ТЕПЛОМАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ
HEAT EXCHANGER

Изобретение предназначено для проведения тепломассообменных процессов в системе газ-жидкость и может найти применение в химической, нефтехимической, металлургической, энергетической, фармацевтической и пищевой промышленности.
Известен роторно-пленочный тепломассообменный аппарат, содержащий корпус с входным и выходным воздушными патрубками и размещенные в корпусе ротор с приводом, состоящий из закрепленных на горизонтальном валу плоских, параллельно установленных дисков, и рабочую камеру тепло- и массообмена с входным напорным патрубком, нижняя часть которой заполнена жидкостью, в которую погружены диски, причем камера снабжена разделительной перегородкой, а в объеме рабочей камеры содержится дополнительная перегородка, причем обе перегородки выполнены вертикальными, ограничивают объем камеры, обеспечивают установочный уровень жидкости и образуют центральную жидкостную ванну, в емкость которой погружены диски, а в основании рабочей камеры тепло- и массообмена, в горизонтальной плоскости вдоль центральной оси днища жидкостной ванны выполнено центральное треугольное ребро, расположенное параллельно оси горизонтального вала, высота которого ниже высоты установленных вертикально разделительных перегородок и формирует глубину жидкостного контура в зоне погружения дисков, при этом на противоположных торцевых поверхностях жидкостной ванны установлены входной напорный патрубок и выходной патрубок на заданной высоте в соответствии с установочным уровнем заполняемой жидкости, через которые обеспечивается циркуляция рабочей жидкости [см. патент RU 2158393, F24F 3/14, B01D 3/30, 1999].
Недостатком изобретения является невысокая эффективность тепломассообмена, а также возможность капельного уноса жидкости.
Известно устройство для контакта газа и жидкости, содержащее корпус с каналами для ввода и отвода жидкости и газа, барабан с перфорированной боковой стенкой, на которой закреплены радиальные лопатки, установленный с возможностью вращения на полом приводном валу с отверстием, сообщающим полость вала с полостью барабана, и пористый барабан, выполненный с пазами для захода радиальных лопаток и установленный в полости перфорированного барабана соосно ему [см. патент RU 2101642, F28C 3/06, F28F 5/02, 1995].
Недостатком данного контактного устройства является невысокая эффективность тепломассообменных процессов.
Известно контактное устройство для разделения компонентов смеси в ректификационной установке, содержащее цилиндрический корпус с горизонтальной осью, на которой размещен поворотный вал с закрепленной на нем насадкой с развитой поверхностью в виде тонких дисков [см. патент RU 2259859, B01D 3/28, B01D 3/30, 2003]. Нижняя половина корпуса снабжена приемным и переливным карманом с патрубками для подвода и отвода жидкости, а верхняя половина корпуса снабжена патрубками для подвода и отвода пара. Горизонтальный размер карманов и патрубков для подвода и отвода пара равен длине образующей корпуса устройства.
Недостатком устройства является относительно малая удельная площадь поверхности контакта между паром и жидкостью, поэтому для достижения заданной степени разделения необходимо увеличивать количество дисков, что приводит к увеличению габаритов и металлоемкости конструкции. Кроме того, при увеличении производительности устройства по пару происходит срыв частиц жидкости с поверхности пленки, образующейся на обеих сторонах верхней половины каждого диска, и капельный унос жидкости паровым потоком, что негативно сказывается на эффективности разделения.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для тепловой и фазовой регенерации масла, содержащее корпус с каналами подвода охлаждающего воздуха и масляного аэрозоля и отвода масла и воздуха, расположенный в корпусе на полом валу вращающийся барабан с перфорацией на боковой стенке и радиальными лопатками, расположенными на внутренней поверхности по всей длине барабана [см. А.с. СССР №861685, F02C 7/06, F28D 11/02, 1979].
Недостатком этого устройства является невысокая эффективность тепломассообменных процессов вследствие капельного уноса жидкости газовым потоком из-за имеющейся перфорации на боковой стенке барабана.
Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в повышении эффективности тепломассообменных процессов в системе газ-жидкость за счет уменьшения капельного уноса жидкости.
Поставленная задача решается тепломассообменным аппаратом, содержащим корпус с патрубками для подвода и отвода жидкости и газа, расположенный в корпусе на валу вращающийся барабан с радиальными лопатками, расположенными на внутренней поверхности по всей длине барабана. Барабан имеет сплошную боковую стенку и снабжен торцевыми крышками, в которых вокруг вала выполнены радиальные отверстия для прохождения газа и жидкости. Радиальные лопатки изготовлены из листового материала и представляют собой загнутые на две разные по ширине части листа, а отверстия в торцевых крышках барабана выполнены так, чтобы они не перекрывали торцевую часть лопаток.
