Відцентровий тепломасообмінний апарат

Винахід відноситься до апаратів, призначених до інтенсифікації проведення процесів тепломасообміну в системах газ -(пар) -рідина у відцентровому полі, і може бути використаний у нафто хімічній, хімічній та інших галузях промисловості. Відомий відцентровий тепломасообмінний апарат який містить циліндричний корпус патрубки для вводувиводу контактуючих фаз, а також, встановлений на валу, що обертається, перфорований ротор, всередині якого встановлено контактний пристрій, виготовлений у ви гляді кільцевого пакету, який складається з радіально встановлених гофрованих пластин з трапецевидними радіальними гофрами (Див. ав. св. СССР N -1825638 МПК В01D3/30, 1993.) Наявність у апараті такого пристрою не дозволяє проводити процеси тепломасообміну з великими навантаженнями по контактуючим фазам, що викликає винос крапельної рідини, і цим веде до зниження ефективності протікання процесу. Це пояснюється тим, що контакт фаз здійснюється в режимі високих швидкостей при протиточному русі потоків газу та рідини. Найбільш близьким до запропонованого апарату по технічній суті і прийнятому за прототип є відцентровий тепломасообмінний апарат, який містить корпус з патрубками для вводу-виводу фаз, а також, встановлений на валу перфорований ротор, всередині якого встановлено контактний пристрій, виготовлений зі стрічки, шляхом накручування її під натягом навколо осі апарату.(Див Європейську заявку N -0053881 МПК В01D3/30, 1981) Наявність у апараті контактного пристрою такої конструкції створює більший час контактування фаз, проте основним недоліком апарата є низька верхня межа навантажень рідини та газу (пару). Збільшення швидкості газу, що рухається протитоком рідині, яка рухається по поверхні стрічки у вигляді плівки, викликає гальмування рідини з наступним захлинанням апарата. Це явище виникає через протиточний рух контактуючи х фаз, а при незначному збільшенню швидкості газу - через малу відстань між витками спіралі. Захлинання апарату приводить до значного зниження ефективності тепломасообміну. В основу винаходу поставлене завдання вдосконалення відцентрового тепломасообмінного апарату, шляхом виконання контактного елемента ротора у вигляді стрічки із ''Z"-подібними загинами і принаймні одним отвором між загинами, при цьому виникають зони інтенсивної міжфазної турбуленції на кожній ''Z"-подібній ділянці стрічки, що має значно підвищувати е фективність тепломасообміну. Контакт фаз на контактному елементі ротора (стрічці) відбувається в режимі їх перехресного руху. Це дозволяє проводити інтенсивніші процеси тепломасообміну при збільшених навантаженнях по контактуючим фазам без зменшення часу контакту фаз та захлинання апарату або виносу краплевої рідини, чим забезпечується більш ефективне використання внутрішнього об'єму ротора, що призводить до підвищення ефективності тепломасообміну. Поставлене завдання вирішується тим, що відцентровий тепломасообмінний апарат, що містить корпус з патрубками для вводу та виводу рідини та газу, в якому встановлений обертовий вал із закріпленим на ньому ротором з двома торцевими кришками, між якими розміщений контактний елемент у вигляді стрічки, розташованої по спіралі, згідно винаходу стрічка виконана з ''Z"-подібними загинами, при цьому всередині кожного ''Z"-подібного загину виконано принаймні один отвір для проходження газової фази. Крім того, ''Z"-подібні загини розміщені по довжині стрічки рівномірно. ''Z"-подібні загини розміщені по довжині стрічки нерівномірно, зі збільшенням (або зменшенням) відстані між ними від центра до периферії ротора. Всередині кожного "Z''-подібного загину стрічки виконаний принаймні один отвір однакового умовного діаметру для проходження газової фази. Всередині кожного "Z''-подібного загину стрічки виконаний принаймні один отвір з умовним діаметром, що збільшується (або зменшується) на кожному наступному "Z''-подібному загині від центра до периферії ротора для проходження газової фази. Застосування запропонованого апарата в сук упності з усіма суттєвими ознаками, включаючи відмінні, дозволяє найбільш повно використовувати внутрішній об'єм ротора, за рахунок збільшення інтенсивності процесів тепломасообміиу в двофазних системах (газ-рідина) в широкому інтервалі навантажень по фазам в полі відцентрових сил. Пояснюється це наступним. В процесі роботи апарату здійснюється проведення масообмінного процесу у високоінтенсивному режимі за рахунок високорозвиненої поверхні контакту фаз і інтенсивного її відновлення на кожному ''Z"-подібному загині стрічки. При русі