SU1754178A1 - Устройство дл очистки газа - Google Patents

Abstract

Использование- комбинированна  тонка  очистка газа от твердых частиц сухим способом и мокрой доочисткой с одновременным охлаждением газа, либо извлечением из него какого-либо компонента Сущность изобретени  очистка газа за счет непрерывного редиспергировани  жидкости поперек газового потока и соударени  капель производитс  в устройстве за счет того , что диффузор трубы Вентури, начина  с горловины до сечени /равного 1,5-6 ее диаметрам , выполнен из витков полутруб 8, неразрывно соединенных между собой по кромкам, а выходна  труба 5 цилиндрической центробежной камеры 1 заканчиваетс  ниже последнего витка полутруб 8 Вследствие генерировани  в витках полутруб тороидальных вихрей капли прошивают поток газа поперек сечени  диффузора на многих  русах 4 з.п. ф-лы, 3 ил

Description

Изобретение относитс  к устройствам дл  комбинированной тонкой очистки газа от твердых частиц и может быть использовано в пищевой, химической, металлургической и других отрасл х промышленности в тех процессах, когда на первой стадии необходимо выделить твердые частицы сухим способом, а затем на второй стадии провести селективное извлечение из газовой смеси какого-либо компонента методом абсорбции, либо осуществить мокрое обеспыливание газа с одновременным его охлаждением, целесообразно применение устройства, например, дл  очистки отработанного сушильного агента после распылительных сушилок в производстве сухого обезжиренного молока

Известен циклон, содержащий цилинд- роконический корпус тангенциальный входной патрубок осевые патрубки отвода очищенного газа и уловленной пыли, установленную в нижней части корпуса под патрубком отвода очищенного газа обечайку в виде обратного конуса с отвод щим патрубком в вершине и распределителем жидкости по периметру основани , причем к основанию обечайки прикреплен отражатель, выполненный в виде обратного усеченного конуса, меньшее основание которого расположено в ее полости, образу  сужающийс  книзу кольцевой канал, в верхней части которого расположен распределитель жидкости

Достоинством этого технического решени   вл етс  предельно рациональна  компоновка - линейна  схема расположени  устройств, в которых протекают разные технологические процессы (сухое улавливание пыли и мокра  доочистика газа) Преимущества такой компановки становитс  особенно очевидным, если твердые частицы  вл ютс  целейым продуктом, основную массу которого необходимо выделить в сухом виде. Такой подход и реализован с предлагаемом изобретении.

Недостатками известного циклона  вл ютс  низкие, как эффективность стадии мокрого пылеулавливани , так и интенсив

fe

Ч

СП

Јь

оэ

ность протекани  процессов тепло- и массо- обмена между газом и орошающей жидкостью Ведь в данном случае необходимо не только уловить жидкостью твердые частицы , но и максимально регенерировать огромный тепловой поток из отработанного сушильного агента, т е создать в аппарате такую гидродинамическую обстановку, при которой контакт газовой и жидкой фаз характеризовалс  бы максимальными коэффициентами тепло- и массоотдачи Оба указанных недостатка объ сн ютс  тем, что контакт фаз осуществл етс  в пленочном режиме, характеризующемс  малой поверхностью межфазного контакта, а также тем, что в тупиковой конической обечайке при наличии осевого стока крутка газа мгновенно затихает. То есть, другими ловами, нижн   часть конической обечайки совершенно не используетс  дл  проведени  технологического процесса, а в ее верхней части процессы мокрого обеспыливани  с одновременным охлаждением газа протекают крайне неэффективно.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  устройство дл  очистки газа, содержащее центробежную цилиндрическую камеру сухой очистки со статическим закручивателем в его верхней части и пылевыпускнымотвер- стием в днище выходную трубу, соосно установленную трубу Вентури, частично заглубленную внутрь цилиндрической камеры и выполненную с конфузоромГгбрЛОви- ной, диффузором и оросителем При этом, ороситель выполнен в виде резервуара с коническим перфорированным Днищем, в нижней части которого установлена форсунка , а нижний конец диффузора трубы Вентури снабжен перфорированным цилиндром, погруженным в жидкость и полутороидальным козырьком, а центробежна  камера снабжена обтекателем и статическим закру- чивателем, установленным с его внешней стороны

Первым недостатком известноУб устройства  вл етс  большой расход энергии на проведение процессов комбинированной пылеочистки, обусловленный нё ра цио- нальной компановкой стадии сухого и мокрого обеспыливани . В этом пылеуловителе газ трижды мен ет направление движени  на 180° и один раз на 90°, что  вл етс  источником значительного гидравлического сопротивлени  Первый раз газ мен ет направление движени  на противолежащее при входе в обтекатель 5, второй - при входе в конфузор трубы Вентури, третий - при выходе из диффузора и, наконец, четвертый - при выходе из корпуса 1 Заметим , что газ вынужден еще раз изменить направление движени  на 90° при входе в вертикальный газоход (не показан), выбрасывающий очищенный газ в атмосферу Все

это крайне нерационально.

