RU1828406C

RU1828406C - Устройство дл реализации процесса массопередачи

Info

Publication number: RU1828406C
Application number: SU802929445A
Authority: RU
Inventors: Рэмшоу Колин; Говард Мэллисон Роджер
Original assignee: Империал Кемикал Индастриз Лимитед
Priority date: 1979-05-31
Filing date: 1980-05-30
Publication date: 1993-07-15
Also published as: EP0020055A1; NO151881C; ATE24118T1; DK154001B; NO151881B; JPS5626502A; DK154001C; AU530583B2; AU5879880A; ZA803061B; EP0020055B1; DE3071856D1; BR8003373A; CA1157632A; NO801534L; JPS6352921B2; DK235180A; ES492020A0; ES8102839A1

Abstract

Использование: дл осуществлени массообмена между текучими фазами, по крайней мере одна из которых вл етс жидкостью. Сущность изобретени : устройство дл реализации процесса массопере- дачи между двум текучими фазами содержит проницаемый элемент, поверхности стенок которых образуют извилисты канал дл прохождени текучих фаз, установленный с возможностью вращени и выполненный из пр дей, волокон, фибрил или нитей, взаимосв занных между собой в трехмерную основу, при этом элемент имеет пористость по меньшей мере 90% и межфазную поверхность по мерей мере 1000 м /м . пр ди, волокна, фибрилы или нити имеют точечные св зи. Трехмерна основа может быть выполнена из металла. 2 з.п; ф-лы, 4 ил., 4 табл.

Description

Изобретение относитс к устройству дл осуществлени массообмена между текучими фазами, по крайней мере одна из которых вл етс жидкостью.

На фиг.1 представлен продольный разрез устройства; на фиг.2 - разрез А-А «а фиг.1; на фиг.З - схема непрерывного дис- тилл ционного устройства; на фиг.4 - схема устройства, показанного на фиг.З, применительно к паровой рекомпрессии.

Устройство содержит полый диск, имеющий корпус 1 из нержавеющей стали, стенку 2 и крышку 3, закрепленную болтами на ней, полый вал 4. Полый вал 4 соединен с четырьм радиальными каналами 5 в корпусе 1, которые ведут к проходам 6, через которые может протекать жидкость. Стенке 2 снабжена фланцем 7, который входит в кольцевую канавку 8 в крышке 3. Кольцо 9,

выполненное из металлической объемной сетки, обычно из Ретимета 80, расположено между корпусом и крышкой, оно удерживаетс внутренней проволочной сеткой 10, а также наружной проволочной сеткой 11, образу при этом проницаемый элемент. Через крышку 3 и через газоплотное уплотнение 12 проход т две концентрические трубы 13 и 14. Наружна труба 13 соедин етс с четырьм дутьевыми распылител ми 15, через которые жидкость может поступать в кольцо 9. Полый вал 4 вращаетс в роликовых подшипниках, расположенных з опорном кожухе 16, который соедин етс с неподвижным сборником жидкости, представл ющим собой корпус 17, выполненный из нержавеющей стали и снабженный проходом 18. Электродвигатель (на черт, не показан) обеспечивает привод полого вала с помощью клиновой ременной передачи.

00 N5 00 О О

СО

Устройство работает следующим образом .

В процессе работы полый диск вращаетс , жидкость noeiynacT по трубе 13 в кольцо 9 13 металлуг еской сетки, проходит радиально нарушу через нее, заполн л пространство мехду проволочной сеткой 11м стенкой 2, м выходит чсреч канал, фланцем 7 и канавкой 8. аз поступает в устройство через полый пал 4 и каналы 6 входит в кольцевой HDOMOKVTOK между с,юккой 2 и проволочной сеткой 11. Жидкость наход ща с в пространств ме:кду стенкой 2 и наружной сеткой 1 , преп тствует ьыходу газ ь оленчу , газ направл етс мороз поры роыч цаомсго эпемегпэ противотоком по о:РОЧЮНИГО к

ЖИДКОСТИ I СЫЧОДИ1 ПО |р/б( 1 i Kt-V.K JCIb

собираетсч в корпусе 11 и может выпущена проход 18, если ото троОуею ,

На фш.З представлен комплект неподвижных коппусов 19, 20,21,22, кочдгнсчгор 23 м бойлер 24, кошрь-е устгжоьлсни пс/фу; приходного вала 25 Приводной вэл 2G вращает проницаемые елеменш, паспо/ю пне во . -ле элементах, коюрм(; не показаны, устачпвленнь х в uonnyca) П, U, 21, 22. Линии дл подачи хидкоии б, 28, а также лини дл года илрч 29, 0,31 снабжены соответствующими гасоггми (с торне не показаны), соедим ч соседние корпуса П иоь ао 32 и мд, 33 линии снабжены раздели кем 3(, он со еди.. ет конденсатор 23 i )i i ,rie/- inrn KOJ}- пусон, Ларопач инич 3 v.s tqKocnv лини 35 с а&жсни р ЩУПure ifif 3 / .cro- рый соедин й бо /.лер2 г, ко 1плочтсн ф- пусоа. Лини подэчи 38 по сидлн чс ч чмдкоотно |1 линии 27,