рідини по стрічці, на кожному "Z''-подібному загині плівка рідини під дією відцентрових сил розривається та диспергується на краплі, утворюючи високорозвинену та інтенсивновідновлювану поверхню контакту, та одночасно продувається потоком газу, що р ухається з принаймні одного отвору у стрічці зсередини ''Z"-подібного загину; краплі, під дією відцентрових сил, рухаються у радіальному напрямку через перехресний потік газу та потрапляють на цей же виток стрічки, ударяючись об неї по дотичній, при цьому вся енергія крапель розтрачується на міжфазну турбулізацію потоків, що значно інтенсифікує процеси тепломасообміну, застосування запропонованого контактного елемента організовує перехресний рух контактуючи х фаз, що дозволяє значно збільшити інтенсивність процесів тепломасообміну при збільшених навантаженнях без зменшення часу перебування рідкої фази в зоні контакту та заклинання апарату, що призводить до ефективнішого використання внутрішнього об'єму ротора, що призводить до підвищення ефективності процесів тепломасообміну у відцентровому тепломасообмінному апараті. Крім того в апараті реалізується організація процесу зі зниженими енерговитратами через зниження гідравлічного опору апарата, пояснюється це реалізацією взаємодії контактуючих фаз в режимі їх перехресного руху. На Фіг.1 показаний поздовжній переріз відцентрового тепломасообміиного апарата, на Фіг.2 - поперечний переріз апарата, на Фіг.3 - "Z''-подібиий елемент стрічки. Апарат містить циліндричний корпус 1 з установленим в ньому на обертовому валу 2 ротором 3, що складається з двох торцевих кришок 4, між якими по спіралі розміщено контактний елемент у вигляді стрічки 5. Стрічка 5 виконала з ''Z"-подібними загинами 6, які можуть бути розміщені по довжині стрічки рівномірно і нерівномірно - зі збільшенням (Фіг.2) або зменшенням відстані між ними від центру до периферії ротора. Всередині кожного ''Z"-подібного загину 6 стрічки 5 виконаний по меншій мірі один (Фіг.3) отвір 7, для проходження газової фази, який може бути виконаний однакового умовного діаметру, або з умовним діаметром, що збільшується (або зменшується) на кожному наступному ''Z"-подібному загині 6 від центру до периферії ротора. Для подачі всередину ротора рідини є патрубок 8. Оброблюваний газ вводиться в апарат через тангенційний патрубок 9. Патрубки 10 та 11 призначені для виводу відповідно відпрацьованої рідини та газу, що проконтактував. У щільнення 12 служать для уникання проскоку газу між ротором 3 та корпусом 1. Тепломасообміиний апарат працює таким чином: Baл 2 обертається разом з закріпленим на ньому ротором 3. Рідина до робочого об'єму апарату подається по патрубку 8, вона потрапляє на розташовану всередині ротора 3 стрічку 5, що розміщена між торцевими кришками 4. Газ вводиться в апарат через тангенційний патрубок 9 і рухається всередині ротора 3 в напрямі проти току рідини. Ущільнення 12 перешкоджає проскоку газової фази між кришками ротора 4 та корпусом 1. Рідка фаза рухається по поверхні стрічки 5 у вигляді тонкої плівки, при проходженні рідиною зони контакту на ''Z"-подібних загинах 6 стрічки 5 плівка рідини, завдяки відцентровій силі, що виникає через обертання ротора, зривається з ближнього до центру ротора загину розривається та диспергується на краплі, що, під впливом відцентрової сили рухаються, у радіальному напрямку, пролітаючи крізь потік газу, який рухається з отворів 7 зсередини контактних зон. Потік газу, що рухається зсередини ''Z"-подібних загинів сприяє розриву та подрібненню плівки рідини, при цьому відбувається контакт фаз в інтенсивному режимі масообміну. Рух у апараті набуває характеру перехресного відносно взаємодіючих фаз. Через відцентрове прискорення краплі рідини падають на стрічку по дотичній при цьому вся кінетична енергія крапель витрачається на міжфазну турбулізацію, що значно інтенсифікує процеси масообміну. Після проходження чергової контактної зони рідина знов рухається по поверхні стрічки як тонка плівка. При цьому рідина контактує з газом таким чином, як і в існуючих апаратах. По стрічці рідина рухається таким чином по спіралі від центру до периферії ротора, а газова фаза, проходячи крізь стрічку через отвори в ''Z"-подібних загинах та між її витками рухається до центру ротора. Рідина, що інтенсивно проконтактувала, виводиться з апарату через патрубок 10, а газ - через патрубок 11. Використання запропонованого апарату дозволяє проводити процес тепломасообміну в стійкому режимі взаємодії фаз в широкому діапазоні навантажень по фазам, що позитивно діє на процес тепломасообміну.