RU107961U1 - VORTEX STEP FOR CONTACT GAS COOLING - Google Patents

Abstract

1. Вихревая ступень для контактного охлаждения газа состоящая из корпуса, контактного патрубка, завихрителя, технологических патрубков ввода и вывода жидкости в корпус, патрубков ввода жидкости в завихритель, сепарационных отверстий на выходе из контактного патрубка, отличающаяся тем, что завихритель выполнен в виде камеры с коническим основанием и тангенциальным вводом газа через направляющие лопатки. ! 2. Вихревая ступень для контактного охлаждения газа по п.1, отличающаяся тем, что количество патрубков ввода жидкости в сепаратор совпадает с количеством пазов между лопатками завихрителя. ! 3. Вихревая ступень для контактного охлаждения газа по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что в корпусе ступени установлена горизонтальная перегородка. 1. A vortex stage for contact cooling of gas consisting of a housing, a contact pipe, a swirl, technological pipes for introducing and discharging liquid into the body, pipes for introducing liquid into the swirl, separation holes at the outlet of the contact pipe, characterized in that the swirl is made in the form of a chamber with conical base and tangential gas inlet through guide vanes. ! 2. The vortex stage for contact cooling of gas according to claim 1, characterized in that the number of nozzles for introducing liquid into the separator coincides with the number of grooves between the blades of the swirler. ! 3. Vortex stage for contact cooling of gas according to claims 1 and 2, characterized in that a horizontal partition is installed in the stage casing.

Description

Полезная модель относится к устройствам для организации взаимодействия газовых и жидкостных потоков при проведении процесса охлаждения газа. Предлагаемое устройство может быть использовано в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей пищевой, энергетической и фармацевтической промышленности.The utility model relates to devices for organizing the interaction of gas and liquid flows during the gas cooling process. The proposed device can be used in the chemical, petrochemical, oil refining food, energy and pharmaceutical industries.

Из предшествующего уровня техники известен контактный теплообменник [RU 95105326 А1 МПК⁶ F28C 3/06], содержащий корпус, перфорированную трубу, входной и выходной патрубки, сборный бак конденсата. Корпус имеет вертикальную перегородку с раздвоенным концом, делящую объем корпуса на секции. Сборный бак изготовлен из иного, чем корпус материала, а перфорированных труб более одной в каждой секции корпуса, верхние потолочные трубы перфорированы снизу, нижерасположенные трубы перфорированы по боковым образующим, при этом входной и выходной патрубки прямоугольной формы и расположены в верхней части корпуса между верхними и нижними перфорированными трубами. Недостатками данного устройства является сложность его конструкции, невысокая эффективность теплообмена из-за малого времени контакта фаз при их противоточном взаимодействии.The prior art is known contact heat exchanger [RU 95105326 A1 IPC ⁶ F28C 3/06], comprising a housing, a perforated pipe, inlet and outlet pipes, condensate tank. The housing has a vertical partition with a bifurcated end, dividing the volume of the housing into sections. The prefabricated tank is made of a material different from the case, and there are more than one perforated pipe in each section of the case, the upper ceiling pipes are perforated from below, the lower pipes are perforated along the side generators, while the inlet and outlet pipes are rectangular in shape and are located in the upper part of the case between the upper and bottom perforated pipes. The disadvantages of this device is the complexity of its design, low heat transfer efficiency due to the short contact time of the phases during their countercurrent interaction.

Наиболее близким по конструкции к предлагаемой полезной модели является устройство [RU №80352 МПК⁷ В65D 90/30], которое состоит из контактного патрубка, циклонного завихрителя, узла подвода жидкости и узла сепарации жидкости. Контактный патрубок имеет форму цилиндра, один конец которого усечен под некоторым углом. На одной половине корпуса патрубка в верхней трети расположены отверстия. При работе устройства, восходящий поток газа проходит через завихритель и начинает поступательно-вращательное движение вверх по контактному патрубку. Одновременно в устройство через узел подвода подается жидкость, которая диспергируется и в виде капель движется к периферии аппарата под действием центробежной силы, оседает на стенках патрубка в виде пленки. Контактируя с газом, пленка жидкости движется вверх по патрубку и отделяется от газа посредством сепаратора. Это устройство позволяет добиваться высокой эффективности процесса, может работать при больших скоростях газов. Однако данная конструкция имеет следующие недостатки: ввод жидкости осуществляется в приосевую область контактного устройства, что уменьшает время контакта взаимодействующих фаз и уменьшает эффективность процесса; в данном контактном устройстве применен завихритель циклонного типа, из-за чего поверхность контакта потоков газа и жидкости в завихрителе ограничена поверхностью пленки на полуцилиндрах завихрителя; возможно перемешивание жидкости, поступающей в контактное устройство, с жидкостью отделенной от газового потока после процесса, что уменьшает движущую силу процесса.The closest in design to the proposed utility model is a device [RU No. 80352 IPC ⁷ B65D 90/30], which consists of a contact pipe, a cyclone swirler, a fluid supply unit and a liquid separation unit. The contact pipe has the shape of a cylinder, one end of which is truncated at a certain angle. Holes are located on one half of the nozzle body in the upper third. When the device is operating, an upward flow of gas passes through the swirl and begins a translational-rotational movement up the contact pipe. At the same time, liquid is supplied to the device through the supply unit, which is dispersed and moves in the form of droplets to the periphery of the device under the action of centrifugal force and settles on the walls of the nozzle in the form of a film. In contact with the gas, the liquid film moves up the nozzle and is separated from the gas by means of a separator. This device allows you to achieve high process efficiency, can work at high gas speeds. However, this design has the following disadvantages: liquid is introduced into the axial region of the contact device, which reduces the contact time of the interacting phases and reduces the efficiency of the process; in this contact device, a cyclone-type swirler is used, due to which the contact surface of gas and liquid flows in the swirler is limited by the surface of the film on the swirl half-cylinders; it is possible to mix the liquid entering the contact device with the liquid separated from the gas stream after the process, which reduces the driving force of the process.

