ДВУХРОТОРНЫЙ МАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ
TWO-ROTOR MASS EXCHANGE APPARATUS

Изобретение относится к конструкциям роторных массообменных аппаратов и может быть использовано в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, в частности для химического взаимодействия жидкости и газа, проведения процессов тепломассообмена, абсорбции и газоочистки.
5
В а.с. №1818137 (SU МПКB01D 47/16, опубл. 30.05.93.) описан аппарат роторного типа, который снабжен щелевым оросителем, размещенным на патрубке ввода газа; сетчатым барабаном, размещенным параллельно оси между корпусами центрального шнека и аппарата, жестко связанным с концом вала шнека, противоположным концу вала шнека с приводом; шнеками размещенными перпендикулярно оси центрального шнека на крестовине; шнеками, размещенными параллельно оси между корпусом центрального шнека и внутренней цилиндрической поверхностью сетчатого барабана на консолях, закрепленных на корпусе центрального шнека. На наружной цилиндрической поверхности и торце сетчатого барабана закреплены щетки в виде гибких нитей, при этом сетчатый барабан и шнеки установлены с возможностью вращения вокруг своих осей. Поверхность корпуса центрального шнека на длине, ограниченной сетчатым барабаном, выполнена перфорированной с открытым торцом. Шнеки, размещенные между корпусом центрального шнека и внутренней цилиндрической поверхностью сетчатого барабана, выполнены противоположной навивки центральному шнеку и снабжены дисками, на поверхности которых закреплены щетки в виде гибких нитей со стороны внутренней поверхности торца сетчатого барабана, а открытый торец сетчатого барабана погружен в жидкость.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности очистки и надежности работы.
Недостатки известного изобретения заключаются в сложной конструкции и материалоемкости аппарата.
6
Из патента №2032442 (RU МПК B01D 3/30, опубл. 10.04.95.) известен тепломассообменный аппарат, который содержит вертикальный корпус, раздельный по высоте на секции, вал с закрепленным на нем распределителем жидкости и контактными устройствами. Последние выполнены из установленных горизонтально сетчатых дисков и сгруппированных в пачки по несколько дисков в каждой секции. Каждая секция выполнена в виде усеченных конусов, обращенных меньшими основаниями вниз.
Техническим результатом является увеличение поверхности контакта фаз и времени контактирования газа с жидкостью, а также изменение режима подачи жидкости или скорости вращения дисков.
Недостатки известного аппарата заключаются в его сложной конструкции и материалоемкости.
5
Известен (патент №1837944 SU МПК B01D 47/16, опубл. 30.08.93.) аппарат, который содержит корпус, патрубки входа и выхода газа, шламосборник, патрубок для подачи жидкости и ротационный сепаратор в виде укрепленных на валу дисков с гофрами, конфузорно-диффузорные каналы. Гофрированные диски установлены на валу таким образом, что диски с тангенциальными гофрами чередуются с дисками с концентрическими гофрами. Очищаемому газу сообщается тангенциальная составляющая скорости при прохождении им конфузорно-диффузорных каналов, что обеспечивает вращение сепаратора энергией очищаемого газа и увеличение пути очистки газа в сепараторе.
Технический результат заключается в упрощении конструкции, повышении надежности и улучшении габаритно-массовых показателей.
Недостатками известного устройства является резкое снижение эффективности аппарата при малых расходах газа и плохая управляемость процессом.
Наиболее близким (прототип) по технической сущности и достигаемому результату является двухроторный массообменный аппарат (Игнатьев М.А. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук «Скорость диссипации энергии в двухроторном аппарате при перемешивании газожидкостных сред», 2007 г.), который состоит из корпуса с патрубками для подвода и отвода газовой и жидкой фазы, параллельных вертикальных валов, вращающихся в подшипниках качения, на которых находятся контактные элементы - перфорированные диски, расположенные таким образом, что диски одного вала врезаются в междисковые пространства другого вала.
Взаимодействующие фазы подводят в аппарат противоточно. Жидкость, подаваемая через верхний горизонтальный штуцер на перфорированный диск, под действием центробежных сил и силы тяжести перебрасывается с верхнего контактного элемента на нижний, расположенный на соседнем валу. Газ, подаваемый снизу через нижний вертикальный штуцер, проходит сквозь перфорацию в контактных элементах и жидкость.
Аппарат позволяет интенсифицировать массообменные процессы. Достоинства известного аппарата заключаются в простоте конструкции контактных элементов и их хорошей омываемости жидкостью.
Конструкция данного аппарата не позволяет обеспечить высокую интенсивность процесса массопередачи и эффективную очистку, а также сократить брызгоунос.
Задачей патентуемого технического решения является расширение ассортимента обладающих хорошей селективностью и высокими эксплуатационными характеристиками роторных массообменных аппаратов, которые обеспечивают оптимальное воздействие на среду.
