Контактний пристрій для масообмінних апаратів

Винахід відноситься до пристроїв, що здійснюють масо- і теплообмінні процеси і може бути використаний в газовій, хімічній, нафтопереробній галузях промисловості та інших, де потрібно здійснити взаємодію газової фази з рідиною з наступним виділенням рідини з газу. Відомий вихровий контактний елемент, в основі дії якого використовується принцип взаємодії закручених потоків. Такий елемент складається з пристрою, що закручує потоки і має центральний обтічник, до якого прикріплені похилі лопатки, вхідного патрубка, розпилювача та сепаратора з пристроями для виводу газу і рідини (а.с. СРСР №345926, М кл. В01D3/20, бюл. №23 від 28.08.1972). Недоліком такого вихрового контактного елемента є те, що взаємодія між частками газу та рідини у ньому відбувається з недостатньою інтенсивністю за рахунок того, що швидкості цих часток мають однакові тангенціальні складові по усьому периметру поперечного перетину патрубка. Відомий пристрій для масообмінних апаратів, що містить вхідний патрубок з розташованими в ньому отворами для введення рідини і завихрювачем, що складається з обтічника і лопаток для закручування потоків, сепаратор з патрубком виводу газу і отворами для виводу рідини, в якому обтічник виконаний у вигляді тіла, що має в поперечному перерізі форму замкнутої кривої з перемінним радіусом кривизни, наприклад, еліпса (пат. України 45767А, МПК 7В01F3/02, В01D3/30, В01F3/04, бюл. №4 від 15.04.2002). Таке виконання обтічника приводить до того, що тангенціальні складові швидкостей часток обертових потоків не постійні по всьому поперечному перерізу вхідного патрубка, а змінюються в кожній точці перетину. При цьому зміна цих швидкостей залежить від щільності часток контактуючих потоків. Так як щільності часток потоків, які взаємодіють, як правило, відрізняються в десятки, сотні і більше разів, то між частками взаємодіючих потоків будуть мати місце високі відносні швидкості, що зводять до збільшення диспергування потоків і в кінцевому рахунку до прискорення процесів масообміну. Однак, з іншого боку, виконання обтічника у вигляді тіла, що має в поперечному перерізі форму еліпса, приводить до того, що при обтіканні обтічника в тангенціальному напрямку на ділянках з максимальною кривизною має місце відрив граничного шару від криволінійної бічної поверхні обтічника, що супроводжується ростом гідравлічного опору контактно-сепараційного елемента. Задачею винаходу є зниження гідравлічного опору контактного пристрою для масообмінних апаратів при зберіганні досягнутих характеристик процесів масообміну. Для вирішення поставленої задачі у відомому контактному пристрої для масообмінних апаратів, який містить вхідний патрубок з розташованими в ньому отворами для введення рідини і завихрювачем, складеним з обтічника, виконаного у вигляді тіла, що має в поперечному перерізі форму замкнутої кривої з перемінним радіусом кривизни, наприклад, еліпса, і лопаток для закручування потоків, сепаратор з патрубками виводу газу і рідини, обтічник виконаний порожнім, відкритим знизу, має щілинні отвори на бічній поверхні і обладнаний ежектуючими пристроями для відсмоктування потоку із внутрішньої порожнини обтічника в робочу зону вхідного патрубка, які виконані у вигляді криволінійних пластин, прикріплених тангенційно до бічної поверхні обтічника в зоні розташування щілинних отворів і орієнтованих убік нахилу лопаток завихрювача. Зазначені конструктивні особливості обтічника забезпечують безвідривний режим обтікання його газорідинними потоками, що приводить до зменшення гідравлічного опору контактного пристрою в цілому та зберіганню досягнутих характеристик масообмінних процесів. На фіг.1 зображений загальний вигляд пристрою; на фіг.2 - розріз А-А. Контактний пристрій для масообмінних апаратів містить вхідний патрубок 1, сепаратор 2, що