Задача, на решение которой направлена заявленная полезная модель, заключается в повышении эффективности процесса охлаждения газа при высоких скоростях газового потока, при относительно небольших затратах на оборудование и проведение процесса.The problem to which the claimed utility model is directed is to increase the efficiency of the gas cooling process at high gas flow rates, with relatively low equipment and process costs.

Данная задача решается за счет того, что заявленная вихревая ступень для контактного охлаждения газа состоит из корпуса, контактного патрубка, завихрителя, технологических патрубков ввода и вывода жидкости в корпус, патрубков ввода жидкости в завихритель, сепарационных отверстий на выходе из контактного патрубка, причем завихритель выполнен в виде камеры с коническим основанием и тангенциальным вводом газа через направляющие лопатки, количество патрубков ввода жидкости в сепаратор совпадает с количеством пазов между лопатками завихрителя, а в корпусе ступени установлена горизонтальная перегородка.This problem is solved due to the fact that the claimed vortex stage for contact gas cooling consists of a casing, a contact pipe, a swirler, technological pipes for fluid inlet and outlet for the casing, fluid inlet pipes for the swirl, separation holes at the outlet of the contact pipe, the swirl made in the form of a chamber with a conical base and tangential gas inlet through the guide vanes, the number of fluid inlet pipes to the separator coincides with the number of grooves between the vortex vanes Itel, and a horizontal partition is installed in the stage casing.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков является более высокая эффективность охлаждения газа за счет: большего времени пребывания газа в завихрителе, выполненном в виде камеры с коническим основанием и направляющими лопатками; большей площадью поверхности контакта фаз, за счет лучшего качества диспергирования жидкости в газовый поток; предотвращению перемешивания свежепоступающей и отработанной охлаждающей жидкости, благодаря установке внутри корпуса горизонтальной перегородки.The technical result provided by the given set of features is a higher efficiency of gas cooling due to: a longer residence time of the gas in the swirl made in the form of a chamber with a conical base and guide vanes; a larger contact surface area of the phases, due to better quality dispersion of the liquid into the gas stream; preventing mixing of freshly received and spent coolant by installing a horizontal partition inside the casing.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых изображено:The essence of the utility model is illustrated by drawings, which depict:

На фиг.1. - разрез общего вида вихревой ступени по вертикальной оси и схема потоков жидкости и газа в ней;In figure 1. - a section of a general view of the vortex stage along the vertical axis and a diagram of fluid and gas flows in it;

На фиг.2 - разрез завихрителя вихревой ступени по линии А-А;Figure 2 - section of the swirl vortex stage along the line aa;

На фиг.3. - разрез многоступенчатого вихревого охладителя состоящего из трех ступеней установленных одна над другой.In figure 3. - section of a multi-stage vortex cooler consisting of three stages installed one above the other.

Предлагаемая вихревая ступень для охлаждения газов состоит из корпуса 1, внутри которого расположены: контактный патрубок 2, завихритель 3 выполненный в виде камеры с коническим основанием и направляющих лопаток 4, патрубков 5 для ввода жидкости в завихритель, сепарационных отверстий 6 в верхней части контактного патрубка, технологических патрубков для ввода 7 и вывода 8 жидкости в корпус и горизонтальной перегородки 9, для разделения свежепоступающей и отработанной жидкости.The proposed vortex stage for cooling gases consists of a housing 1, inside of which are located: a contact pipe 2, a swirler 3 made in the form of a chamber with a conical base and guide vanes 4, pipes 5 for introducing liquid into the swirl, separation holes 6 in the upper part of the contact pipe, technological branch pipes for the inlet 7 and the outlet 8 of the liquid into the housing and the horizontal partition 9, for the separation of freshly arrived and spent liquid.

