SU1732812A3 - Способ контактировани жидкостей и газов - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к способу контактировани  жидкостей и газов, в котором подлежаща  контактированию жидкость подаетс  в форме струи жидкости, выход щей из сопла через пространство, заполненное подлежащим контактированию газом, в контактирующую жидкость. Цель изобретени  - повышение энергетического КПД поглощени  газа жидкостью и увеличение скорости массопередачи. Отличием способа  вл етс  то, что часть жидкости и/или газа или весь газ, или часть жидкости и весь газ в форме направленных струй газа или жидкость подаетс  на наружную поверхность выход щей из сопла струи жидкости. Благодар  этому подводу газа и/или жидкости наружна  поверхность центральной струи жидкости приобретает шероховатость , и стру  при ее соударении с наружной поверхностью жидкости может захватить с собой большее количество газа. 2 ил. (Л С

Description

Изобретение относитс  к способу контактировани  жидкостей и газов, при котором подлежаща  контакту жидкость в форме струи, выход щей из сопла, направл етс  через заполненный газами объем в подлежащую контактированию жидкость.

Известен способ, в котором повышение шероховатости поверхности струи жидкости достигаетс  следующими методами или их комбинаци ми: применением сопел, форма которых отклон етс -от гидравлически оптимальных, повышением скорости струи жидкости, повышением турбулентности струи жидкости и удалением свободного пути струи жидкости.

Эти способы имеют общие недостатки: они св заны со значительным возрастанием потерь потока, чем ухудшаетс  энергетический КПД контактировани , кроме того, все они без исключени  ухудшают компактность струи жидкости, что уменьшает интенсивность контактировани .

Целью изобретени   вл етс  повышение энергетического КПД поглощени  газа жидкостью и увеличение скорости массопередачи .

Изобретение основано на том, что наружна  поверхность струи жидкости без существенного уменьшени  ее компактности может быть непосредственно сделана шероховатой , если на наружную поверхность

vi

OJ

ю

00

ю

00

струи наддуваетс  подлежащий контакту газ или часть газа и/или жидкости. Подлежаща  контактированию жидкость в форме струи, выход щей из сопла, вводитс  в контактирующую жидкость, проход  через про- странство, заполненное подлежащим контактированию газом, Часть жидкости и/или газа или суммарное количество газа, или часть жидкости и суммарное количество газа направл етс  на наружную поверх- ность струи жидкости.

Что касаетс  придани  шероховатости поверхности струи жидкости, то при наддуве газа достигаетс  тот же эффект, что и при наддуве жидкости.

Применение струи газа имеет преимущество тогда, когда контактирование газа и жидкости происходит в закрытом резервуаре , в котором газ должен находитьс  поддавлением. Применение струи газа с жидкостью целесообразно тогда, когда количество и давление подлежащего контактированию газа недостаточны дл  получени  соответствующей шероховатости струи.

Получение шероховатости поверхности струи жидкости вообще имеет преимущество тогда, когда контактирование происходит в открытых системах и подлежащий контактированию газ  вл етс  атмосфер- ным газом (биологическа  очистка сточных вод, аэраци  водоемов и рыбных прудов).

Дл  получени  шероховатости струю газа или жидкости получают в том случае, когда газ или жидкость подают из располо- женных равномерно вокруг когерентной струи жидкости, например, круговых отверстий или из зазора.

Дл  получени  шероховатости на поверхности когерентной струи жидкости не- существенно, в какой точке пути, который стру  проходит от выхода из сопла до входа в жидкость, происходит наддув ее стру ми газа и/или жидкости. Целесообразно получать шероховатость на поверхности струи как можно ближе к точке ее выхода из сопла, поскольку за счет этого значительно сокращаетс  свободный путь струи жидкости.

Примен емые дл  получени  шероховатости струи газа и/или жидкости могут быть направлены как по направлению потока центральной струи жидкости, так и против него. Целесообразно чтобы стру  газа и/или жидкости составл ла с центральной струей жидкости угол по меньшей мере 5°, чтобы достигнуть соответствующей шероховатости .

На фиг.1 показано устройство, реализующее предлагаемый способ, разрез; на фиг.2 - то же, вариант

По сравнению с известными предлагаемый способ в соответствии с изобретением имеет следующие основные преимущества: энергетический КПД существенно выше (на 30-60%), шире область применени , больше надежность проектировани  и масштабного увеличени , область регулировани  в отдельных процессах существенно шире и свободный путь струи жидкости можно существенно уменьшить, что дает возможность лучшего использовани  объема реактора.

П р и м е р 1. В открытом резервуаре квадратного сечени  шириной 0,5 м и высотой 2 м циркулирует 0,3 м3 раствора с помощью насоса через сопло диаметром 20 мм. Раствор содержит 0,5 кмоль/м3 сульфата натри  и 0,001 кмоль/м3 сульфата кобальта . Температура поддерживаетс  30°С. Свободный путь струи жидкости 0,3 м. Объем потока, проход щего через на,сос, 20,4 м3/ч 4 мас.% циркулирующей жидкости подводитс  перпендикул рно наружной поверхности струи жидкости из отверстий 3, выполненных в медной трубке диаметром 10 мм и размещенных на кольце 2, огибающем струю жидкости, исход щую из сопла 1 (фиг.1). Кольцо имеет расположенные на равных рассто ни х 12 отверстий диаметром 1,2 мм. Отверсти  удалены от поверхности струи жидкости на 40 мм, рассто ние кольца от нижнего кра  сопла 10 мм.