В процессе р воты прирглиом .: 2Гз вращаетс дэи«ателсм (нет/аз1)11). Подача жидкости в дмстилппцн ин 1-5 у . ао осущестал етсл по линии 3В, онг . - сшнаэ- етс е гчиддостью о лмпип У7 и радиа ьно наружу через промицас-ми ; мент в корпусе 21, контасшоу гз«ом с паром, проход щим радиаиьно ьн;трч через этот проницаемый элемент, Ч зшь низшей кип щей фракции и жидкости отдоп егс и иапраз втс с паром по линии 39 в проницаемые зпомгчт, расположенный в корпусе 20ч а то врем гак высша кип ща фракимч nocr/naet с жидкостью по линии 28 в проницаемый элемент, расположенный ь корпусе 22, Вмешал кип ща фракци , выход ща из корпуса 22, проходи го лкнпц 36, часть ее проходш через разделитель 37 о нйкопи1егы1ук емкость , а опальна поступает в бейпср 24. Пар, вичод щад, из Оойлерч24 ьрокодкт

-

10

15

70

5

чо

по линии 35 р проницаемый элемент, расположенный в корпусе 22 Пар проходит через проницаемый элемент до тех пор, покз ииз- кокип ща фракци выходит по линии 32, а затем он поступает в конденсатор 23 Жидкость , выход ща из конденсатора проходит по линии 33, част ь ее через разделитель 34 направл етс в накопительную емкость, а остальна часть возвращаетс в комплект корпусов,

На фиг.4 компрессор 39 установлен на приводном валу 25 ПРООЕЭЧлини 32 и жидкостна лини 40 соедин ют компрессор с комплектом корпусов, j кжке с холодильником 41 соответственно Жиокосд па лини 42, снабженна разделите Юм 43, соедин ет хо- под шькчк 41 с омг /,ек ом корпусов.

В происсг- ра&оти нч кокип и с i фрак- чич выходи v.i ог-шлогла корпусов и про- годпч по З -7 компрессор 39, где она . с получ 4t;iic - хид ч0сти. Жид- кос, - ПРОХОДИ ПО ЛММИ.И ЛО В ХОЛОДИЛЬНИК

И, о; з тср о1 тепло, которое сосприни- нтс лпсочокипчиай бпагц- еи Жпл.кость; . ч о - о/юди; .чике, РПОХОЛИТ по j Mvini /i ;, - с, ее i,2s)o:i, прздегитель 43 ь«5прг .толчеи ь чакпп.льпую емкость, з „юлок i пз рг 1пстс а /омплект корпусов. SI lOi f л чоспгсс v . З1 . ст-пшчлен н Г|рч 0чногл, глу 5. Р0| ч1 i л ичь 37 и :чидМ )СТНСП ЛИ| ИЧ ЛО -,г ),, | ОГ kOf TijiCCrop С

01 ( горпч;сов , ,.е с чо одиль | CM i1, COOT ч ЛСТ ТЫ КО О вИЧ ПИ

i,:r 2, СПЧГПТСКЗЛ

т и е л е м 43,

г ГГ .

СООДЧНРС Xn/KViUJi HUlt

шрнусоп

процессе (, in тш зг фрак- i; in ЛУХОДЦТ из омг.льксо оп У ое и про- хо ит по линчч 32 в ком гч гсор 9 она С),лс г4;:1 с получен см м чостм Жид- KOP.TI i fjC o;;i T пс ппгг «10 п ол тлильник 1,5, :i,3 tep«OT которое еосприни- ficnc13 рисскскипг-ш 1 гракццей. Жидкость, ox;ia/i, jeH43si а хол лнльннче, проводит по uwMw.i , идггь ое |.;э аепитепь 43 г иэ со:1 те Соную е вкость, OCICTOK coaapauiaei , ч чомп ект корпусов.

Fed прочии емуй зноиент заготовлен из ил волокон, го ОИУ нахо/;ит1-с п неханичсо сь контакте друг с другогь Swt нолно соединить между собой, наприглсп, путст. э -з1 ниг или ткани , скле- 1Шй;нш, аогут быть сччзтчь узлами, например , ппаплеимем пли созданием так нвзь- асг ого объемисто мотачпчческого каркаса. Попере нот соченио подмен емых проропомек ипи tтажет быть, например , j E/yrfsoe, треугольное, крестообразное,

чо продпочттвльно круглое сечение.

