УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТАКТА ГАЗА С ЖИДКОСТЬЮ

Полезная модель относится к устройствам, которые используются для проведения процессов смешения жидкости с газом, а также их химического взаимодействия. Данный аппарат может быть использован 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 по всему рабочему объему аппарата.
Известно множество смесителей, в которых перемешивание жидкостей и газов возможно в трубопроводах путем искусственной турбулизации потока (Гельперин Н.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. В двух книгах. - М.: «Химия», 1981. стр. 183). Для этой цели в трубопроводе после ввода компонентов жидких или газообразных смесей размещаются разнообразные неподвижные детали, обеспечивающие многократное изменение величины и направления скорости потока. Так, например, часто используют поперечные полуперегородки и диафрагмы со смещенными отверстиями; здесь поток многократно расширяется, сужается и изменяет свое направление. Размещение в трубопроводе винтовых вставок, часто с чередованием направления винтового хода (вправо и влево), приводит к многократному разнонаправленному закручиванию потока.
Наиболее близким конструктивным аналогом является смесительное устройство для системы газ-жидкость [патент на полезную модель №152794, опубл. 20.06.2015, МПК B01F 3/04], которое примем в качестве прототипа. Смесительное устройство содержит корпус, инжекционную камеру, распылитель, смеситель, диспергатор перпендикулярный к оси трубы, с установленным на корпусе смесителя неподвижным шнеком.
Устройство работает следующим образом. Жидкость под давлением подается в распылитель, распыляется и засасывает газ, поступающий в инжекционную камеру. Образовавшаяся газожидкостная смесь проходит через смеситель, где происходит интенсивное перемешивание газа с жидкостью. В смесителе происходит первая фаза контакта жидкости и газа, обусловленная развитой поверхностью распыленной жидкости. При выходе из смесителя газожидкостный поток с большой скоростью ударяется в диспергатор. При ударе газожидкостного потока о диспергатор газовые пузырьки дробятся. Происходит вторая стадия контакта газа с жидкостью. Образовавшаяся газожидкостная смесь поднимается вверх и попадает на нижний виток неподвижного шнека, таким образом, газовая фаза не имеет возможности быстро выходить из реакционного объема аппарата. Между корпусом аппарата и шнеком имеется небольшой зазор, позволяющий жидкой фазе свободно спускаться вниз и выходить из аппарата.
Благодаря предложенному устройству происходит винтовое прохождение реакционной массы вдоль реакционного объема, что позволяет значительно увеличить время контакта фаз, а также создать эффективные условия для тепло- и массообмена между фазами.
Недостатком прототипа является то, что газожидкостный поток, проходя по винтовой траектории шнека, имеет низкую турбулизацию, в результате чего интенсивного перемешивания в рабочем объеме аппарата не достигается.
Задача предлагаемой полезной модели: повышение эффективности тепло- и массообмена и интенсификация процесса смешения путем увеличения поверхности контакта фаз. Это становится возможным за счет увеличения турбулизации газожидкостного потока 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, диспергатор 5 и установленные в реакционном объеме аппарата поперечные перегородки в виде системы «диск-кольцо» 6, которые состоят из плоских дисков 7 и колец 8. Диски прикреплены к смесителю, а кольца установлены на стенках устройства.
На фиг. 1 изображено предложенное устройство для контакта газа с жидкостью с поперечными перегородками для перемешивания в потоке.
Устройство 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 с большой скоростью ударяется о диспергатор, меняет свое направление и поступает в рабочий объем аппарата, где установлены поперечные перегородки в виде системы «диск-кольцо», и интенсивно перемешивается и равномерно распределяется по всему рабочему объему аппарата. В результате интенсивной турбулизации потока газовые пузыри дробятся, происходит еще одна стадия контакта жидкости и газа.
Таким образом, предлагаемое устройство для контакта газа с жидкостью с поперечными перегородками в реакционном объеме в виде системы «диск-кольцо» обеспечивают интенсивную турбулизацию контактирующих 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 рабочем объеме поперечных перегородок в виде системы «диск-кольцо», которые способствуют интенсивному перемешиванию контактирующих фаз и увеличению времени контакта фаз.