Відцентровий тепломасообмінний апарат

1. Відцентровий тепломасообмінний апарат, що містить циліндричний корпус з патрубками для вводу та виводу рідини і газу, в якому установлений вал із закріпленим на ньому перфорованим ротором, який обертається, у середині ротора за 3 чих фаз, за рахунок руху рідини по спіралі. Проте основним недоліком апарата є те, що при його роботі відбувається проскакування рідини, під дією відцентрового прискорення, між лопатками в напрямку периферії ротора, і цим зменшує час перебування рідкої фази в зоні дії відцентрових сил, що призводить до зниження ефективності використання внутрішнього об'єму ротора. В основу корисної моделі поставлено задачу вдосконалення апарата шляхом особливостей використання і розміщення контактних елементів ротора (спіралі), що забезпечує збільшення часу взаємодії контактуючих фаз та найбільш повна абсорбція (десорбція) цінного компонента при збільшених навантаженнях по контактуючим фазам та інтенсивний тепломасообмін між фазами без захлинання апарату або виносу крапельної рідини. Вирішується це шляхом організації контакту фаз в режимі їх перехресного руху, і дозволяє ефективніше використовувати внутрішній об'єм апарату. Поставлена задача конструктивно вирішується тим, що в відцентровому тепломасообмінному апараті, що містить циліндричний корпус з патрубками для вводу та виводу рідини і газу, в якому встановлений вал із закріпленим на ньому перфорованим ротором, який обертається, у середині ротора закріплений контактний пристрій із розміщеним по спіралі контактним елементом, згідно із корисною моделлю, контактний елемент виконаний у вигляді стрічки з напівпроникного матеріалу, утворюючи суцільну спіраль, центральна вісь якої співпадає з віссю ротора, і сам контактний елемент рівномірно закручений навколо осі ротора. Окрім цього кривизна стінки контактного елемента виконана змінною від центра до периферії (в сторону збільшення або зменшення). Використання запропонованого апарата в сукупності з усіма суттєвими ознаками, включаючи відмінні, дозволяє найбільш ефективно використати робочий об'єм ротора за рахунок збільшення часу контактування фаз за високої інтенсивності протікання процесів тепломасообміну в двофазних системах газ-рідина в широкому інтервалі навантажень по фазам у полі відцентрових сил. Досягається це наступним. Рідина подається на внутрішню поверхню контактного пристрою, за рахунок сил тертя захоплюється в обертальний рух. Під дією відцентрової сили та сили тертя на спіральному елементі відбувається утворення плівки рідини та її відрив з інтенсивним тепломасообміном у плівковому та крапельному режимах за рахунок додаткової турбулізації фаз. Потік рідини рухається в об'ємі контактного пристрою, контактуючи з газовою фазою в умовах високорозвинутої поверхні контакту фаз та турбулізації газу, до моменту зіткнення з наступним завитком спіралі. При зіткненні з наступним завитком контактного елемента відбувається активне перемішування та оновлення рідини, і утворення нової дисперсної фази. Таким чином в контактному пристрої існують характерні стадії взаємодії рідини та газу, які багатократно повторюються: відрив крапель рідини від контактного елемента; рух в вільному просторі та зіткнення з наступним завитком елемента; пере 66588 4 мішування, проходження через напівпро-никний шар матеріалу елемента, оновлення рідини на ньому та формування нової дисперсної фази. Газова фаза проходить від периферії ротора та рухається перехресно, відносно напряму руху рідини, до центру ротора. В процесі руху спіральним каналом газова фаза змінює свій напрям та додатково піддається турбулізації, що забезпечує активну взаємодію з рідиною в усьому об'ємі контактного пристрою. Завдяки унеможливленню вільного проскоку рідини, не відбувається зниження ефективної поверхні взаємодії фаз. Перехресний рух фаз дозволяє знизити перепад тиску у апараті, порівняно з режимом протитоку. Це дає можливість збільшити робочі витрати рідини та газу (запобігає захлинанню апарата). Така конструкція контактного пристрою дозволяє значно інтенсифікувати процес тепломасообміну за рахунок додаткової турбулізації газової фази, тепломасообміну у плівковому та крапельному режимах за умов перехресної течії фаз, а також перемішуванню та оновленню рідини при її зіткненні з поверхнею наступного завитка спіралі. На фіг.1 показаний поперечний розріз відцентрового тепломасообмінного апарату, на фіг.2 повздовжній розріз апарату. Відцентровий тепломасообмінний апарат має циліндричний корпус 1 з патрубками 2 та 3 для вводу газової та рідкої фази відповідно. В циліндричному корпусі 1 розташовано вал 4, на якому закріплено перфорований ротор 5, в середині якого встановлено контактний пристрій, із спірально розміщеною стрічкою як контактний елемент 6, виготовленої з напівпроникного матеріалу, утворюючи таким чином суцільну спіраль, рівномірно закручену навколо вісі ротора, і вісь якої співпадає з віссю ротора 4. Кривизна спірального елемента 6 може змінюватись на різній відстані від центра в межах одного контактного пристрою (в сторону збільшення або зменшення). Центральна вісь контактного елемента 6 співпадає з віссю ротора 5. Переріз спірального каналу може змінюватись по радіусу контактного пристрою. Рідина і газ в апараті рухаються у режимі змішаного (у режимах близьких до межі захлинання апарата) або перехресного потоку. Ущільнення 7 та 8 служать для уникнення проскоку газу між валом 4 і корпусом 1 та ротором 4 та кришкою корпуса 1. Після проходження взаємодії фаз вони виводяться з корпусу 1 через патрубки 9 та 10 для рідини та газу відповідно. Апарат працює таким чином. Рідина до робочого об'єму апарату подається по патрубку 3. Далі рідина надходить на внутрішню поверхню контактного елемента 6, який знаходиться в об'ємі ротора 5, закріпленого на валу 4. За рахунок обертання ротора 4 обертовий рух внаслідок дій сил тертя передається рідині. Зазнаючи впливу відцентрової сили, рідина радіально рухається крізь стінки спірального контактного елемента 6 через об'єм апарата. Краплі між витками рухаються у нестаціонарному гідродинамічному та масообмінному режимі, що призводить до активної циркуляції рідини всередині них. Частина 5 рідини рухається вздовж поверхні контактного пристрою до периферії. Масообмін на поверхні спіралі загалом проходить у плівковому режимі. Газова фаза надходить до апарату через патрубок 2 і рухається від периферії ротора 5 до його центру спіральним каналом 11. При проходженні через контактний елемент відбувається її взаємодія з краплями рідини та пристінкова турбулізація потоку. Це сприяє активному перемішуванню і оновленню поверхні рідини та відриву крапель. Після проходження контактного елемента 6 рідина виводиться через патрубок 9. Газ виходить з корпусу 1 через патрубок 10. Встановлені ущільнення 7 та 8 запобігають проскоку газу між валом 4 і корпусом 1 та ротором 5 та кришкою корпуса 1. 66588 6 Застосування запропонованого апарату дозволяє більш повно використовувати цінні складові у процесах масообміну між контактуючими фазами за рахунок перехресного току рідини та газу у апараті, що призводить до збільшення часу взаємодії фаз, багатократного оновлення та перемішування рідини, створення умов для найбільш ефективного використання робочого об'єму ротора за високої інтенсивності протікання процесів тепломасообміну в двофазних системах газ-рідина в широкому інтервалі навантажень по фазам у полі відцентрових сил (особливо на зовнішнійпериферійній частині контактного пристрою, де швидкість руху рідини найбільша). 7 Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко 66588 8 Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601