Проницаемый элемент имеет.плоскость симметрии, в которой располагаетс ось вращени , например, он может представл ть собой проницаемый стержень, который вращаетс вокруг оси, перпендикул рной оси стержн и отсто щей от его центральной точки. В частности, предпочтительно, чтобы проницаемый элемент имел несколько плоскостей симметрии, которые пересекаютс по линии, совпадающей с осью вращени , например, он может иметь форму проницаемого стержн , который вращаетс вокруг оси, перпендикул рной оси его и совпадающей с его центральной точкой. Более предпочтительно, чтобы проницаемый элемент имел ось симметрии, котора совпадаете осью вращени , например, проницаемый элемент может иметь форму кольца , которое вращаетс вокруг оси симметрии. Если проницаемый элемент имеет форму кольца, то его наружный диаметр составл ет обычно от 25 см до 5 м, а внутренний диаметр обычно находитс в диапазоне от 5 см до 100 см.

Проницаемый элемент может быть выполнен за одно целое или состо ть из нескольких отдельных частей. Если проницаемый элемент выполнен за одно целое, то он может быть изготовлен с порами, например, путем вспененного лить , или поры можно получить внутри, например, отлиоа сплошной блок вокруг частиц соли, которые после этого раствор ютс , можно также образовать поры между част ми, представл ющими собой , например, проволочные кольца, Если проницаемый элемент изготовлен из отдельных элементов, то они могут быть проницаемыми , в этом случае имеет значение соотношение пористости в каждом элементе и между элементами, как вариант, отдельные элементы могут быть непроницаемыми. Если проницаемый элемент изготовлен из отдельных частей, то часто предпочтительно их выполн ть из проволочек или волскон, в этом случае поры проницаемого элемента образуютс между отдельными его компонентами . Часто выгодно, чтобы проницаемый элемент был цельным и/или механически самонесущий , поскольку это часто уменьшает склонность уменьшени пористости в процессе работы. Часто выгодно образовывать проницаемый элемент из соответствующим образом сформованных частей, например, сегментов или криволинейных участков, изготовленных из самонесущего материала.

Проницаемый элемент можно изготовить из любого материала, механическа прочность которого может противосто ть напр жени м, которые возникают в нем при вращении проницамого элемента с заданными скорост ми. Предпочтительно, чтобы материал не вступал в реакцию с жидкост ми , с которыми он может вступать в физический контакт. Обычно проницаемый элемент

5 изготавливают из стекла, пластмассы, например , силиконовой смолы или политетрафторэтилена , или химически стойкого материала, например, нержавеющей стали, никел , титана или тантала. Как вариант, материал может

0 представл ть смесь из двух и более компонентов в соответствующей пропорции. Например , он может иметь коррозионностойкое покрытие, например,, из секла и пластмассы на корродирующей основе, типа ржавею5 щей металлической проволоки.

Хот обычно проницаемый элемент з- л етс цельным, мы не исключаем использование составного проницаемого элемента. Так, кольцо проволочной сетки можно окру0 жить кольцом проницаемого металического каркаса.

Типичными примерами материалов, которые можно примен ть дл изготовлени

5 проницаемых элементов в устройстве, согласно данному изобретению, нар ду с другими можно привести кольца из тканной ленты, спеченной массы, плетеной или в заной проволоки, м той сетки, пены на карка0 се, преимущестоенно пены нз металлическом каркасе, волокнистого мата со спутанными волокнами или массы волокон.

Под пеной на каркасе мы понимаем относительно жесткое губчатое вещество с

5 сеткой, обычно металлической или керамической . Такое губчатое вещество получаетс путем наложени металлического покрыти на брикет волокон, например, из войлока или разомкнутое губчатое вещество, напри0 мер, полиуретановую пену с последующим выщелачиванием или другим способом удалени волокон или пены дл освобождени металлической сетки и получени множества тонких проволок или волокон металла,

5 сплетенных о трехмерную сеть. Под пон тием относительно жестка мы подразумеваем , что сетка способна выдерживать центробежную силу, а также другие нагрузки , действующие на нее в процессе работы

0 устройства, согласно данному изобретению , без существенного ее деформировани , что может привести к закрытию пор и нежелательному уменьшению расхода жидкостей . Металлическа сетчата губка также

5 имеет преимуи(естео в том, что ее можно легко обргбатысать дл получени ее заданных размеров, онз достаточно легко деформируетс , например, ее можно загибать на криволинейном участке, что благопри тно дл монтажа ус -ройства.