Скорость растворени  кислорода на единицу объема измер етс  известным методом оксидации сульфата натри  и составл ет 27,2 кг02/м -ч. Гидравлическа  производительность насоса 0,091 кВт, энергетическа  эффективность внесени  кислорода 8,97 кг Оа/кВт-ч.

Сравнительный пример к примеру 1.

Работают описанным в примере 1 способом , но без подведени  жидкости к струе. В этом случае скорость растворени  кислорода на единицу объема 16,8 кг 02/м3-ч, объемный поток переноса кислорода 5,04 кг 02/ч и энергетическа  эффективность переноса кислорода 5,54 кг 02/кВт-ч.

Таким образом, достигаетс  улучшение на 61,9% дл  скорости растворени  кислорода на единицу объема, т.е. дл  интенсивности контактировани  газа и жидкости и дл  энергетической эффективности.

П р и м е р 2. Работают как и в примере 1, но объемный поток циркулирующей жидкости 18,9 м3/ч, производительность насоса 0,74 кВт. Вместо примененного в примере 1 метода подведени  к струе жидкости стру  выполн етс  шероховатой с помощью воздуха. Воздух подводитс  через

огибающее струю кольцо, выполненное из медной трубки диаметром 10 мм. В кольце на равных рассто ни х выполнены б отверстий диаметром 1,5 мм. Отверсти  наклонены вниз от горизонтали на 15°. Отверсти  отсто т от струи на 21 мм, а рассто ние кольца от нижнего кра  сопла 50 мм. Воздух подводитс  через отверсти  потока объемом 4,6 м /ч, дл  чего требуетс  помимо гидравлической мощности насоса дополнительна  мощность 0,1 кВт.

Скорость растворени  кислорода на единицу объема замер етс  как в примере 1 и составл ет 21,7 кг 02/м3-ч, что соответствует массопотоку передачи кислорода 6,52 кг 02/ч, так что энергетическа  эффективность переноса кислорода составл ет 7,82 кгОа/кВт-ч.

Сравнительный пример к примеру 2.

Работают как в примере 2, но не подают воздух на струю. Соответственно характерные величины составл ют 12,03 кг Ой/м3-ч, 3,61 кг 02/ч и 4,92 кг 02/кВт-ч.

Следовательно, благодар  предлагаемому способу дл  интенсификации контактировани  достигаетс  улучшение на 80,7%, а дл  энергоэффективности - улучшение на 58,9%.

ПримерЗ. В баке диаметром 0,45 м, высотой 1,5 м, закрытом сверху, с помощью насоса через сопло диаметром 10 мм циркулирует 0,1 м жидкости определенного в примере 1 состава. Объемный поток циркулирующей жидкости составл ет 6,84 м /ч. Насос имеет мощность 0,56 кВт. В резервуар подводитс  воздух объемным током 16 м3/ч через зазор 4, который образован вокруг изготовленного из полиамида сопла 5 навинчиваемым на кожух сопла корпусом 6, также изготовленным на полиамиде (фиг.2). Зазор удален на 5 мм от поверхности струи жидкости и вытекающий воздух образует с поверхностью струи угол около 15°. Дл  подвода воздуха необходима мощность 0,18 кВт. Из резервуара воздух выходит через отверстие диаметром 20 мм, которое размещено на поверхности, закрывающей резервуар сверху, на рассто нии 200 мм от оси резервуара. Свободный путь струи жидкости 0,4 мм.

Скорость растворени  кислорода на единицу объема 41,2 кгОг/м3-ч. Соответственно массопоток ввода кислорода 4,12 кг 02/ч и энергетическа  эффективность введени  кислорода 5,57 кг Оа/кВт-ч.

Сравнительный пример к примеру 3.

Работают как описано в примере 3, однако подлежащий контактированию воздух направл етс  вертикально вниз через отверстие в поверхности, закрывающей резервуар сверху, диаметром 20 мм. расположенное на рассто нии 200 мм от оси, а использованный воздух выводитс  через такое же отверстие с другой стороны. Подводитс  то же количество воздуха, что и в примере 3, но воздух не подаетс  непосредственно на наружную поверхность струи жидкости. Скорость растворени  кислорода на единицу объема 20,0 кг 02/м3 ч, что соответствует массопотоку переноса кислорода 2,9 кг-Оа/ч или энергетической эффективности 3,92 кг 02/кВт-ч.

Таким образом, улучшаютс  интенсивность переноса кислорода и эффективность на 42,1%.

П р и м е р 4. Работают как указано в примере 1, но под кольцом, подающим жидкость, находитс  еще одно кольцо дл  подвода воздуха (как описано в примере 2). Создание шероховатости струи осуществл етс  одновременным подводом жидкости и воздуха.

Скорость растворени  кислорода на единицу объема 30,9 кг 02/м3-ч. Это соот- ветствует массопотоку передачи кислорода 9,27 кг-Оа/ч или энергетической эффективности 9,18 кг 02/кВт-ч.

Сравнительный пример к примеру 4.

Работают как в примере 4, но на струю не подают ни жидкости, ни воздуха, т.е. вс  работа идет как в сравнительном примере к примеру 1. Достигнуть улучшени  интенсивности на 83,9% и возрастание энергетической эффективности на 65,7%.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ контактировани  жидкостей и газов, включающий подачу жидкости в форме струи, выход щей из сопла, и направле- ние ее через заполненный контактирующим с ней газом объем в жидкость, отличающийс  тем, что, с целью повышени  энергетического КПД поглощени  газа жидкостью и увеличени  скорости массопереда- чи, часть жидкости и/или газа или общее количество газа, или часть жидкости и общее количество газа в форме направленных струй газа или жидкости подаетс  на наружную поверхность выход щей иэ сопла струи жидкости.

   Риг.1

   /

   Фиг.2