Патент на изобретение №2342968

(54) РОТОРНЫЙ РАСПЫЛИТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ

(57) Реферат:

Аппарат предназначен для проведения процессов упаривания и ректификации термолабильных смесей под вакуумом, абсорбции газов с низкой потенциальной энергией в пищевой, химико-фармацевтической, химической и других отраслях промышленности. Аппарат содержит корпус, секционированный по высоте сливными тарелками с газоходами. В газоходах неподвижных тарелок установлены направляющие лопатки под углом 13…15° к горизонтальной плоскости. Пристенный каплеотбойник содержит пластины, которые установлены у стенки корпуса по винтовой линии с углом подъема 13…15° по направлению движения газа (пара) на высоту факела диспергированной распылителем жидкости и направлены вверх под углом 20…30° к касательной, проведенной к окружности распылителя. Шаг установки пластин составляет (0,3…0,5) их ширины. Изобретение обеспечивает повышение предельной нагрузки по газу (пару), снижение брызгоуноса и гидравлического сопротивления. 2 ил.

Изобретение относится к конструкциям тепломассообменных аппаратов для систем газ (пар) – жидкость и может быть использовано для проведения процессов упаривания и ректификации термолабильных смесей под вакуумом, абсорбции газов с низкой потенциальной энергией в пищевой, химико-фармацевтической, химической и других отраслях промышленности.

Известна роторная массообменная колонна [1], содержащая цилиндрический корпус с патрубками ввода и вывода фаз, со смонтированными в ней сливными тарелками, распылителями жидкости и каплеуловителями в виде пластин, расположенных у стенки корпуса, которые установлены с перекрытием друг друга под углом 1-30° к направлению вектора абсолютной скорости потока диспергированной распылителем жидкости.

Недостатками данного технического решения являются: перекрестный характер взаимодействия контактирующих фаз газа (пара) и жидкости; несовершенство конструкции пристенного каплеотбойника. Эти недостатки снижают предельную нагрузку по газу (пару) и эксплуатационные характеристики аппарата.

Наиболее близким по техническому решению является роторный распылительный аппарат [2], содержащий корпус, секционированный по высоте сливными тарелками с газоходами, на которых находятся распылители, жестко связанные с валом, проходящим по оси аппарата и выполненные в виде перфорированных цилиндров, снабженных заборными устройствами, пристенные каплеотбойники, выполненные в виде вертикально установленных металлических пластин, в газоходах сливных тарелок установлены направляющие лопатки под углом 3…9° к горизонтальной плоскости, а отверстия на поверхности перфорированных цилиндров размещены по образующим, наклоненным под углом 3…9° к горизонтальной плоскости.

Недостатками данного технического решения являются: небольшой угол установки направляющих лопаток в газоходах; вертикальное расположение пластин пристенного каплеотбойника. Эти недостатки снижают предельную нагрузку по газу (пару) и эксплуатационные характеристики аппарата.

Задачей технического решения является повышение предельной нагрузки по газу (пару), снижение брызгоуноса и гидравлического сопротивления и повышение эксплуатационных характеристик аппарата.

Указанная задача достигается тем, что направляющие лопатки в газоходах неподвижных тарелок установлены под углом 13…15° к горизонтальной плоскости, пристенные каплеотбойники, выполненные в виде металлических пластин, установлены у стенки корпуса по винтовой линии с углом подъема 13…15° на высоту факела диспергированной распылителем жидкости и направлены вверх под углом 20…30° к касательной, проведенной к окружности распылителя, шаг установки пластин составляет (0,3…0,5) их ширины.

На фиг.1 представлен роторный распылительный аппарат, вертикальное сечение; на фиг.2 – сечение газохода.

Роторный распылительный аппарат содержит вал 1, цилиндрический корпус 2, распылитель жидкости 3, газоходы 4, установленные в сливной тарелке 5, переточные трубы 6, направляющие лопатки 7, пристенный каплеотбойник 8.

Распылитель 3 состоит из заборного устройства в виде двух коаксиальных цилиндров, между которыми размещены заборные лопатки, в верхней части распылителя установлено диспергирующее устройство в виде перфорированного цилиндра. Сливная тарелка 5 представляет собой диск, на котором установлены в виде коаксиальных цилиндров газоходы 4. В свободном сечении газоходов установлены направляющие лопатки 7. Газоходы делят сливную тарелку на периферийную часть, расположенную у корпуса аппарата, и центральную часть – питающую чашу. Переточные трубы 6 соединяют периферийную и центральную части тарелок. Пристенный каплеотбойник 8 представляет собой набор наклонно установленных у корпуса 2 пластин с углом подъема 13…15° по направлению движения газа (пара) в аппарате. Плоскости пластин направлены вверх под углом 20…30° к касательной, проведенной к окружности распылителя по направлению движения газа (пара). Шаг установки пластин t составляет (0,3…0,5) b, где b – ширина пластины. Распылитель вращается в направлении подъема пластин каплеотбойника. Совокупность распылителя 3, сливной тарелки 5 и каплеотбойника 8 представляет собой контактный элемент.