При увеличении площади поверхности раздела дн конкретного проницаемого элемента увеличиваюгсл потери Давлени на нам, также возрастает опасность его загр знени м заливан -ч , Простым экспериментом можно легко -найти соответствующий проницаемый элемент w скорость его вращени дл заданного сочетани жидкостей.

Обнаружено, что есшл гфоницмемый элемент не вл етс оамонесущмм, напри-, мер,-ом состоит из .объединенных частей, между которыми образуютс поры, или он состой : из дискретных компонентой, или он вл етс с.осугавным, то требуетс средство, которое удерживает пронмцаомый элемент з заданной форме и обепг:ечивэзт его ро- шцземш;ть. Это средство преимущественно прндотзвл ет собой ЙЛРМЗНТ, кп-тгзрьш Брзщйгггс аокруг той же оси, что н пронмцаэ-внутри него распопагйзтс прои-- 1 аечый эле- .-;зпт. Кроме этого, сли пронмцзамый зпе- мент к шлетс с.амоиесущим-, то его ч«г, выгодно располагать PG. вращанивмс э & Если используетс - ераш,ан. зла- ызнт, то проницаемый элемент, можно полагать полностью в нем и/ui о его част;, Рзамар проницаемого i-i его рас- псложени во вращшощенсй зломемте г-.ю;кi-i . ОГШбДеЛУГГЪ и ЗЭВМГ.ИМОО ПЛ ОТ ПЛОТНОСТИ

и ПЯО-.УЗДИ юв8р5;иооти раздела гпюнцнэе- мого эламентй, а также от гкфаметроа, оп- р дйл ю).|,-мх токучйсть. :кидкос:тей.. Ёсни проницаемый злемоит располагзетсл ичасти враидзющегос лемента, часто «; тгельно, чтобы проницаемый элемент размещала в . нпружной части по радиусу кра-цзющвгосй . элемента, поскольку при увади йнми рассто ни от оси аозрастйют центробежные силы, действующий на жидкость, образу пе уси- ленный слой, следовательно его. толщина уменьшаетс , Если проницаемый глвмент Располагаетс во врзшающечс элементе, oci-t симметрии которого совпадает с осью вра Цанк , то проницаемый элемент жела-- распределить си /т1терим К) вокруг оси о тем, чтобы вращзюишйс аленент был динамически уравновешен в процбг.ое йрэ- щени ,

Если-используетс вращающийс -элемент , то его можно выполнить из любого материала, который обладает механической прочностью, достаточной дл протиаодз йСТВ 1 з НоПрЯЖЭКИЯМ,, ЙОЗНИК9КНЦИМ В ШТ@риале в процессе вращении, tipsusaiOLuerocR элемента с заданными скорост ми, з также обладает коррозионной стойкостьй по от- ношеимю к среде, с которой он f/шжет контактировать в процессе работы. Нар ду с

0

5

ь

другими материалами, из которых можно изготавливать вращающийс элемент, можно отметить нержавеющую сталь, м гкую сталь, латунь, алюминий, никель, монель- метадл, Выбор подход щего материала не представл ет затруднений дл специалистов .

Скорость вращени проницаемого элемента нар ду с другими причинами зависит от его пористости, расхода жидкостей, а также от рассто ни по радиусу, которое проход т жидкости в проницаемом элементе. Минимальна скорость вращени проницаемого элемента часто зависит от параметров текучести жидкости, Максимальна скорость вращени проницаемого элемента определ етс механической прочностью его, а также механической прочностью вращающегос элемента, если он примен етс . Если используетс вращающийс элемент и если он имеет форму полого диска из нержавеющей стали, внутри которого размещаетс пропинаемый злемент, то обычно скорость враще- ж.н диска диаметром 0,5 м составл ет 1000-3000 об/мин; дл диска диаметром 1 и.. - 500-2000 об/мин; дл диска диамет- 1,5 и 400-1000 об/мин. При увеличении скорости вращени толщина сло :-кндмеет /1 на стенках пор проницаемого эле- ь е-гга на некотором конкретном рассто нии от его оси вращени уменьшаетс ,

В основном скорость вращни должна бытьз диапазоне 50-10000 об/мин,преимущественно 100-5000 об/мим и предпочтительно 500-2000 об/мин.

При заданных среднего ускорени , s также радиального рассто ни , которое жидкости протекают, в проницаемом эле- у-шгге, можно легко подсчитать его скорость вращени .