має отвір 3 для виводу газу і отвір 4 для виводу відсепарованої рідини. У вхідному патрубку 1 розташовані отвори 5 для введення рідини, і завихрювач, який, у свою чергу, складається з похилих лопаток 6 і обтічника 7. Обтічник 7 має знизу відкритий вхід 8, перфорацію на бічній поверхні у вигляді щілинних отворів 9, які спрямовані уздовж центральної вісі обтічника і конус 10. На поверхні обтічника 7 в зоні щілинних отворів 9 установлені ежектуючі пристрої, завдяки яким відсмоктується потік із внутрішньої порожнини обтічника в робочу зону вхідного пристрою, що представляють собою криволінійні пластини 11. Криволінійні пластини 11 прикріплені тангенційно до бічної поверхні обтічника в зоні розташування щілинних отворів 9, повністю закривають щілини 9 з боку основного потоку та залишають зазор для витікання допоміжного потоку з обтічника 7 у робочу зону контактного пристрою. Розміри криволінійних пластин 11 повинні бути не менше розмірів щілинних отворів 9. Крім того, пластини 11 повинні бути спрямовані убік нахилу лопаток 6 завихрювача. Працює пристрій наступним чином: газ, що надходить у контактний пристрій для масообмінних апаратів, змішується у вхідному патрубку 1 з рідиною, що ежектується у вхідний патрубок через отвори 5. Далі газорідинний потік направляється в міжлопаточний простір завихрювача. При цьому газорідинний потік роздвоюється на основний та допоміжний. Основний потік направляється в міжлопаточні канали завихрювача, пройшовши через які він рухається далі у вигляді закрученого струменя. Допоміжний потік надходить через відкритий знизу обтічник 7, з якого через щілинні отвори 9 за допомогою пластин 11 ежектується основним потоком у робочу зону вхідного патрубка. У зв'язку з тим, що обтічник виконаний у вигляді тіла, що має в поперечному перерізі форму еліпса, в кільцевому просторі між обтічником і корпусом вхідного патрубка газорідинний потік рухається в режимі нерівномірно обертового потоку, який то прискорюється в місцях звуження зазору між обтічником і вхідним патрубком, то сповільнюється в місцях розширення зазору. При прискоренні і при гальмуванні частки газу і рідини будуть прискорюватися і гальмуватися з прискореннями обернено пропорційними їх щільностям. Оскільки щільності газів і рідин розрізнюються в десятки, сотні і більш разів, то між взаємодіючими частками виникають високі відносні прискорення, що забезпечують інтенсивне протікання масообмінних процесів. При обтіканні газорідинним потоком криволінійних поверхонь на ділянках з найбільшою кривизною звичайно відбувається відрив граничного шару і перехід ламінарного режиму обтікання в турбулентний. Це явище супроводжується різким ростом гідравлічного опору. З метою зменшення гідравлічного опору застосовують здув місця відриву граничного шару. У пристрої з цією метою на бічній поверхні обтічника встановлені ежектуючі пристрої, які складаються з щілинних отворів 9 та криволінійних пластин 11 і прикріплені тангенційно до бічної поверхні обтічника в зоні розміщення щілин 10. При обтіканні основним потоком криволінійних пластин 11 за ними утворюється зона ежекційного вакууму, у яку через отвори 9 відсмоктується потік із внутрішньої порожнини обтічника 7, який і здуває місце відриву граничного шару до зони розміщення наступної пластини 11. У результаті цього має місце ламінарний режим обтікання обтічника 7 по всьому периметру поперечного перерізу обтічника, що приводить до зниження гідравлічного опору контактного пристрою. Технічним результатом при використанні пропонуємого пристрою є вирішення задачі зниження гідравлічного опору контактного пристрою. Даний пристрій може бути застосований у різних масообмінних процесах. У газовій галузі контактний вихоровий елемент може бути використаний у масообмінному обладнанні установок підготовки природного газу до транспорту та споживання.