АППАРАТ ДЛЯ КОНТАКТА ГАЗА С ЖИДКОСТЬЮ

Полезная модель относится к аппаратам, которые используются для одновременного проведения процессов тепло- и массообмена. Данный аппарат может быть использован для смешения жидкости с газом, а также их химического взаимодействия в нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической, пищевой, фармацевтической, микробиологической и металлургической промышленности.
С целью интенсификации процесса смешения фаз используют попеременное изменение формы и направления потока, удар потока о твердые преграды - отбойники, закручивание, взаимную эжекцию и инверсию фаз, наложение пульсаций, эффективное распределение газожидкостного потока. Форма образующегося газо-жидкостного потока определяются конструкцией распределительного элемента. Распределительные элементы формируют режим движения газожидкостного потока, определяя степень ее турбулизации.
Известно устройство, в котором распределительный элемент выполнен в виде спиральной струйной форсунки [Д.Г. Пажи Основы техники распыливания жидкостей - М.: «Химия», 1984. 256 с]. При прохождении жидкости через рабочий элемент такой конструкции происходит образование полидисперсного факела с малым корневым углом, что в значительной степени способствует увеличению турбулизации потока, и интенсивности перемешивания в реакционном объеме газожидкостного аппапрата.
Наиболее близким конструктивным аналогом является смесительное устройство для системы газ-жидкость [Патент №145366, опубл. 20.09.2014, МПК B01F 5/04], которое примем в качестве прототипа. Смесительное устройство содержит корпус, распылитель жидкости, смеситель, выполненный в виде вертикальной трубы, диспергатор. На конце смесителя установлен толстостенный распределительный стакан с отверстиями под различными углами для выхода газожидкостной смеси.
Устройство работает следующим образом. Жидкость под давлением подается в распылитель, распыляется и засасывает газ, поступающий в инжекционную камеру. Непосредственно на выходе из распылителя в инжекционной камере происходит первая стадия контакта жидкости и газа. Образовавшаяся газожидкостная смесь проходит через трубу. В трубе и смесителях протекает второй этап контакта жидкости и газа, обусловленный развитой поверхностью распыленной жидкости, что вызывает инверсию фаз. При ударе газожидкостного потока о диспергатор газовые пузырьки дробятся. Происходит четвертая стадия контакта газа с жидкостью. В реакционном объеме осуществляется четвертая стадия контакта газа с жидкостью.
Недостатком прототипа является то, что струи рабочей жидкости выходя через отверстия толстостенного распределительного стакана, обладают низкой турбулизацией потока и в случае вязких жидкостей высокие скорости на выходе из отверстий не достигаются и интенсивного дробления газовых пузырьков в рабочем объема аппарата не происходит. Кроме того, цилиндрические струи пронизывают небольшую область рабочего объема.
Задача предлагаемой полезной модели: повышение эффективности тепло- и массообмена и интенсификация процесса смешения путем увеличения поверхности контакта фаз. Это становится возможным за счет разбиения газожидкостного потока на полидисперсные плоские струи, интенсивного перемешивания реакционного объема и увеличения времени контакта фаз.
Поставленная задача достигается тем, что аппарат для контакта газа с жидкостью содержит корпус 1; инжекционную камеру 2; распылитель жидкости 3; смеситель 4, выполненный в виде вертикальной трубы с закрепленным на его конце цилиндром с плоскими винтовыми прорезями 6, диспергатор 5.
На фиг. 1 изображен предложенный аппарат для контакта газа с жидкостью с цилиндром с плоскими винтовыми прорезями.
Аппарат работает следующим образом.
Жидкость под давлением подается в распылитель жидкости 3, распыливается и засасывает газ, поступающий в инжекционную камеру 2. Образовавшаяся газожидкостная смесь проходит через смеситель, где происходит интенсивное перемешивание газа с жидкостью. В смесителях 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 поступает в цилиндр с плоскими винтовыми прорезями, где разбивается на несколько плоских струй, распределенных по всему рабочему объему аппарата. Часть газожидкостного потока выходит из нижней части цилиндра и с большой скоростью ударяется о диспергатор 5. При ударе газожидкостного потока газовые пузыри дробятся, происходит еще одна стадия контакта жидкости и газа.
Таким образом, предлагаемый аппарат для контакта газа с жидкостью с цилиндром с плоскими винтовыми прорезями обеспечивает интенсивное перемешивание фаз, что позволяет улучшить процесс массо- и теплообмена, а также способствует увеличению времени контакта газа с жидкостью.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является решение задач, связанных с интенсификацией процесса перемешивания газожидкостной смеси. Это достигается путем установки в нижней части смесителя цилиндра с плоскими винтовыми прорезями, который способствует разбиению потока на несколько струй, образованию плоского прлидисперсного факела на выходе из отверстий с малым корневым углом, перемешиванию реакционного объема и увеличению времени контакта фаз.