SE444119B - Forfarande for behandling av vetskor med gaser - Google Patents

Description

__.. .rwlfi___ .8207341-2 2 115 heten gör det möjligt att avsevärt minska reaktionstiderna i många fall åtföljd av en reducerad operativ volym hos systemet.

I fall då en ökning av koncentrationen blir möjlig genom en ökning av masstransporthastigheten och åtföljs av en ökning i viskositeten är det mycket viktigt att se till att systemets drift endast i begränsad utsträckning beror av vätskefasens viskositet. I allmänhet kan de kända systemen ej uppfylla detta krav.

I kända pumpbaserade system används i ökande utsträckning en variant med en stöt- eller slagutövande vätskestråle. Det är karakteristiskt för sådana system att gasen matas in i vätskan med hjälp av en stötutövande stråle som träffar ovanifrån medan vätskan som sådan får cirkulera. Två sådana typer av system är kända, nämligen dels där gasen medbringas med en vätskestråle- pump och i detta fallet dispergeras gasen i vätskestrålen innan denna träffar vätskan (DD patentskriften 56 763) och dels en~ metod där gasen införes i vätskan på mekanisk väg genom inver- kan av den ojämna ytan hos den fria sammanhängande vätskestrålen som passerar genom gasskiktet och i detta fall äger den primära dispergeringen av gasen rum efter det att gasen träffat vätskan (Schügerl, K., Chem.-Ing. Tech;'ä2, 956 (1980)).

Den stora nackdelen med de kända metoderna som utnyttjar den senare principen är att en ökning i vätskestrålens hastighet förorsakar en brant sänkning av den mängd gas som kan lösas E. och smith, J.M., Chem. Eng. J. medan vätskestrålens inträng- per energienhet (van de Sande, lg, 225-233 (1975), figur 6) ningsdjup är så liten inom området för de ur energisynpunkt gynnsamma låga hastigheterna hos vätskestrålen (under 5 m/s) att den praktiska nyttan, f synnerhet i.inåwstriel1 stor skala, därigenom avsevärt reduceras (Chem. Eng. J. lg, 231 (1975)).

Det kan tillskrivas detta faktum att verkningsgraden hos sådana processer uppnådda i praktiken är lägre än hos gas-vätskekon- taktbehandlingsanordningar av andra typer (Chem. Ing. Tech. âz, 951-965, (1980), tabell II).

Målet för uppfinningen är att ta fram en metod, som eliminerar 3 8201341 -2 eller reducerar nackdelarna hos kända lösningar av problemet och gör det möjligt att behandla vätskor med gaser på enkelt och billigt sätt men ändå uppnå ökade masstransporthastigheter och lägre energiförbrukning än hittills.

Uppfinningen baserar sig på upptäckten att verkningsgraden och egenskaperna hos ett system starkt kan förbättras om hastigheten på vätskestrålen når eller överstiger värdet 20 m/s och Reynolds tal för vätskestrålen när den lämnar strålningsmunstycket uppnår eller överstiger värdet 400 000. Denna upptäckt är överraskande, eftersom på basis av det kända förhållandet mellan vätskestrålens hastighet och den specifika gasabsorptionen, man kunde förvänta sig att med sådana värden på vätskestrålens hastighet mängden gas som skulle kunna lösas borde minska snarare än öka.

Till grund för uppfinningen ligger även upptäckten att den mängd gas, som kan lösas per energienhet, kan ökas ytterligare om läng- den på den sammanhängande vätskestrålens fria väg uppnår eller överstiger 15 gånger diametern på vätskestrålen.

Uppfinningen avser sålunda ett förfarande för behandling av vätskor med gaser, varvid en sammanhängande vätskestråle med hög hastighet införes i vätskan från ett munstycke genom ett' gasskikt. Enligt uppfinningen skickas vätskestrålen ut ur mun- stycket med en hastighet av 20 - 38 m/s, företrädesvis 24 - 28 m/s, och med ett Reynoldstal av minst 400 000, och längden på vätskestrålens fria väg hålles vid ett värde av minst 15, före- trädesvis 20 - 25 gånger diametern på vätskestrålen.

Förfarandet enligt uppfinningen är mycket brett tillämpbart för intensiv kontaktbehandling av de flesta olika vätskor, t.ex. lösningar eller suspensioner, samt gaser eller gasblandningar.