Ось вращени может быть горизонтальной , вертикальной или занимать промежуточный угол между нмми, однако часто желательно, чтобы она была вертикальной. если используетс проницаемый элемент а Форме кольца,-то обычно apaaie.fwe переда- SLTF на него черзз вз , выступающий из плоскости кольца на его оси (например, сверху или снизу, если ось вертикальна}. Проницаемый 3IH5MSHT может приводитьс во вращ&- ные, например, с помощью гидропривода с

МЗМ8НЯЙМЫМ ЧИСЛОМ Об@рОТОЙ, ШКИ83 С рЭмн8 « от электродвигател или трубопроводов .

- -Конструкций подшипников дл вращаю- щегос злемента известна специалистам, нёпример, мож-но- использовать- обычные рйдмапьные и радиа ьно-упорные подшиппмки .

Направление течени второй жидкости в способе, согласно данному изобретению, зависит от соотношени плотностей двух жидкостей, а также от их скоростей течени . Может быть спутное течение или противоток .

Течение жидкостей сквозь поры проницаемого элемента осуществл етс по существу в плоскост х, перпендикул рных оси вращени , т.е. осуществл етс радиальное течение , хот мы не исключаем возможности возникновени составл ющей скорости небольшой величины, параллельной оси. Пон тно; что если использовать проницаемый элемент, у которого толщина по радиусу существенно больше осевой длины, например проницаемый элемнет в виде диска, и осуществл ть подачу первой жидкости равномерно по толщине вдоль диска, то в этом случае можно уменьшить аксиальную составл ющую скорости первой жидкости, Например, если проницаемый элемент имеет форму диска, то он может иметь диамтер 80 см, а толщину 20 см.

По крайней мере, основна часть первой жидкости или ее производной выходит и проницаемого элемента вблизи радиального наружного его периметра. Поэтому делают устройство, которое, по меньшей мере, уменьшает выход жидкости по радиальному наружному периметру проницаемого элемента . Например, если проницаемый элемент имеет форму кольца, то его можно изготовить в виде слошного покрыти на двух плоскост х , или диски можно поддерживать в контакте с каждой из плоскостей или с вращающимс элементом, если он используетс , который можно приспособить дл предотвращени вышеупом нутого вытекани на рассто нии от радиального наружного периметра проницаемого элемента, при этом вращающийс элемент может иметь, например, форму полого диска, в котором располагаетс проницаемый элемент, плоские поверхности проницаемого элемента, при этом вращающийс элемент может иметь, например, форму полого диска, в котором располагаетс проницаемый элемент, плоские поверхности проницаемого элемента плотно контактируют с плоскими поверхност ми полого диска.

Если имеет место противоток, то пон тно , что необходимо средство дл подачи в проницаемый элемент второй жидкости, оно должно быть расположено на заданном рассто нии от оси вращени и предпочтительно у радиального наружного периметра проницаемого элемента. Например, проницаемый элемент может крепитьс во вращающемс элементе, образу промежуток между радиальным наоужным периметром

проницаемого элемента и внутренней поверхностью вращающегос элемента, в этот промежуток вытекает перва жидкость, образу жидкое уплотнение, через которое 5 втора жидкость может поступать в проницаемый элемент. Если втора жидкость представл ет собой смесь компонентов, то они могут подаватьс в упом нутый промежуток через один и тот же или отдельные

0 питатели, которые представл ют ииОой обычно радиальные каналы, выполненные в корпусе вращающегос элемента.

При движении первой жидкости ради- ально наружу через вращающийс проница5 емый элемент давление, действующее на нее, увеличиваетс , Поэтому, если имеет место противоток, то пон тно, что в месте подачи в проницаемый элемент втора жидкость должна быть под давлением, которое боль0 ше давлени первой жидкости в этом месте проницаемого элемента.

Если проницаем помещен во вращающемс элементе, то устройство дл подачи первой жидкости е проницаемый

5 элемент обычно имеет отверстие со вращающемс элементе, через которое может протекать жидкость. Если вращающийс элемент представл ет собой полый диск, то устройство дл подачи обычно располагаетс на

0 оси, хот мы не исключаем возможность того , что его можно располагать между осью вращени , а гакхе средством дл подачи второй жидкости в проницаемый оломент. Если перва жидкость вл етс смесью ком5 пОне:-;гов, то их можно подавать в проницаемый элемент через одно и то же или отдельные устройства дл подачи; например, их можно подавать через концентрические трубы, Если е данном изобретении применчет0 с проницаемый элемент, который опираетс на вращающийс элемент, то устройство дл выпуска первом жидкости или ее произ- водно.1 из вращающегос элемента обычно включает в себ одно или нескопько отвер.5 сии, расположенных по периферии вращающегос элемента на рассто нии от оси вращени , через это отверстие или отверсти жидкость мохет выходить в виде капель . Например, если вращающийс элемент

