УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСТВОРЕНИЯ ГАЗОВ В ВОДНОЙ СРЕДЕ
DEVICE FOR DISSOLUTION OF GASES IN WATER MEDIUM

Устройство относится к технологиям растворения различных газов в водной среде и может быть использовано в целлюлозно-бумажной промышленности при получении полисульфидного варочного раствора путем окисления белого щелока кислородом, при получении сульфитных варочных растворов путем обработки водной среды, содержащей варочное основание, диоксидом серы, при получении щелочного лигнина из черного щелока путем обработки последнего диоксидом углерода и т.п. Все эти процессы включают стадию растворения газа в водной среде и скорость этой стадии определяет общую скорость процесса получения заданного продукта.
Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности и достигаемому результату является устройство для растворения различных газов или газовых смесей в водной среде по пат. US №5049320 МПК B01F 3/04, опубл. 07.09.1991 г. Это устройство состоит из полого цилиндрического корпуса с герметично соединенным с ними днищем и крышкой, размещенных в корпусе не менее двух пористых элементов, снабженных средствами их крепления к корпусу, средств тангенциальной подачи жидкой фазы внутрь корпуса, средств подачи газа внутрь корпуса, средств вывода продуктов растворения газов в водной среде. Один из пористых элементов выполнен в виде трубы, герметично прикрепленной одним торцом к днищу корпуса. Другой торец закрыт крышкой-заглушкой или же прикреплен к крышке корпуса. Газ поступает внутрь этой трубы и через поры выводится в водную среду. Другой (и другие при их числе более двух) пористый элемент выполнен в виде панели, снабженной герметично прикрепленными к ней патрубками. Эти патрубки проходят через стенки корпуса наружу и служат как для подачи газа в панель, так и для крепления панели к корпусу.
Это устройство отличается высокой скоростью растворения газа в водной среде и высокой однородностью продукта газожидкостной смеси. Однако устройство обладает также серьезными недостатками. Это высокая сложность изготовления как панелей, так и всего аппарата в целом, сложность профилактики, ремонта, демонтажа устройства.
Техническим результатом использования предлагаемого изобретения является упрощение изготовления всех элементов устройства, унификация пористых элементов, упрощение сборки аппарата и его обслуживания.
Указанный результат достигается тем, что в устройстве для растворения газов в водной среде, состоящем из полого цилиндрического корпуса с герметичного соединенными с ним днищем и крышкой, размещенных в корпусе не менее двух пористых элементов, снабженных средствами их крепления к корпусу, крышки-заглушки, средств тангенциальной подачи жидкой фазы внутрь корпуса, средств подачи газа внутрь корпуса, средств вывода продуктов растворения газа в водной среде, согласно изобретению все пористые элементы снабжены средствами герметичного крепления боковыми сторонами одного к другому и торцовыми сторонами к днищу корпуса и крышке-заглушке и в сборке образуют герметичное правильное объемное тело, создающее со стенками корпуса в его внутреннем пространстве продольные сообщающиеся между собой исключительно через поры элементов внешнюю и внутреннюю полости для раздельной подачи в них соответственно водной среды и газа, причем ось внутренней полости, то есть объемного тела совпадает с осью корпуса. Объемное тело может представлять собой правильную призму с числом боковых сторон не менее пяти или прямой цилиндр, составленный двумя или тремя пористыми элементами. Устройство может быть также снабжено средством тангенциальной подачи независимого дополнительного потока водной среды в нескольких точках по длине корпуса.
На фиг.1 показана общая схема устройства, на фиг.2 - вид сечения по линии А-А устройства, в котором объемное тело, составленное пятью плоскими пористыми элементами - панелями, имеет вид правильной призмы с числом боковых сторон пять, на фиг.3 - вид сечения устройства, в котором объемное тело имеет вид прямого цилиндра, составленного тремя пористыми элементами. Обозначения следующие: 1 - корпус, 2 - днище, 3 - крышка, 4 - пористые элементы, 5 - соединения боковых сторон пористых элементов между собой, 6 - крышка-заглушка, 7 - средство тангенциальной подачи водной среды, 8 - средство подачи газа или газов, 9 - средство вывода продуктов растворения газа в водной среде, 10 - средство подачи дополнительно потока водной среды, 11 - внешняя полость для водной среды, 12 - внутренняя полость для газовой фазы, 13 - крепление пористых элементов к днищу корпуса, 14 - фланец крепления корпуса к днищу.
На фиг.3 крепление пористых элементов к днищу корпуса не показано.
На фигурах пропорциональность масштабов деталей установки не соблюдена.
Установку собирают следующим образом. Из стандартных пористых элементов, снабженных средствами крепления одного к другому, к днищу и крышке заглушке, собирают объемное тело. Средства крепления - это плоские полки на боковых и торцовых сторонах, с отверстиями для герметичного крепления через прокладки, например, с использованием болтов. Собственно пористый элемент - это пористый материал заданной формы, помещаемый через прокладки между двумя перфорированными пластинами заданной формы. Объемное тело через прокладки герметично крепится к днищу устройства. Днище с объемным телом крепят к фланцам корпуса. Устанавливают крышку устройства. По месту крепят трубопроводы, датчики, запорную и аварийную арматуру и т.д. (не показаны).
Устройство работает следующим образом. В полость 11 под заданным давлением тангенциально подают через патрубок 7 водную среду, содержащую, например, необходимые компоненты в заданной концентрации. Одновременно в полость 12 через патрубок 8 подают газ или смесь газов заданного состава под давлением на 0,02-0,06 МПа выше давления водной среды в соседней полости. Этот перепад давления - движущая сила фильтрации газа через поры элементов 4 из полости 12 в полость 11. Чем больше перепад давления, тем выше скорость поступления газа в водную среду. Чем выше давление водной среды и соответственно выше давление газовой фазы, тем больше растворимость газа в водной среде. Тангенциальная подача водной среды с большой скоростью вращения потока обеспечивает быстрое растворение в водной системе газа, поступающего в нее через пористые элементы в виде мельчайших пузырьков. И если процесс растворения газа или смеси газов сопровождается расходованием его или целевого компонента газовой смеси в химической реакции, тем выше в конечном счете суммарная скорость процесса получения заданного продукта в виде его водного раствора или дисперсии, например щелочного лигнина.
Подачу дополнительного потока через средство 10 используют для усиления вращательного движения водного потока, а также для введения непосредственно в реакционную зону дополнительных веществ, подавать которые заранее в водную среду нецелесообразно. Например, этими веществами могут быть коагулянты и/или флокулянты.