Другим принципиальным недостатком  вл етс  низка  эффективность стадии мокрой очистки газа, вызванна  тем, что вследствие вращени  газа капли жидкости сразу

0 после распыла оказываютс  отброшенными на стенки, т е орошающа  жидкость проходит трубу Вентури практические пленочном режиме, характеризующимс  весьма малой поверхностью межфазного контакта. Кроме

5 того здесь также не устранен самый большой недостаток практически всех известных труб Вентури - малое врем  пребывани  жидкости и ее неравномерное распределение по сечению,

0Целью изобретени   вл етс  устранение указанных недостатков, т е. повышение эффективности очистки газа и интенсивности процессов тепло- и массообмена за счет устойчивого диспергировани  орошающей

5 жидкости и обеспечени  условий многократного соударени  капель с одновременным обновлением поверхности межфазного контакта.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что

0 в устройстве дл  очистки газа, содержащем цилиндрическую центробежную камеру сухой очистки со статическим закручивателем в ее верхней части и пылевыпускным отверстием в днище, выходную трубу, соосно ус5 тановленную трубу Вентури, частично заглубленную внутрь цилиндрической камеры и выполненную с конфузором, горловиной , диффузором и оросителем, согласно изобретению горловина трубы Вентури рас0 положена на уровне днища цилиндрической центробежной камеры, а диффузор от горловины до сечени , равного 1,5-6 ее диаметрам , выполнен из соединенных между собой витков, обращенных выпуклостью от

5 оси трубы Вентури, полутруб, нижние, по ходу газа кромки которых отогнуты вверх, при этом выходна  труба размещена по оси устройства, пропущена через центробежную камеру, а ее нижний конец расположен

0 ниже последнего витка полутруб, конец которой заканчиваетс  ниже последнего витка полутруб.

В предпочтительном варианте ороситель выполнен в виде, установленного сна5 ружи горловины тороидального распределител  жидкости с тангенциальными соплами, ориентированными в сторону конфузора.

При проведении процесса пылеочистки с одновременным селективным извлечет ем из парогазовой смеси какого-либо компонента снаружи диффузора целесообразно установить теплообменную рубашку дл  охлаждени  жидкого поглотител .

Кроме того, на выходной трубе с равным смещением по ходу газа относительно каждого витка полутруб диффузора выполнены винтовые вм тины зеркального профил .

Дл  повышени  эффективности сепарации мелкодисперсных капель жидкости уст- ройство снабжено статическим винтовым закручивателем газа, установленным снаружи выходной трубы ниже последнего витка полутруб диффузора.

Существенные отличительные призна- ки изобретени  подтверждаютс  следующими доводами, Нами было проведено экспериментальное исследование движени  капель жидкости в винтовом (закрученном ) потоке газа, движущемс  в кольцевом диффузоре трубы Вентури, выполненном из витков прозрачных полутруб. Визуализаци  движени  капель и жидкостной пленки проводилась с использованием стробоскопического освещени  и скоростной киносъемки. Вы влено, что при винтовом движении в кольцевом зазоре диффузора капли под действием центробежных сил сбрасываютс  на стенки витков полутруб и сращиваютс  в жидкостную пленку Здесь, в объеме каждого витка генерируетс  тороидальный вихрь спутного направлени  с вращением основного газового потока Под совместным действием локальной центробежной силы тороидального вихр  в вертикальной плоскости и центробежной силы, развивающейс  от вращени  основного потока газа в горизонтальной плоскости, жидкостна  пленка движетс  вверх по внутренней поверхности каждого витка и, достигнув кром- ки, сбрасываетс  поперек основного потока газа, дроб сь при этом на мелкие капли. Капельный факел перекрывает при этом все кольцевое сечение диффузора, и это наблюдаетс  по русно. т.е. в каждой наклонной плоскости сопр жени  витков полутруб.

