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. Оно может быть использовано 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 распыливание жидкости.
Известно устройство, в котором используются многие из этих методов интенсификации [авт. свид. СССР №1263330 (МКП B01F 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.
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 множество смесителей, 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.
Примером таких смесителей являются струйные насосы (Гельперин Н.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. В двух книгах. -М.: «Химия», 1981. стр.131-132). Принцип действия струйных насосов основан на применении уравнения Бернулли. Рабочая жидкость подается в узкое сопло, где благодаря большой скорости давление понижается до величины ниже внешнего давления. За счет этого снижается давление в камере насоса и становится возможным подача другой жидкости или газа на смешение.
Наиболее близким конструктивным аналогом является аэрирующее устройство [авт. свид. СССР №593723 (МКП B01F 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 достаточно низкая; кроме того, существующая конструкция прототипа ограничивает массообменный процесс лишь однократным прохождением газожидкостной смеси через смеситель.
Задача предлагаемой полезной модели: интенсификация процесса смешения путем увеличения поверхности контакта фаз, скорости ее обновления и увеличения времени пребывания газа в устройстве за счет циркуляции газового и газожидкостного потока в корпусе устройства.
Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для контакта газа с жидкостью содержащем корпус 1; инжекционную камеру 2; распылитель жидкости 3, диспергатор 7; смеситель, выполнен в виде 3-х соосно установленных перекрывающих друг друга вертикальных труб 4, 5 и 6 разного диаметра и расположен перпендикулярно к оси трубы. На концах двух верхних труб имеются узкие сопла 8, причем отношение диаметра сопла к диаметру соответствующей трубы смесителя равно 0,25-0,4.
На фиг.1 изображено предложенное устройство для контакта газа с жидкостью.
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 трубы 4, 5 и 6 смесителя. В трубах 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 смесителей газожидкостный поток с большой скоростью ударяется в диспергатор 7. При ударе газожидкостного потока о диспергатор газовые пузырьки дробятся. Происходит вторая стадия контакта газа с жидкостью. Образовавшаяся смесь поднимается вверх и засасывается в зазор между трубами 5 и 6 смесителя. Это происходит за счет разности давлений смеси в реакционном объеме и смеси, движущейся с большой скоростью через сопло 8 трубы 5 смесителя. Далее газожидкостный поток снова ударяется о диспергатор. Так происходит первый этап циркуляции потока. Освободившиеся от цикла циркуляции пузырьки газа поднимаются вверх над реакционным объемом и засасываются в зазор между трубами 4 и 5 смесителя. Т.о. происходит еще одна фаза контакта жидкости и газа или второй этап циркуляции. Не вовлеченные в циркуляционный процесс пузырьки газа удаляются через патрубок для выхода газа.