Технический результат от реализации предлагаемого изобретения заключается в повышении интенсивности процесса массопередачи, предотвращении брызгоуноса и ограничении роста пены, повышении эксплуатационных характеристик аппарата.
Решение поставленной задачи и достижение заявляемого технического результата от реализации двухроторного массообменного аппарата, включающего корпус с патрубками для подвода и отвода газовой и жидкой фаз, параллельные вертикальные снабженные контактными элементами (перфорированные диски) вращающиеся в подшипниках качения валы, расположенные с возможностью вхождения дисков одного вала в междисковые пространства другого вала, обеспечивают тем, что валы консольно закреплены в корпусе 8-образного сечения, а выше патрубка (штуцера) подвода жидкости дополнительно снабжены перфорированными дисками, перекрывающими сечение аппарата, который дополнительно оборудован барботером с расположенной на его поверхности мембраной однонаправленной проницаемости, а общая площадь перфораций в дисках составляет 60-80%.
Сопоставительный анализ прототипа и заявляемого изобретения показывает, что общими конструктивными признаками являются корпус с патрубками для подвода и отвода газовой и жидкой фаз, параллельные вертикальные снабженные контактными элементами (перфорированные диски) вращающиеся в подшипниках качения валы, расположенные с возможностью вхождения дисков одного вала в междисковые пространства другого вала.
Отличительной особенностью заявляемого изобретения является то, что валы консольно закреплены в корпусе, выполненном в сечении в виде восьмерки, а выше патрубка (штуцера) подвода жидкости дополнительно снабжены перфорированными дисками, перекрывающими сечение аппарата, который дополнительно оборудован барботером с расположенной на его поверхности мембраной однонаправленной проницаемости, а общая площадь перфораций в дисках составляет 60-80%.
Предлагаемое изобретение поясняется следующими чертежами, на которых изображен заявляемый двухроторный массообменный аппарат.
На фиг.1 представлен общий вид; на фиг.2 - вид А-А на фиг.1.
Заявляемый аппарат состоит из корпуса 1, на котором выполнены патрубок 2 для подвода газовой фазы, патрубок 3 для подвода жидкой фазы, патрубок 4 для отвода газовой фазы и патрубок 5 для отвода жидкой фазы. В корпусе 1 выполнены роторы - два консольно закрепленных вала 6, которые снабжены контактными элементами - перфорированными дисками 7. Причем верхние диски на каждом валу расположены выше патрубка 3 подвода жидкости. Такое расположение обеспечивает предотвращение брызгоуноса и ограничение роста пены. Остальные диски размещены ниже патрубка 3 на равном расстоянии друг от друга.
Расстояние между дисками (междисковые пространства) подобрано достаточным для обеспечения образования развитой динамической и постоянно обновляемой поверхности массообмена, а валы расположены таким образом, что обеспечивают возможность вхождения дисков одного вала в междисковые пространства другого вала. Патрубок 2 для подвода газовой фазы соединен с барботером 8, на котором выполнена мембрана 9 однонаправленной проницаемости.
Конструктивные особенности патентуемого аппарата обеспечивают область интенсивного перемешивания. При этом области между перфорированными дисками создают ступени контакта с КПД 40-60%.
Аппарат работает следующим образом. Жидкость подают через верхний горизонтальный патрубок (штуцер) 3, расположенный ниже перекрывающих сечение аппарата верхних перфорированных дисков 7. Поток жидкости поступает на следующий за ними перфорированный диск. После чего под действием центробежных сил и силы тяжести жидкость поступает с данного контактного элемента на следующий диск, расположенный на соседнем валу. Подвод жидкости под перекрывающие сечение аппарата диски предотвращает брызгоунос и ограничивает рост пены в аппарате. Поступление жидкости с верхнего контактного элемента на нижний, расположенный на соседнем валу, обеспечивает принудительный ток жидкости по направлению от периферии к центру и вниз аппарата. Отработанную жидкость отводят через нижний вертикальный патрубок (штуцер) 5, связанный со статическим гидрозатвором. Газ подают снизу через нижний вертикальный патрубок (штуцер) 2. Затем газ проходит через барботер 8 и через мембрану 9, далее он проходит сквозь перфорацию в контактных элементах и жидкость. Отверстия барботера выполнены таким образом, что позволяют удерживать столб жидкости в спокойном состоянии за счет сил поверхностного натяжения и обеспечивают равномерное распределение газа по сечению аппарата. Газ выводят из аппарата через верхний вертикальный патрубок (штуцер) 4.
Реализация изобретения позволяет предотвратить брызгоунос и ограничить рост пены в аппарате, повысить поверхность контакта фаз, еще более интенсифицировать массообменные процессы за счет образования развитой динамической и постоянно обновляемой поверхности массообмена и интенсивного перемешивания газожидкостного слоя.