Скоростные прямоточные распыливающие аппараты

Процессы массо- и теплообмена в скоростных распыливающих аппаратах проходят в условиях прямотока газа и жидкости при высоких скоростях газа (20…30 м/с и выше), причем вся жидкость уносится с газом и отделяется от него в специальном сепарационном устройстве [7].

Рабочий объем скоростных прямоточных распыливающих аппаратов обычно имеет форму трубы Вентури (поэтому такие аппараты часто называют аппаратами Вентури). Этот объем состоит (рисунок 5.3) из сужающейся части (конфузора), узкой части (горловины) и расширяющейся части (диффузора). Жидкость подают в горловину или в конфузор. Пройдя с большой скоростью через горловину, газ поступает в диффузор; здесь скорость газа постепенно снижается, после чего он направляется в сепарационное устройство. Вдиффузоре кинетическая энергия газа переходит в энергию давления с минимальными потерями.

На рисунке 5.З показаны некоторые типы аппаратов Вентури. В аппарате, изображенном на рисунке 5.3,а, жидкость подается в горловину 1 через расположенные по ее периферии отверстия и отделяется от газа в циклоне 2. На рисунке изображена труба Вентури прямоугольного сечения; применяют аппараты такого же типа и с круглыми трубами. В аппарате, приведенном на рисунке 5.3,б, осуществляется центральный ввод жидкости через сопло 3. Сепарационным устройством является бак 4, на крышке которого установлена труба Вентури. Аппараты Вентури, показанные на рисунке 5.З, называют форсуночными, поскольку жидкость вводят в них через форсунки (сопла).

а б

1-горловина с отверстиями; 2-циклон; 3-сопло; 4-бак

Рисунок 5.3 – Форсуночные аппараты Вентури с периферийным вводом жидкости и с центральным вводом жидкости

1 –конфузор; 2 –горловина; 3 –дифузор; 4 – сепарационное пространство;

5-цирколяционная труба;6-гидрозатвор; 7- бак; 8-преливная труба (от ступени к ступени)

Рисунок 5.4 – Бесфорсуночные аппараты Вентури с эжекцией жидкости (а – одноступенчатый; б – ступенчато - противоточный) и с пленочным орошением (в)

При вертикальном расположении трубы Вентури возможны и другие способы ввода жидкости. На рисунке 5.4,а показан бесфорсуночный аппарат Вентури, в котором жидкость эжектируется в конфузор 1 поступающим в него газом. Количество засасываемой газом жидкости определяется ее уровнем в баке 7. Жидкость, отделенная от газа в сепараторе 4,возвращается в бак по циркуляционной трубе 5. Из бака жидкость удаляется через затвор 6, при помощи которого и поддерживается необходимый уровень жидкости в баке.

Применение ступенчатого противотока в аппарате Вентури (при сохранении прямотока газа и жидкости в одной ступени) возможно при эжекции жидкости (рисунок 5.4, б). Здесь газ, проходя в каждой секции по узкой щели между поверхностью жидкости и нижним обрезом конфузора, увлекает за собой жидкостную пленку. Последняя в горловине трубы дробится газовым потоком на мелкие капли, создавая развитую поверхность массопередачи. Организация противотока жидкой и газовой фаз между секциями (ступенями) дает возможность увеличить массообменную способность в сравнении с прямотоком за счет повышения движущей силы процесса.

Бесфорсуночные аппараты Вентури могут работать и без циркуляции жидкости. В аппарате, показанном на рисунке 5.4,в, жидкость поступает в конфузор, переливаясь через его верхний обрез. Далее жидкость стекает по конфузору в виде пленки и распыливается газом при прохождении через горловину.

Разновидностью скоростных прямоточных распыливающих аппаратов является аппарат распыливающего типа (APT). Этот аппарат (рисунок 5.5,а) действует аналогично изображенному на рисунке 5.4,в, но не имеет диффузора. При больших производительностях в верхней плите устанавливают несколько конусов (конфузоров), как показано на рисунке 5.5,б. Из-за отсутствия диффузора аппарат APT обладает более высоким гидравлическим сопротивлением, чем аппараты с трубами Вентури. В аппаратах APT можно осуществить несколько ступеней распыления, устанавливая два или более конуса (рисунок 5.5,в).

а – с одним центральным конусом; б – с несколькими конусами; в – с двумя ступенями распыления

Рисунок 5.5 – Аппараты распыливающего типа (АРТ)

На рисунках 5.6 и 5.7 изображены аппараты ударного действия, в которых распыление происходит при ударе движущегося с большой скоростью газа о поверхность жидкости.

В ротоклоне (тип N) (рисунок 5.6) установлены один или несколько изогнутых щелевых каналов, нижняя часть которых затоплена жидкостью. При ударе о поверхность жидкости газ захватывает часть жидкости и вынуждает ее двигаться вдоль нижней направляющей канала, после чего она отбрасывается к верхней направляющей и при выходе из щели падает в виде завесы из капель. В ротоклонах применяют нагрузку по газу 3000…6000 м³/ч на 1 м длины щелевого канала при скорости газа в этом канале до 15 м/с. Гидравлическое сопротивление аппарата 1000…1500 Па.

Другой разновидностью скоростных прямоточных аппаратов является ударно-распылительный аппарат (рисунок 5.7), выполненный в виде колонного аппарата с многоступенчатым контактом.

1 – патрубок для входа газа; 2 – направляющие лопатки; 3 – каплеотбойник

Рисунок 5.6 – Ротоклон (типа N)

1 – перегородка; 2 – гидравлический затвор; 3- порог перелива

Рисунок 5.7 – Ударно-распылительный аппарат

Скоростные прямоточные распыливающие аппараты являются высокоинтенсивными и поэтому весьма перспективны для процессов, не требующих противотока или позволяющих обойтись небольшим числом ступеней. Однако эти аппараты изучены пока еще недостаточно и опыт промышленной эксплуатации их невелик.

Если требуется иметь небольшое гидравлическое сопротивление, целесообразно применять невысокие скорости газа (20…30 м/с), устанавливая в случае необходимости лишнюю ступень. Наименьшим сопротивлением обладают форсуночные аппараты Вентури. Сопротивление бесфорсуночных аппаратов и аппаратов APT выше. В то же время бесфорсуночный аппарат Вентури может работать без циркуляции жидкости посредством насоса, что обычно требуется в форсуночных аппаратах Вентури и APT; поэтому общий расход энергии для бесфорсуночного аппарата в ряде случаев меньше.