Вихревая ступень работает следующим образом. Газ для охлаждения поступает в корпус контактной ступени снизу, огибает коническое основание завихрителя и через направляющие лопатки 4 тангенциально подается в завихритель, приобретает закрученное движение. Жидкость подается через патрубок ввода 7, заполняет кольцевое пространство между корпусом 1 контактным патрубком 2 и горизонтальной перегородкой 9, и через патрубки 5 поступает внутрь завихрителя, где диспергирует в закрученный поток газа. Далее закрученный газожидкостный поток попадает в контактный патрубок 2, где под действием центробежной силы жидкость отбрасывается на стенки, образует пленочный слой и увлекается восходящим газовым потоком вверх, а затем отделяется от газа через сепарационные отверстия 6. Газ после контакта уходит вышележащую ступень, а отработавшая жидкость выводится из корпуса через патрубок 8. Установка внутри корпуса направляющей перегородки 9 предотвращает перемешивание свежепоступающей жидкости с отработавшей.The vortex step works as follows. Gas for cooling enters the casing of the contact stage from below, goes around the conical base of the swirl and through the guide vanes 4 is tangentially fed into the swirl, acquires a swirling motion. The fluid is supplied through the inlet pipe 7, fills the annular space between the housing 1 with the contact pipe 2 and the horizontal partition 9, and through the pipes 5 it enters the swirler, where it disperses into a swirling gas stream. Then the swirling gas-liquid flow enters the contact pipe 2, where under the action of centrifugal force the liquid is thrown onto the walls, forms a film layer and is carried away by the upward gas flow, and then is separated from the gas through the separation holes 6. The gas leaves the overlying stage after contact and the spent liquid is discharged from the housing through the pipe 8. Installation of a guide wall 9 inside the housing prevents mixing of the freshly arrived liquid with the spent one.

В завихрителе происходит взаимодействие газового потока капельным слоем, обладающим развитой поверхностью контакта. Благодаря высокой скорости газового потока и тому, что количество патрубков для ввода газа совпадает с количеством щелей между лопатками завихрителя пространство завихрителя будет заполнено большим количеством капель жидкости, что обеспечит развитую поверхность межфазного взаимодействия и высокую интенсивность охлаждения газа в зоне завихрителя. В контактном патрубке происходит взаимодействие скоростного газового потока с пленкой жидкости, благодаря тому, что диаметр контактного патрубка меньше чем диаметр завихрителя, скорость газа в контактном устройстве больше, чем в завихрителе, это обеспечивает высокие относительные скорости взаимодействия газа и жидкости высокие коэффициенты теплопередачи, высокую интенсивность теплообмена. Основным достоинством предлагаемого технического решения является то, что предлагаемая конструкция позволяет установить контактные ступени одна над другой, организовав многоступенчатое взаимодействие с противоточной схемой взаимодействия газа и жидкости, или с подводом свежей охлаждающей жидкости на каждую ступень. Такой подход позволяет добиться нужной степени охлаждения газа, наращивая высоту аппарата путем установки требуемого количества вихревых ступеней одна на другую.In the swirler, the gas stream interacts with a droplet layer having a developed contact surface. Due to the high gas flow rate and the fact that the number of nozzles for introducing gas coincides with the number of slots between the blades of the swirler, the swirl space will be filled with a large number of liquid droplets, which will provide a developed interface surface and a high intensity of gas cooling in the swirl zone. In the contact pipe, the high-speed gas stream interacts with the liquid film, due to the fact that the diameter of the pipe is less than the diameter of the swirl, the gas velocity in the contact device is greater than in the swirl, this ensures high relative gas-liquid interaction rates, high heat transfer coefficients, high intensity heat transfer. The main advantage of the proposed technical solution is that the proposed design allows you to set the contact stage one above the other, organizing a multi-stage interaction with the counter-current gas-liquid interaction scheme, or with the supply of fresh coolant to each stage. This approach allows you to achieve the desired degree of gas cooling, increasing the height of the apparatus by installing the required number of vortex steps one on top of the other.

Claims (3)

1. Вихревая ступень для контактного охлаждения газа состоящая из корпуса, контактного патрубка, завихрителя, технологических патрубков ввода и вывода жидкости в корпус, патрубков ввода жидкости в завихритель, сепарационных отверстий на выходе из контактного патрубка, отличающаяся тем, что завихритель выполнен в виде камеры с коническим основанием и тангенциальным вводом газа через направляющие лопатки.1. A vortex stage for contact cooling of gas consisting of a casing, a contact pipe, a swirler, technological pipes for introducing and discharging liquid into the body, pipes for introducing liquid into the swirl, separation holes at the outlet of the contact pipe, characterized in that the swirl is made in the form of a chamber with conical base and tangential gas inlet through guide vanes. 2. Вихревая ступень для контактного охлаждения газа по п.1, отличающаяся тем, что количество патрубков ввода жидкости в сепаратор совпадает с количеством пазов между лопатками завихрителя.2. The vortex stage for contact cooling of gas according to claim 1, characterized in that the number of nozzles for introducing liquid into the separator coincides with the number of grooves between the blades of the swirler. 3. Вихревая ступень для контактного охлаждения газа по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что в корпусе ступени установлена горизонтальная перегородка.

3. Vortex stage for contact cooling of gas according to claims 1 and 2, characterized in that a horizontal partition is installed in the stage casing.