0 представл ет собой полый диск, в котором располагаетс кольцевой проницаемый элемент , то отверстие обычно выполн ют в виде расположенной по окружности щели в стенке полого диска, и щель преимущест5 венно непрерывна, или в наружной стенке выполнен р д отверстий

Если в устройстве, согласно данному изобретению, используетс проницаемый элемент, расположенный во вращающемс элементе, то ус-; ройстоо дл выпуска второй

жидкости, ее компонентов или производной. из вращающегос элемента обычно включает в себ одно или несколько отверстий во вращающемс элементе, через которые может протекать аторгзп жидкость, ее компонен- ты или производна . Цели вращающийс элемент представл ет собой полым диск, в которо -. располагаетс кольцевой гфонмгьз- амый элемент, то отверстие обычно располагают на оси.

Обычно проницаемый элемент м вращающийс элемент, если он используетс , устанавливают в неподвижном, сборнике жидкости, маирммйр, в корпусе, R котором могут собиратьс жидкости, их компоненты л производные, которые выход т -лз проми- цает. Юго элемента на рассто нии от оси вра- . Кроме этого, если неподвижный мы полней в виде герметичного кор- п у с.л тс- втора жидкость может подаватьс о него, а остуди в проницаемый элемент, г эпример, ;)ерзз соответствующим образом расположенные отверсти во вращающемс ламг;нте; Пон тно, что если и устройства, со- гласно данному изобретению, осуществл етс противоток, то проницаемый йлемеит и вп8.цй- ;:;щкйе элемент, если ом примен етс , должны устанавлмпатье в сборнике, благодар ч:: му жидкость, всход ща из проницаемого глемента на рассто нии от оси вращени , не будет контактировать с жидкостью, котора «иходнт вблизи оси вращени . Как вариант проницаемый элемент или вращающийс элемент, если он примен етс , снабжаютс каналом, проход щим по окружности, в который втекает перва .жидкость. Один Ы ш нео ол.ько соотаетстаующим образом расположенных неподвижных сборников, например , плоских черпаков погружены а канал, л под действием центробежной силы перва жидкость направл етс через сбор- пик в соответствующее место,

Врзм преобышзнч жидкостей про- нмцзеглом элементе вл етс функцией ра- гпдэдьных размеров проницаемого элемента, иго типа и проницаемости, скорости враща- ни , а также скоростей течени жидкостей. Эти параметры оказывают совместное действие на врем прерывани . Например, ее- л увеличиваетс радиус (проницаемого элемента в аиде диска), а другие параметры поддерживаютс посто нными, то врем пребы ва и увеличиваетс ; если убеличива- етс -скорость течени ,.а другие параметры поддаржизаютс посто нными, то врем пребывши уменьшаетс ; если.увеличмва- йте скорость ври1цени , а другие параметры поддерживаютс посто нными, то врем повоыванип. уменьшаетс .

Пон тно, что дл созданий в проницаемом элементе жидкой поверхности большой площади перва жидкость иУили втора жидкость, если она находитс в жидком со- то нии, должны преимущественно смачивать по существу всю поверхность стенок пор проницаемого элемента. Смачивание проницаемого элемента зависит от динамических факторов, но оно улучшаетс при обеспечении разновесных условий смачивани , Так жидкость, имеюща малое межфазное нат жение с проницаемым элементом, будет стремитьс .оттеснить от поверхности пор проницаемого элемента жидкость, име- ющуиз большое межфазное нат жение.с проницаемым элементом, этому процессу о тесненк способствует малое межфазное натнксшме между двум жидкост ми. Дл улучшени смачиваемости проницаемого элемента поверхность его .пор желательно -покрывать смачивающим агентом, или смачивающий ЗГ8Н. желательно добавл ть, по крайней мере, в одну из жидкостей. Например , если первой жидкостью вл етс вода; а поры проницаемого элемента имеют гидрофобную поверхность, например, прони- цзймьгй элемент изготовлен из сетки зол-окон политетрафторэтилена, то соответствующее поверхностно-активное вещест- чо, такое додсщмлсульфзг натри илм Монфлюр, можно добавл ть и воду. Если перва и втора средь вл ютс жидкими, то часто выгодно, чтобы стенки пор смачивались в первую очередь, первой жидкостью .

Несколько проницаемых, элементов, каждый мз которых снабжен соответствую- ш.мм сборником, обычно кожухом, можно соедин ть последовательно проточной коммуникацией , хот мы не исключаем возможности применени канала по периферии с соответствующим отвод щим устройством, как это было описано выше. Пон тно, что соответствующие насосы, где это нужно, можно установить а лини х, соедин ющих соседние проницаемые -элементы. Оптимально располагать пронмцеемые элементы на общей оси. Жидкости могут протекать спутно через р д элементов ,-но часто выгодно их направл ть противотоком.

