RU50430U1 - Устройство для контакта газа с жидкостью - Google Patents

Abstract

Устройство относится к устройствам, которые используются для проведения процессов смешения жидкости с газом, а также их химического взаимодействия. Оно может быть использовано в нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической, пищевой, фармацевтической промышленности и в биологии. Смесительное устройство содержит корпус, инжекционную камеру, распылитель жидкости, выполненный в виде вертикальной трубы, диспергатор, расположенный перпендикулярно к оси трубы и имеющий загнутые лопасти, которые раскручивают газожидкостную смесь, распределяя ее по реакционному объему аппарата. Закручиванием потока создаются высокие напряжения сдвига на границе смешиваемых фаз, что значительно интенсифицирует процесс массопереноса, увеличивая поверхность контакта и увеличивает время пребывания газа в устройстве.

Description

Изобретение относится к устройствам, которые используются для проведения процессов смешения жидкости с газом, а также их химического взаимодействия. Оно может быть использовано в нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической, пищевой, фармацевтической промышленности и в биологии.

С целью интенсификации процесса смешения фаз используют попеременное изменение формы потока, удар потока о твердые преграды-отбойники, закручивание, взаимную эжекцию отдельных фаз, наложение пульсаций.

Известно устройство, в котором используются многие из этих методов интенсификации [авт. свид. СССР №1263330 (МКП B 01 F 5/04)]. В этом устройстве для интенсификации массообменного процесса путем увеличения поверхности контакта фаз и скорости ее обновления устанавливаются четыре дополнительных смесителя в горизонтальной плоскости. Недостатком такого устройства является сложность конструкции, значительное увеличение давления и расхода жидкости, которая подается на пять смесителей. Кроме того в коротких смесителях не происходит инверсии фаз.

Известно множество устройств, в которых энергия на перемешивание подводится в форме гидравлической энергии самих смешиваемых потоков жидкостей. Подвод энергии в потоки, выполняемый насосами, смонтированными в удобном месте производственной установки, отсутствие подвижных элементов в самом смесителе, технически упрощает проведение технологического процесса смешения.

Физически, принцип действия таких устройств заключается в создании высоких напряжений сдвига в потоке жидкостей посредствам закручивания потока с помощью турбулизирующих вставок. Закручивание потока может осуществляться ленточными завихрителями [Патент США 3949970, Патент Франции 2301281], тангенциальным подводом потока жидкости [авт. свид. СССР 1487961, (МКП В 01 F 5/00)], лопастными закручивателями [Антуфьев В.М., Веденеев В.А. - Хим. и нефт. машиностроение, 1974, №1, с.16-18.].

Наиболее близким конструктивным аналогом является аэрирующее устройство [авт. свид. СССР №593723 (МКП В 01 F 5/04)], которое примем в качестве прототипа. Аэрирующее устройство содержит корпус, распылитель жидкости, смеситель, выполненный в виде вертикальной трубы, диспергатор, расположенный перпендикулярно к оси трубы.

Жидкость под давлением подается в распылитель и распыливается, создавая скоростной поток. Скоростной поток распыленной жидкости создает разряжение в инжекционной камере, позволяющее засасывать газовую фазу внутрь смесителя. В смесителе происходит первая фаза контакта жидкости и газа, обусловленная развитой поверхностью распыленной жидкости. На выходе из смесителя газожидкостная смесь диспергируется, образуя тонкую дисперсию, обуславливающую вторую стадию контакта фаз.

Недостатком прототипа является то, что интенсивность перемешивания, а следовательно процесса массопереноса, в рабочем объеме реактора значительно ниже, чем в смесителе (вертикальной трубе), хотя время пребывания жидкости и газа в рабочем объеме значительно больше (в сотни раз), чем в смесителе.

Задача предлагаемого изобретения: интенсификация процесса смешения путем увеличения поверхности контакта фаз, скорости ее обновления и увеличения времени пребывания газа в устройстве за счет раскручивания газожидкостный потока в корпусе устройства.

На рисунке изображено предложенное устройство для системы газ-жидкость.

Устройство для контакта газа с жидкостью содержит корпус 1, инжекционную камеру 2, распылитель жидкости 3, соосно установленный смеситель 4, выполненный в виде вертикальной трубы, диспергатор 5, расположенный перпендикулярно к оси трубы и имеющий загнутые лопасти 6.

Устройство работает следующим образом. Жидкость под давлением подается в распылитель 3, распыливается и засасывает газ, поступающий в инжекционную камеру 2. Образовавшаяся газожидкостная смесь походит через смеситель 4. В смесителе происходит первая фаза контакта жидкости и газа, обусловленная развитой поверхностью распыленной жидкости. В зависимости от режима работы смесителя, его геометрических параметров и перепада давления на распылителе, в смесителе может образовываться газожидкостный двухфазный поток с различным соотношением жидкости и газа. Двухфазный поток может быть с дисперсной жидкой, либо газовой фазой. При определенных условиях может происходить инверсия фаз в самом смесителе и газовая фаза становится дисперсной. Подобный режим работы наиболее эффективен ввиду того, что в момент инверсии наблюдается наибольшее значение коэффициента массопередачи. При выходе из смесителя газожидкостный поток с большой скоростью ударяется в диспергатор 5. При ударе газожидкостного потока о диспергатор газовые пузырьки дробятся. Происходит вторая стадия контакта газа с жидкостью. Затем образовавшая смесь раскручивается загнутыми лопастями 6, установленными на диспергаторе и распределяется по реакционному объему аппарата. В реакционном объеме осуществляется третья стадия контакта газа с жидкостью.

В рабочем объеме закручиванием потока создаются высокие напряжения сдвига на границе смешиваемых фаз, что значительно интенсифицирует процесс массопереноса, увеличивая поверхность контакта.

Claims (1)

1. Устройство для контакта газа с жидкостью, содержащее корпус, инжекционную камеру, распылитель, смеситель, выполненный в виде соосно установленной трубы, направленной вертикально вниз, диспергатор, перпендикулярный к оси трубы, отличающееся тем, что диспергатор имеет загнутые лопасти, позволяющие раскручивать газожидкостный поток в корпусе устройства.