В основном газовом потоке и при ударе об осевую выходную трубу капли тормоз тс  и под действием центробежной силы вновь отбрасываютс  на поверхность ниже- расположенных полутруб, где процесс повтор етс  аналогично. Здесь следует отметить, что локальна  центробежна  сила

V 2

р m создаваема  от вращени 

тороидального вихр  в объеме каждого витка , значительно больше центробежной силы , действующей на капли от вращени  в горизонтальной плоскости основного газового потока. Это объ сн етс  тем, что окружна  скорость тороидального вихр  VOKP практически равна окружной скорости периферийных слоев осйовного потока газа, так как тороидальные вихри им и генерируютс , но радиус крутки тороидального вихра г значительно меньше радиуса крутки R основного потока газа. Вследствие этого, поперечные капли полностью прошивают кольцевое сечение газового потока, а удер живающа  способность витков полутруб по жидкой фазе весьма велика.

Така  благопри тна  гидродинамический обстановка в диффузоре трубы Вентури , когда капли по русно прошивают основной газовый поток, существенно повышает веро тность соударени  капель с частицами пыли, что многократно увеличивает число скоагулированных частиц и, как результат этого увеличиваетс  эффективность очистки газа. Кроме этого, многократное диспергирование пленки с кромок витков полутруб обеспечивает резкое увеличение и посто нное обновление поверхности межфазного контакта, что однозначно предотвращает мощную интенсификацию процессов тепло- и массообмена. Это особенно важно, если на стадии мокрого пылеулавливани  необходимо охладить газ, либо селективно извлечь из него какой-либо вредный (или, наоборот, ценный) компонент . Например, произвести абсорбцию труднорастворимого газа. Ведь в таком процессе требуетс  максимальна  турбулиза- ци  жидкой фазы и увеличенное врем  пребывани  ее в зоне межфазного контакта.

Предлагаемое выполнение диффузора трубы Вентури обеспечивает резкое (в дес тки раз) увеличение удерживающей способности по жидкой фазе и делает ее конкурентноспособной с насадочными и барботажными абсорберами по глубине протекани  процесса, сохран    ёное преимущество по капитальным и эксплуатационным затратам.

Здесь же отметим, что первоначально эксперименты т1ро в5 д ились намй 6 диффузором , витки которого были выполнены из симметричных полутруб полукруглого сечени . Диспергировани  жидкости поперек газового потока не наблюдалась, так как во внутренней полости витков полутруб не генерировалс  тороидальный вихрь. Поэтому профиль витков из полутруб с нижней кромкой , отогнутой вверх, продиктован необходимостью , чтобы от основного винтового потока газа указанные кромки отсекали периферийные слои газа, которые затем сворачивались бы в вихревые тороидальные жгуты в винтовой полости каждого витка.

Центробежна  камера снабжена осевой трубой, нижний конец которой заканчиваетс  ниже последнего витка, дл  того, чтобы сохранить предельно рациональную (как в аналоге) схему движени  газа при его верхней подаче в устройство В предлагаемом устройстве газ лишь один раз мен ет направление движени  на 180° (дл  прототипа это четыре раза), что обеспечивает минимальные затраты энергии на транспорт газа . Кроме того, такое расположение выходной трубы делит диффузор трубы Вен- тури на две части В верхней части, выполненной из витков полутруб, обеспечиваетс  максимальное диспергирование капель и равномерное распределение их по сечению, и всему объему газового потока, тогда как в нижней части наоборот - здесь дол жны обеспечиватьс  услови  возможно более полной сепарации капель из вращающегос  газового потока.

Выполнение оросител  в виде тороидального распределител  жидкости с тангенциальными соплами, сори ентйрЪван- ными в сторону конфузора, продиктовано стремлением увеличить относительную скорость фаз, чтобы повысить веро тность соударени  капель с частицами пыли Ведь если относительна  скорость фаз ра вна нулю , то близка к нулю и веро тность встречи капель с частицами пыли. Кроме того, это увеличивает рабочий объем стадии мокрого пылеулавливани 

Снабжение диффузора тепл обменной рубашкой дл  охлаждени  жидкого поглотител  целесообразно с двух точек зрени . Во-первых, так как жидкость оказываетс  отжатой центробежными силами к стенкам витков полутруб, то представл етс  возможность ее охладить, с целью повышени  в соответствии с законом Генри растворимости селективно извлекаемого газового компонента. Во-вторых, понижение температуры жидкости вызывает рост поверхностного нат жени , что подавл ет брызгоунос при сепарировании капель в нижней части диффузора

Выполнение на выходной трубе с равным смещением по ходу газа относительно каждого витка полутруб винтовых вм тин зеркального профил  продиктовано стремлением организовать генерирование торои- дзльных вихрей и вокруг наружной поверхности выходной трубы чтобы создать дополнительный капельный факел, прошивающей поток газа в обратном направлении и на другом уровне Вследствие организации дополнительной зоны контакта фаз эффективность пылеочистки возрастает .