Som exempel på möjliga applikationer må nämnas aerob fermenta- tion, aerob biologisk rening av utflöden, luftning av fiske- vatten, katalytiska gas-vätskereaktioner, t.ex. katalytisk hydrering och rening av gaser inom absorption.

De huvudsakliga fördelarna med förfarandet enligt uppfinningen är följande: 8201341-2 4 “* f (a) En signifikant ökning i masstransporthastigheten blir möj- lig i jämförelse med vid kända processer. Det blir möjligt med en maximal syretransporthastighet från luften av 50 - 55 kg 02/m3. h, som är en multipel av den kvantitet syre som kan lösas med känd utrustning. (b) Den höga masstransporthastigheten gör det möjligt att avse- värt reducera reaktorvolymen och proportionellt därmed öka pro- duktkoncentrationen. (c) En gynnsam specifik energiförbrukning blir möjlig och för att lösa 1 kg 02 krävs 0,17 - 0,38 kWh energi. (d) Masstransporten är praktiskt taget oberoende av vätskans viskositet inom ett brett område. (e) Ett extremt högt gasutnyttjande möjliggörs, varigenom en given masstransporthastighet kan uppnås vid avsevärt lägre relativ gasuppehållstid och därmed ett förbättrat volymutnytt- jande. (f) Metoden kan utföras i extremt liten utrustning till låga investeringar och underhàllskostnader.

En ökad storlek påwutrustningen kan realiseras med en samtidig minskning av den specifika energiförbrukningen för masstrans- porten.

Varje känd typ av munstycke lämpligt för att åstadkomma en sam- manhängande vätskestràle kan användas vid förfarandet. För att reducera strömningsförluster är det fördelaktigt att använda ett så kallat “strålrör" med paraboloid-hyperboloid profil, som används i Peltonturbiner.

Förfarandet enligt uppfinningen belyses ytterligare med följande icke begränsande utföringsexempel.

Exempel 1 _ 0,2 m3 av en 0,5 M natriumsulfitlösning infördes i en behållare p _ 3207341 -2 v f -~-. ”grä - N ~~»Ak@f'F med höjden 2,5 m och diametern 0,45 m och fick cirkulera genom ! ett munstycke med diametern 0,02 m i närvaro av 0,001 mol/l koboltsulfatkatalysator. Med hjälp av en vätskestrâle med en hastighet av 22,5 m/s (Re: 450 000) och en fri våglängd av 0,4 m uppgick syretransporthastigheten från luft vid atmosfärs- tryck till 49,2 kg 02/m3.h uppmätt med en metod baserad på oxi- dationen av natriumsulfit (Linek, V. och Vacek, V., Chem. Eng.

Sci. 36, 1747-68 (1981)). Detta värde motsvarar en specifik energiförbrukning av 0,18 kWh/kg 02. f.

Exempel 2 Det i exempel 1 beskrivna tillvägagångssättet upprepades men med skillnaden att en vätskestråle med en hastighet av 34,8 m/s (Re: 556 000) och ett munstycke med diameter 0,016 m användes. Syret löste sig med en hastighet av 55,0 kg 02/m3.h vilket motsvarade en specifik energiförbrukning av 0,38 kWh/kg 02.

Exempel 3 2,5 m av en 0,5 M natriumsulfitlösning fick cirkulera i en behållare med höjden 6,5 m och diametern 1 m genom ett mun- stycke med diametern 0,06 m i närvaro av 0,001 mol/l kobolt- sulfatkatalysator som i exempel 1. Vätskestrålens fria väg- längd var 0,9 m och dess hastighet 25,4 m/s (Re: 1 524 000).

Syret löste sig med en hastighet av 54,5 kg 02/m3.h, vilket motsvarade en specifik energiförbrukning av 0,17 kWh/kg 02.

Claims (3)

.8207341-2 10 15 ~ s Patentkrav

1. Förfarande för behandling av vätskor med gaser genom att i vätskan införa en sammanhängande vätskestråle med hög hastig- het från ett munstycke genom'gasskiktet, varvid vätskestrålen utmatas ur munstycket med en hastighet av 20 - 38 m/s och med ett Reynoldstal av minst 400 000, och vätskestrålens fria väg- längd upprätthålles på ett värde av minst 15 gånger vätske- strålens diameter.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att vätskestrâlen släpps ut ur munstycket med en hastighet av 24 - 28 m/s.

3. Förfarande enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t av att vätskestrålens fria våglängd hålles på ett värde av 20 - - 25 gånger vätskestrålens diameter.