Техническим результатом изобретения является уменьшение капельного уноса жидкости и, как следствие, повышение эффективности тепломассообменных процессов в системе газ-жидкость.
Сущность изобретения поясняется следующими чертежами:
- на фиг.1 изображен предлагаемый тепломассообменный аппарат - продольный разрез;
- на фиг.2 - разрез А-А по фиг.1;
- на фиг.3 - разрез Б-Б по фиг.1;
- на фиг.4 - вид на торцевую крышку цилиндрического барабана.
Тепломассообменный аппарат включает корпус 1 с размещенным на его горизонтальной оси валом 2, на котором закреплен цилиндрический барабан 3 с торцевыми крышками 4 (фиг.1). В торцевых крышках 4 выполнены равнорасположенные радиальные отверстия 5, предназначенные для прохода контактирующих фаз. На внутренней поверхности барабана 3 равномерно установлены радиальные лопатки 6, длина которых равна длине образующей цилиндра, предназначенные для интенсификации процессов переноса теплоты и массы. Под горизонтальной диаметральной плоскостью корпуса 1 размещены патрубки для подвода 7 и отвода 8 жидкости (фиг.2), а над горизонтальной диаметральной плоскостью - патрубки для подвода 9 и отвода 10 газа (фиг.3). Радиальные лопатки 6, выполненные из листового материала, представляют собой загнутые на две разные по ширине части листа. Радиальные отверстия 5 выполнены таким образом, чтобы они не перекрывали торцевую часть радиальных лопаток 6 (фиг.4).
Предлагаемый тепломассообменный аппарат работает следующим образом.
Жидкость через патрубок 7 заполняет нижнюю часть корпуса 1 и через радиальные отверстия 5, расположенные в торцевых крышках 4, поступает во внутреннюю полость барабана 3 так, чтобы он был наполовину погружен в жидкость, через патрубок 8 жидкость выходит из корпуса 1. Газ через патрубок 9 заполняет верхнюю часть корпуса 1 и через радиальные отверстия 5 поступает в барабан 3, через патрубок 10 газ выходит из корпуса 1. Для обеспечения максимальной пропускной способности жидкости и газа радиальные отверстия 5 выполняют в форме трапеций, сужающихся к валу. Во время работы аппарата при вращении барабана 3 радиальные лопатки 6 захватывают жидкость или газ. Для исключения выхода захваченной жидкости или газа через торцевые крышки 4 радиальные отверстия 5 в торцевых крышках 4 барабана 3 не перекрывают торцевую часть радиальных лопаток 6.
При вращении барабана 3 газ, находящийся внутри лопаток 6, погружается в слой жидкости, где происходит частичное сжатие газа и барботаж вытесненного объема газа через слой жидкости. Когда объем газа станет равным нулю, лопатки 6 захватывают жидкость, которая при дальнейшем вращении барабана 3 стекает в виде пленки на поверхность потока жидкости. Анализируя рабочий процесс прототипа и предлагаемого тепломассообменного аппарата, можно утверждать, что предлагаемый аппарат позволяет проводить тепломассообменные процессы с коэффициентами тепло- и массоотдачи, находящимися, по меньшей мере, на том же уровне, что у прототипа. Для обеспечения максимальной эффективности процесса радиальные лопатки выполняют с образующим углом 30-55°.
Вследствие того, что контакт между газом и жидкостью происходит во внутренней полости барабана, боковая стенка которого в отличие от прототипа выполнена сплошной, наблюдается значительное сокращение капельного уноса жидкости с газовым потоком. При увеличении производительности по газу или жидкости у предлагаемого тепломассообменного аппарата будет наблюдаться значительно меньший капельный унос жидкости по сравнению с прототипом, то есть предлагаемый аппарат будет надежно работать в более широком диапазоне изменения расходов жидкости и газа. Кроме того, отсутствие мелких отверстий на поверхности барабана исключает их засорение, поэтому предлагаемый аппарат в отличие от прототипа обеспечит эффективную работу при наличии загрязнений в газовом или жидком потоках.
Таким образом, уменьшение капельного уноса жидкости при достаточно высокой интенсивности взаимодействия между газом и жидкостью в предлагаемом тепломассообменном аппарате приводит к повышению эффективности тепломассообменных процессов в системе газ-жидкость.