Установка снаружи выходной трубы статического винтового закручивател  газового потока необходима дл  того, чтобы более эффективно осуществить сепарацию мелкодисперсных капель орошающей жидкости за счет дополнительного подкручивани  относительно заторможенных центральных слоев газа.

На фиг. 1 изображен продольный разрез

0 устройства дл  очистки газа; на фиг.2 - узел I на фиг. 1; на фиг.З - вариант выполнени  выходной трубы.

Устройство дл  очистки газа содержит цилиндрическую изнтробежную камеру 1

5 дл  сухого обеспыливани  со статическим закручивателем газа, выполненным, например , в виде тангенциального патрубка 2, пылевыпускное отверстие 3 в днище 4, осевую выхлопную трубу 5. Труба Вентури, слу0 жаща  дл  мокрой доочистки газа,

проведени  Процессов тепло-и массообме на и сепарировани  жидкой фазы, содержит

конфузор б , горловину 7. расположенную

на уровне днища 4 центробежной камеры 1,

5 диффузор, поделенный по высоте на две части. Верхн   часть диффузора, начина  с горловины 7 до сечени , равного 1,5-6 ее диаметром, выполнена из соединенных между собой витков патрубка 8, нижние

0 кромкцЭ которых отогнуты вверх и обращены выпуклостью от оси трубы Вентури. Здесь происходит коагул ци  пыли и процессы тепло-и массопереноса между газовой и жидкой фазами. Поэтому все

5 конструктивные особенности этой части диффузора направлены на обеспечение эффективного дроблений капель и возможно более полного перекрыти  капл ми сечени  по многим  русам по высоте. Относительна 

0 межфазна  скорость в этой части диффузора достигает максимальных значений, так как капли прошивают газовый поток поперек после диспергировани  с каждой кромки 9 витков полутруб 8 под действием

5 центробежных сил тороидальных вихрей. Прот женность этой зоны высокоактивного гидродинамического режима зависит от требований технологии к глубине протекани  процесса и определ етс  эксперимен0 тально дл  каждого конкретного случа . Нижний конец 10 выходной трубы 5 заканчиваетс  ниже последнего витка полутруб 8 и его положение однозначно определ ет прот женность нижней части трубы Венту5 ри - зоны сепарации капель 11В пределах всей зоны сепарации капель 11 снаружи выходной трубы 5 установлен статический винтовой закручиватель газового потока 12. Снаружи горловины 7 установлен ороситель в виде тороидального распределител  жидкости 13с тангенциально расположенными орошающими соплами 14, направленными в сторону конфузора 6 При проведении процесса пылеочист- ки с одновременным селективным извлечением из паро-газовой смеси какого-либо компонента снаружи диффузора целесообразно установить теплообменную рубашку 15 дл  охлаждени  жидкого поглотител .

Выполнение на выходной трубе 5 с равным смещением вниз относительно каждого витка полутруб 8 винтовых вм тин Г16 зеркального профил  обеспечивает генерирование тороидальных вихрей и вокруг наружной поверхности выхлопной трубы.

Устройство дл  очистки газа работает следующим образом.

Поток газа (например, отработанного сушильного агента после распылительной сушилки) через тангенциальный патрубок 2 поступает в цилиндрическую центробежную камеру 1, приобрета  при этом вращательное движение относительно ее продольной оси. Враща сь вместе с газовым потоком, более крупные частицы вод воздействием центробежных сил перемещаютс  к стенке камеры 1 и через пылевы- пускное отверстие 3 поступают в бункер (не показан).

Неуловленна  сухим способом мелкодисперсна  пыль вместе с вращающимс  газовым потоком направл етс  в конфузор 6 трубы Вентури на стадию мокрой очистки. Жидкость дл  орошени  поступает ерез патрубок 17 в тороидальный распределитель 13 и через тангенциальные сопла 14 впрыскиваетс  в контактную зону конфузора противотоком При встрече с высокоскоростным потоком газа струи и отдельные капли жидкости претерпевают многократное дробление 8 конфузоре 6 газ фильтруетс  через слой мелкодисперсных капель. Частицы твердой фазы соудар ютс  с капл ми жидкости и осаждаютс  на них. Равномерно закрученный поток газа эффективно взаимодействует со встречно направленным тонкодисперсным факепом орошающей жидкости. Однако, как показывают эксперименты, вследствие интенсивной крутки газа капли оказываютс  отброшенными на стенки уже в районе горловины 7. Поверхность межфазного контакта в этом случае резко снижаетс , т.е. существенно уменьшаетс  веро тность соударени  частиц с поверхностью жидкости и, как резуль- тат этого, падает эффективность очистки газа.

