два потока предпочтительно ориентировать их во взаимно противоположных направлениях. Крестовина 3 установлена для усиления жесткости распределителя.
Распределитель 1 с жестко закрепленной опорой 2 на центральном распределителе 10, устанавливается во втулке 15 и удерживается с помощью гайки с шайбой 16 и подшипника 17.
Центробежное распределительное устройство для жидкости работает следующим образом. Жидкость из трубы питания 14 тангенциально поступает на радиальные лопатки 11 распределителя 1, из которого через отверстия 8 для орошающей жидкости, в виде струй под действием центробежных сил, возникающих при вращении распределителя 1, вытекает под определенным углом и разбрызгивается по периферийным зонам аппарата. Вращение распределителя 1 усиливается за счет восходящего потока газа (пара), попадающего на наклонные лопатки 12 внешнего контура. Жидкость по стенке внутреннего конуса 4 стекает в нижнюю часть наружного конуса 5, откуда часть жидкости через отверстия центрального распределителя 10 разбрызгивается в центральную зону аппарата, другая часть жидкости поднимается по стенке наружного конуса 5, обеспечивая равномерное орошение жидкости по сечению колонны.
Траектория полета струи жидкости определяется диаметром струи, скоростью полета, которая зависит от числа оборотов распределителя, а также расположением отверстия над поверхностью насадки.
Таким образом, предлагаемая конструкция центробежного распределительного устройства для жидкости позволяет увеличить поверхность контакта и обеспечить равномерное контактирование фаз, что повышает эффективность массообмена, а использование энергии входного потока жидкости позволяет снизить энергозатраты на вращение распределителя.