Масообмінний апарат

Реферат: Масообмінний апарат містить вертикальний циліндричний корпус, статорні кільця, вал із закріпленими на валу в контактних камерах дисками і закріпленими на дисках стрижнями та пристрої для введення і виведення фаз. Турбулізатори, виконані у вигляді напівтрубки з фронтальною випуклою стороною, кільцеві диски виконані у вигляді частки сфери обертання, диски в сепараційних зонах виконані у вигляді параболоїда або гіперболоїда обертання. UA 71490 U (12) UA 71490 U UA 71490 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до апаратурного оформлення масообмінних процесів для систем рідина-рідина, зокрема до роторно-дискових тепломасообмінних апаратів для проведення екстракції в системі рідина-рідина, які використовуються в хімічній, нафтохімічній, фармацевтичній промисловості, а також в процесах промислової нафтопереробки. Відомий роторно-дисковий екстрактор, забезпечений перемішуючими пристроями, виконаними у вигляді стрижнів, розташованих в радіальному положенні укріпленими на диспергуючих дисках вала, що обертається [1]. Недоліком даної конструкції екстрактора є те, що стрижні дозволяють турбулізувати суміш рідин лише в центральній зоні секції, утворюючи застійні зони по периферійній частині перемішуваних зон. Найбільш близьким аналогом є роторно-дисковий екстрактор, який складається з вертикального циліндричного корпусу, закріплених на корпусі статорних кілець, що ділять його на контактні камери, розташований по осі корпусу вал з закріпленими на валу порожнистими дисками з порожнистими стрижнями, розташованими похило [2]. Недоліком даної конструкції є низька ефективність апарату, яка знижує процес масопередачі та значний гідравлічний опір при русі перемішуваного середовища по внутрішнім порожнинам полого диска і стрижнів. Задачею корисної моделі є інтенсифікація процесу масообміну, зниження гідравлічного опору і збільшення турбулізації фаз в середній частині апарату з подальшим заспокоєнням в периферійних частинах екстрактора. Поставлена задача вирішується у вертикальному циліндричному апараті з кільцями статорів, що ділять корпус на контактні зони, по осі корпусу розташований вал із закріпленими на валу в контактних камерах дисками, на обох поверхнях дисків співвісно закріплені і розташовані в радіальному напрямі турбулізатори, виконані в вигляді напівтрубки з фронтальною випуклою стороною, які виходять за межі диска, кінці турбулізаторів утворюють між собою кут від 60 до 150°, причому фронтальна поверхня напівтрубок установлена таким чином, що виконує роль самовсмоктуючого пристрою, у верхній та нижній зонах сепарації закріплені кільцеві диски, виконані у вигляді частки сфери обертання, параболоїда або еліпсоїда обертання і встановлені в протилежному напрямі вершинами. Суть корисної моделі пояснюється кресленням, де показані загальний вид масообмінного апарату, різні види диспергуючих елементів у перерізі і деякі вузли. На кресленні розташований масообмінний апарат, що складається з вертикального корпусу 1, розділеного на секції 2 кільцями статорів 3, які у перерізі мають форму тавра з боковими параболічними поверхнями, закріпленими на внутрішній поверхні корпусу 1 і аксіально корпусу розташований вал 4 з пласкими дисками 5, на яких закріплені з обох боків напівтрубки 6, частини яких, що виходять за край, утворюють між собою кут від 60 до 150°. Довжина вильоту напівтрубок залежить від діаметра диска, висоти камери змішення секції і кута розкриття напівтрубок. Кільця статорів 3 мають форму обтікання. Масообмінний апарат має штуцери для підведення легкої 7 і важкої 8 фаз. У верхній і нижній частині екстрактора при переході до сепараційної зони на валу укріплені за допомогою лопатей 9 кільцеві диски 10, виконані у вигляді параболоїда або еліпсоїда обертання і встановлені в протилежному напрямі вершинами всередину екстрактора. Лопаті 9 можуть мати різний кут нахилу по відношенню до осі обертання, забезпечуючи таким чином необхідний осьовий потік диспергуючої рідини. У залежності від технологічної особливості процесу екстракції кут нахилу лопатей 9 верхнього і нижнього кільцевих дисків 10 може між собою відрізнятися. Апарат працює таким чином. Важка фаза рідини через патрубок 8 подається в кільцевий розподільчий пристрій, розташований у верхній частині сепараційної зони масообмінного апарату і далі через радіальну перфорацію диспергується у висхідний потік легкої фази безпосередньо у центральну його частину де за допомогою лопатей 9, що піддержують кільцевий диск 10 та приводять його до обертання навколо вала 4, переміщається у вигляді диспергованої фази по центру екстрактора до секцій перемішування 2. Каплі висхідного потоку легкої фази в сепараційній зоні під дією підйомної сили попадають в зону дії кільцевого диска 10, де зливаються між собою і за допомогою відцентрових сил, що виникають на бічній поверхні параболоїда обертання та ефекту Коанда, відкидаються до периферійної частини зони сепарації апарату, при цьому забезпечується задовільне розділення фаз. Легка фаза рідини через штуцер 7 за допомогою розподільного пристрою рівномірно подається під кільцевий диск 10, що