Вследствие того, что верхн   часть диффузора выполнена из витков полутруб 8 в них генерируютс  строго упор доченные

парные вихри, т е. вихри спутного вращени  с овновным винтовым потоком газа. Капли жидкости, наход щиес  в кольцевое пространстве 18, под совместным действием

локальных центробежных Сил тороидального вихр , действующих в вертикальной плоскости , и центробежных сил, развивающихс  от вращени  основного газового потока в горизонтальной плоскости,

0 отбрасываютс  на стенки полутруб 8 и сращиваютс  в пленку, котора  под действием тех же сил сбрасываетс  с кромок 9 поперек газового потока. Образующиес  при этом капли перекрывают все кольцевое сечение

5 18, прошива  поток газа по русно. После удара о осевую выходную трубу 5, капли под действием центробежной силы основного газового потока, отбрасываютс  на поверхность нижележащих лолутруб 8, и

0 процесс диспергировани  повтор етс  аналогично , Такое непрерывное обновление поверхности капель, движении их с большими относительными скорост ми межфазного контакта позвол ют достигнуть

5 максимальной веро тности соударени  капель с частицами пыли, т.е. повысить эффективность очистки газа.

Пройд  зону такого высокоактивного гидродинамического режима контакта фаз

0 газожидкостный поток попадает в зону сепарации капель 11, Расположенный в этой зоне статический винтовой закручиватель 12 дополнительно подкручивает относительно заторможенные центральные слои

5 газа и под действием центробежных сил капли жидкости отбрасываютс  на стенку диффузора и затем стекают в сборник орошающей жидкости 19, откуда она непрерывно откачиваетс  через штуцер 20.

0 В предпочтительном варианте тороидальные вихри могут быть генерированы и в винтовых впадинах 16 зеркального профил  по отношению к виткам полутруб 8. В этом случае образуетс  дополнительный факел

5 капель, движущихс  навстречу факельному потоку капель, сбрасываемому с винтовых гребней 9.

Claims (5)

1. Применение устройства дл  обеспыливани  отработанного сушильного агента по0 еле распылительных сушилок в производстве сухого обезжиренного молока позволит увеличить степень очистки воздуха до 99,7% и отказатьс  от использовани  громоздких и малоэффек5 тивных распылительных скрубберов. Формула изобретени  1. Устройство дл  очистки газа, содержащее цилиндрическую центробежную камеру сухой очистки со статическим закручивателем в ее верхней части и пылевыпускным отверстием ь днище, выходную трубу, соосно установленную трубу Венту- ри, частично заглубленную внутрь Цилиндрической камеры и выполненную с конфузором, горловиной, диффузором и оросителем, отличающеес  тем, что, с целью повышени  эффективности очистки газа и интенсивности процессов тепло- и массообменэ за счет устойчивого диспергировани  жидкости и обеспечени  условий многократного соударени  капель с одновременным обновлением поверхности межфазного контакта, горловина трубы Вёнтури расположена на уровне днища цилиндрической центробежной камеры, а диффузор от горловины до сечени , равного 1,5-6 ее диаметрам , выполнен из соединенных между собой витков, обращенных выпуклостью от оси трубы Вентури, полутруб, нижние, по ходу газа, кромки которых отогнуты вверх, при этом выходна  труба размещена по оси устройства, пропущена через центробежную камеру, а ее нижний входной конец

   расположен ниже последнего витка полутруб .
2. 2.Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ё- с   тем, что ороситель выполнен в виде

   установленного снаружи горловины тороидального распределител  жидкости с тангенциальными соплами, ориентированными в сторону конфузора.
3. 3.Устройство по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю- щ ё е с   тем. что оно снабжено теплообменной рубашкой, размещенной снаружи диффузора. -
4. А. Устройство по пп. 1,2 и 3. о т л и ч а ю- щ е е с   тем, VTQ на выходной трубе с равным смещением по ходу газа относительно каждого витка полутруб диффузора выполнены винтовые вм тины зеркального профил .,
5. 5. Устройство по пп. 1,2,3 и 4, о т л и ч а- ю щ е е с   тем, что оно снабжено статическим винтовым закручивателем газа, уста- новленным снаружи выходной трубы ниже последнего витка полутруб диффузора.

   52

   7 1Ь

   Фиг. 2

   16

   Фиг.З