Таким образом, ъ данном изобретении также предлагаетс устройство дл осуществлени масоообмена между двум жидкими фазами, перва из которых вл етс жйдостыо, содержащее несколько про- нмцэемых элементов, соединенныхпооле- доезтельно таким образом, что жидкости протекают через поры проницаемых эле- м емто при-средней ускорении, по меньшей мере, 150 м/с2.

Пример 1. Кольцевой проницаемый элемент, внутренний радиус которого 4,7 см и наружный радиус 9 см, выполненный из плетеной сетки 9031 (поверхность раздела 165 м 1, проницаемость 94%) установлен в полом диске (фиг.1 и 2). Диск вращаетс со скоростью 2850 об/мин, при этом раскисленна вода с расходом 17 10 5м3/с подаетс в полый диск и происходит радиально наружу через поры плетенной сетки, а воздух проходит радиально внутрь. Была измерена концентраци кислорода в воде, выход щей из диска, по пробе растворенно- го в ней кислорода. Опыт был повторен при скорости вращени 3350 об/мин. В дальнейших опытах в полом диске были размещены стекл нные шарики (диаметром 1,5 мм, поверхностью раздела 2400 м , пористость 50%), опыты проводились при тех же самых услови х: расход воды и скорость вращени . Так называемые объемные коэффициенты массобмена были досчитаны по уравнению:

К, , - Q |П Ce1 Cl Kta-vln

где KL коэффициент массообмена при регулировании по жидкой пленке, м/с;

Q -объемный расход воды, м /с;

V - объем, занимаемый проницаемым элементом, м ;

Ci - концентраций кислорода в поступающей воде;

С2 - концентраци кислорода а выход щей воде:

Cei - равновесна концентраци кислорода в воде при окружающей температуре;

а - поверхность раздела проницаемого элемента (м).

Результаты опытов приведены в табл.1, из которой следует, что увеличение среднего ускорени выше 5000 м/с приводит к росту обьемного коэффициента массообмена .

Пример 2, Кольцевой проницаемый элемент имеет внутренний радиус 4,75 см, наружный радиус 9 см и глубину 2,54 см, он выполнен из материала Ретимет 45 (поверхность раздела 2400 м2/м3), пористость 96%, элемент установлен в полом диске, представленном на рис.1 и 3. Диск вращалс со скоростью 1450 об/мин: при этом раскисленна вода расходом 16,7 м3/с подавалась в полый диск и проходила радиально наружу через поры материала Рети- мет 45, а воздух с расходом 16,7 м3/с поступал в полый диск и проходил радиально внутрь. Измер лась концентраци кислорода в воде на входе и выходе из полого диска путем отбора пробы на растворенный кислород. Обменный коэффициент массообмена подсчитывалс по уравнению, при- 5 веденному в примере 1.

Дальнейшие опыты проводились при увеличенных скорост х вращени , результаты приведены в табл.2.

Из тзбл.2 можно увидеть, что при увели- 0 чении среднего ускорени от величины приблизительно 5000 м/с имеет место заметный рост обьемного коэффициента массообмена .

Пример 3. Кольцевой проницаемый

5 элемент имеет внутренний радиус 4,8 см, наружный радиус 9,2 см и глубину 2,54 см, он изготовлен из тканной ленгы стекловолокна (ткана сетка 9048, поверхность раздела 1000 м2/м3, пористость 95%) и

0 установлен в полом диске, как это показано на фиг 1 и 2. Диск вращаетс при 1СОО об/мин, раскисленна вода с расходом 8,3 м3/с подаетс в полый диск и протекает радиально наружу сквозь поры в ленте из

5 стекловолокна, а воздух с расходом 8,3 м /с подаетс в полый диск и протекает радиально внутрь. Концентраци кислорода в воде ка входе и на выходе из полого диска измер лась по пробе растворенного кисло0 рода..Объемный коэффициент массообменз подсчитывалс по уравнению, приведенному в примере 1.

Дальнейшие опыты проводились при скорости вращени 1500 об/мин,

5 Дл сравнени вышеупом нутые опыты были повторены, использу кольцевой элемент , наполненный стекл нными шариками диаметром A им (поверхность раздела 900 м /м ; пористость 38%).

0Результаты этих опытов приведены в

табл.З, из которой следует, ч го дл проницаемых элементов, изготовленных из одного и того же материала и при приблизительно равных поверхност х раздела, большей по5 ристосты соответствует больший коэффициент массообмена, причем эти проницаемые элементы изготовлены из проволоки или волокон .