Роторный распылительный аппарат работает следующим образом. Рабочая жидкость из питающей чаши сливной тарелки 5 заборным устройством распылителя 3 подается в диспергирующее устройство, откуда за счет центробежной силы выбрасывается в свободное пространство контактного элемента в виде струй и капель. Размер капель и скорость их полета определяются свойствами рабочей жидкости, диаметром распыливающих отверстий на поверхности диспергирующего устройства распылителя и угловой скоростью его вращения.

Достигнув пристенного каплеотбойника 8, капли ударяются о его пластины, скользят по ним, по корпусу 1 и далее жидкость стекает на сливную тарелку 5. Касательный удар капель о поверхность пластин и шаг установки – t=(0,3…0,5)b уменьшают вероятность образования вторичных капель и снижают брызгоунос. При касательном ударе большая часть энергии ударяющихся капель расходуется не на дробление жидкой пленки, а на ее перемешивание на поверхности удара. В результате образуется высокоразвитая и интенсивно обновляющаяся поверхность межфазного контакта. Принятый шаг пластин – t=(0,3…0,5)b обеспечивает касательный удар капель о пластины, а не прямой о корпус.

Из периферийной части сливной тарелки 5 рабочая жидкость по переточным трубам 6 поступает в питающую чашу сливной тарелки 5, откуда вновь заборным устройством распылителя 3 подается в диспергирующее устройство.

Избыток жидкости в количестве, равном количеству свежепоступившей на контактный элемент, сливается на нижерасположенный контактный элемент по переливной трубе, расположенной в центре сливной тарелки 5 соосно валу 1.

Поднимающийся по аппарату газ (пар) на каждом контактном элементе движется вслед за факелом распыляемой жидкости, что обеспечивается соответствующим углом установки как направляющих лопаток 7 внутри газоходов 4, так и пластин пристенного каплеотбойника 8. В результате газ (пар) сохраняет вращательное движение и движется в каналах, образованных наклонно установленными под углом 13…15° пластинками пристенного каплеотбойника 8. Двигаясь вслед за факелом распыленной жидкости, газ (пар) поступает в зону пониженного давления, создаваемую летящими каплями. Созданные таким образом условия движения газа (пара) снижают затраты энергии на преодоление гидравлических сопротивлений на контактном элементе.

Вращательное движение потока газа (пара) увеличивает эффект сепарации капель в пространстве между пластинами каплеотбойника, что снижает брызгоунос. Одинаковый угол наклона направляющих лопаток 7 и пластин каплеотбойника 8 по направлению движения газа (пара) не только снижает гидравлическое сопротивление, но и обеспечивает дополнительную турбулизацию и обновление поверхности межфазового контакта образованной пленкой жидкости на нижней стороне пластин каплеотбойника. Это не только повышает эффективность проводимых процессов, но и приводит к снижению брызгоуноса на контактном элементе.

Закрученное движение газа (пара) сохраняется по всей высоте за счет тангенциального ввода и вывода газа (пара) из аппарата, за счет направляющих лопаток 7, установленных под углом 13…15° к плоскости тарелки 5 в ее газоходах 4, за счет пластин каплеотбойника 8, установленных у корпуса 1 с углом подъема 13…15° по направлению движения газа (пара).

Положительный эффект – повышение предельной нагрузки по газу (пару), снижение брызгоуноса и гидравлического сопротивления и, вследствие этого улучшение эксплуатационных характеристик аппарата достигается за счет того, что в газоходах неподвижных тарелок установлены направляющие лопатки под углом 13…15° к горизонтальной плоскости, пластины пристенного каплеотбойника установлены у стенки корпуса по винтовой линии с углом подъема 13…15° по направлению движения газа (пара) на высоту факела диспергированной распылителем жидкости и направлены вверх под углом 20…30° к касательной, проведенной к окружности распылителя. Шаг установки пластин составляет (0,3…0,5) их ширины. Направление вращения распылителя совпадает с направлением движения газа.

Литература

1. Сорокопуд А.Ф. Авт. свид. (СССР) №1223943, опубл. Б.И. №14, 1986 г.

2. Сорокопуд А.Ф., Максимов С.А. Патент (РФ) №2166347, опубл. Б.И. №13, 2001.

Формула изобретения

Роторный распылительный аппарат, содержащий корпус, секционированный по высоте сливными тарелками с газоходами, на которых находятся распылители, жестко связанные с валом, проходящим по оси аппарата, и выполненные в виде перфорированных цилиндров, снабженные заборными устройствами, пристенные каплеотбойники, отличающийся тем, что в газоходах сливных тарелок установлены направляющие лопатки под углом 13…15° к горизонтальной плоскости, пристенные каплеотбойники, выполненные в виде металлических пластин, установлены у стенки корпуса по винтовой линии с углом подъема 13…15° по направлению движения газа (пара) на высоту факела диспергированной распылителем жидкости и направлены вверх под углом 20…30° к касательной, проведенной к окружности распылителя, шаг установки пластин составляет 0,3…0,5 их ширины.

РИСУНКИ