обертається на валу 4, і далі за допомогою лопатей 9 диспергується у вигляді крапель в центральну зону важкої фази. Під дією підйомної сили та додаткової енергії, яку одержала рідина легкої фази від дій лопатей 9, дозволяє останній у вигляді крапель легко пронизувати рідину важкої фази, збільшуючи масообмін. Важка фаза, 1 UA 71490 U 5 10 15 20 25 30 35 40 потрапляючи на бічну поверхню кільцевого диска 10, відкидається до периферійної частини зони сепарації. Поверхні обтікання дозволяють досить ефективно проводити розподіл фаз рідин в зонах сепарації, а наявність лопатей 9, що піддержують кільцеве тіло обертання, та їх нахил по відношенню до осі обертання дозволяє забезпечити необхідний осьовий потік в начальній частині масообмінного процесу, як по важкій, так і по легкій фазах. У центральній частині масообмінного апарату в результаті багаторазового диспергування та зливання капель дисперсної фази в суцільному потоці забезпечується ступенева протитечійна екстракція, загальний рух фаз здійснюється за принципом протитечії рідин з різними величинами по густині. При обертанні вала 4 на рідину, що знаходиться поблизу дисків 5, діє відцентрова сила, за допомогою якої рідинний потік переміщується в радіальному напрямі. Його підсилює фронтальна поверхня напівтрубок 6, закріплених на верхній і нижній поверхнях дисків 5, які утворюють радіально установлені лопаті. Таким чином у кожній секції 2 дисперсна і суцільна фази набувають циркуляційного руху у напрямку від дисків 5, що обертаються, до стінки екстрактора, далі уздовж стінки до кілець статорів 3, і повертаються в центральну зону контактної камери кожної секції 2. Параболічна поверхня кілець статорів 3 дозволяє усунути застійну зону біля внутрішньої поверхні екстрактора і збільшити циркуляційний потік. При обертанні вала 4, з тильної сторони напівтрубки 6 виникає розрідження, яке створюється за рахунок гідродинамічної обстановки при обтіканні напівтрубки рідиною. Набігаючий потік рідини на фронтальній стороні напівтрубки 6 розподіляється на два потоки, які за тильною стороною зливаються в єдиний потік, утворюючи на тильній стороні напівтрубки 6 зону, що має значно менший тиск, чим у перемішуючої рідини, в цю зону засмоктується рідина з центральної зони секції 2, що зосереджена біля дисків 5 і має меншу лінійну швидкість, чим на периферійній частині секції 2. Далі на рідину, що надійшла в зону на тильній стороні напівтрубки, діє відцентрова сила, яка збільшує насосну потужність транзитного потоку, який по утвореному каналу переміщається до периферійної частини напівтрубок і з великою швидкістю диспергується в потік, що обертається, при цьому додатково турбулізується в зоні змішування. Це дозволяє усунути застійні зони, як в центрі, так і на периферії кожної контактної секції 2. Велика швидкість струменя, що витікає з торців напівтрубки 6 під кутом до динамічно рухомого рідинного потоку приводить до збільшення турбулізації змішуваних рідин і, отже, до інтенсифікації процесу екстракції. При такій взаємодії рідинних потоків, що виникають в результаті дії диспергуючого пристрою пропонованої конструкції, в контактних секціях досягається високий ступінь диспергування та відбувається вирівнювання концентрацій при значно нижчих числах обертів вала в порівнянні з прототипом (базовим об'єктом), а розміщення в сепараційних зонах кільцевих дисків у вигляді параболоїда або еліпсоїда обертання покращує розподіл фаз і значно підвищує ефективність масопередачі екстрактора. Джерела інформації: 1. Пат. Японії № 40-12661 кл. В01D 11/04, 1965 р. 2. А. с. СССР № 1690248 Роторно-дисковый экстрактор/ Шабрацкий В.И., Носач В.А., Семикопный А.Н., и др. 1991. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 50 55 1. Масообмінний апарат, що містить вертикальний циліндричний корпус, статорні кільця, що ділять його на контактні зони, по осі корпусу розташований вал із закріпленими на валу в контактних камерах дисками і закріпленими на дисках стрижнями та пристрої для введення і виведення фаз, який відрізняється тим, що з метою інтенсифікації процесу за рахунок усунення застійних зон на обох поверхнях дисків співвісно закріплені і розташовані в радіальному напрямі турбулізатори, виконані у вигляді напівтрубки з фронтальною випуклою стороною, які виходять за межі диску, кінці турбулізаторів утворюють між собою кут від 60 до 150°, причому фронтальна поверхня напівтрубок установлена таким чином, що виконує роль самовсмоктуючого пристрою, у верхній та нижній зонах сепарації закріплені кільцеві диски, виконані у вигляді частки сфери обертання, встановлені в протилежному напрямі вершинами. 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що кільцеві диски в сепараційних зонах виконані у вигляді параболоїда або гіперболоїда обертання. 3. Пристрій за пп. 1, 2, який відрізняється тим, що кільцеві диски кріпляться за допомогою лопатей з кутом нахилу рівним 30-75°. 4. Пристрій за пп. 1, 2, 3, який відрізняється тим, що напівтрубки мають у своєму перерізі напівеліпс. 2 UA 71490 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 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 3