Пример 4. Кольцевой элемент (внут0 ренний радиус 4,5 см, наружный радиус 9,2 см, глубина 2,54 см, поверхность раздела приблизительно 350 м2/м3 и пористость 98% (изготовлен из тканой ленты из проволоки нержавеющей стали диаметром 120

5 мкм, он установлен в полом диске, как это показано на рис.1 и 2. Диск вращаетс при 2000 об/мин, при зтом раскисленна сода с расходом 8,33 м/с и воздух с расходом 8,33 м/с подаютс в проницаемый .элемент, как это показано в примере 1. Концентраци кислорода в воде на входе и выходе измер лась как в примере 1, а объемный коэффициент массообмена подсчитывалс по формуле, приведенной в примере 1.

В сраэнительных экспериментах использовались проницаемые элементы, имеющие вышеупом нутые радиусы, глубины и поверхности раздела, они выполнены из тканной ленты из проволоки нержавеющей стали диаметром 150 и 250 мкм, соответственно . Результаты опытов представлены п табл.4, из которых следует, что вращающее- с массообменное устройство, в котором проницаемый элемент имеет волокна диаметром менее 150 мкм, обеспечивает более высокие коэффициенты массообмена, по сравнению с таким устройством, у которого проницаемый элемент состоит из волокон диаметром равным 150 мкм и более.

При м е р 5. Опыты, приведенные в примере 4. повторили, использу проницаемый элемент, изготовленный но материала Ретммет 00 (внутренний радиус 4,5 см, наружный радиус 9,2 см, глубина 1,37 см.

емый элемент, выполненный из материала Ретимет 45, поверхность раздела 2400 м2/м3, эквивалентный диаметр волокон 160 мкм. Объемный коэффициент массообмена 5 Составил 0,795 .

Claims

Формула изобретени 1, Устройство дл реализации процесса массопередачи между двум текучими фаза10 мм, из которых по крайней мере перва фаза вгдетс жидкостью, содержащее, проницаемый элемент,поверхности стенок которого образуют извилистый канал дл прохождени текучих фаз, установленный с возмож15 ностью вращени относительно оси, средство дл подачи и выпуска текучих фаз, отличающеес тем, что. с целью увеличени пропускной способности жидкости и обеспечений надежности, проница20 емый элемент выполнен из пр дей волокон, фиорил или нитей, взаимосв занных между собой в трехмерную основу, при этом элемент имеет пористость по меньшей мере 90% и межфазную поверхность по меньшей

I

25 мере 1000 .
2,Устройство по п.1, о т л и ч а ю-щ е е- с тем. 4tо пр ди, волокна, фибрилы или sun и имеют точечные св зи.
3.Устройство по пп.1 и2, отл и ч а ю ще- П р и м о р 6. Опыты, приведенные з 30 е с гем, что трехмерна основа выполен|-:й из металла.

поверхность раздела 5600 м /м , эквивалентный диаметр волокон 80 мкм). Объединенный коэффициент маосообмена составил 1,503 с

-1

примере Ь. повторили, используй протидпемый элемент, выполненный из материала Ретимет 45, поверхность раздела 2400 м2/м3, эквивалентный диаметр волокон 160 мкм. Объемный коэффициент массообмена Составил 0,795 .

Формула изобретени 1, Устройство дл реализации процесса массопередачи между двум текучими фазамм , из которых по крайней мере перва фаза вгдетс жидкостью, содержащее, проницаемый элемент,поверхности стенок которого образуют извилистый канал дл прохождени текучих фаз, установленный с возможностью вращени относительно оси, средство дл подачи и выпуска текучих фаз, отличающеес тем, что. с целью увеличени пропускной способности жидкости и обеспечений надежности, проницаемый элемент выполнен из пр дей волокон, фиорил или нитей, взаимосв занных между собой в трехмерную основу, при этом элемент имеет пористость по меньшей мере 90% и межфазную поверхность по меньшей

I

мере 1000 .

Объемные коэффициенты массообмена системы вода/кислород

Скорость вращени ,

об/мин

3350

35Т а б л и ц а 2

Объемные коэффициенты массообмена среднее ускорение

Скорость вращени , об/мин

вреднее ускорение, м/с1

7Т

1450 2200 2550 2950

3350

Та бл и ца 1

/с1

7Т

г arst-9iiM Au0 rx«oi H

Объемные коэффициенты массообмена.

1,040

1,070

1,070

1,135

.1.730

Зависимость объемного коэффициента от диаметра волокна

ТаблицаЗ

Таблица4

фиг1

ф№ 4

58

31

1

-ZT -26

11

л

28

l