Аппарат для контакта газа с жидкостью

Полезная модель относится к устройствам, которые используются для проведения процессов смещения 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, создание развитой поверхности взаимодействующих фаз путем распыления потока жидкости, удар потока о твердые преграды - отбойники, закручивание, взаимную эжекцию и инверсию фаз, наложение пульсаций, эффективное распределение газожидкостного потока по всему рабочему объему аппарата.
Распыливание жидкости гидравлическими форсунками находит широкое применение как способ интенсификации технологических процессов теплообмена и массообмена. Известно множество распылительных устройств, принцип действия которых основан на ударе струи о расположенный напротив сопла отражательный элемент и разделении и слиянии потоков [Д.Г. Пажи Основы техники распыливания жидкостей - М.: «Химия», 1984. с. 81]. В этих устройствах за счет диспергирования потока увеличивается поверхность контакта взаимодействующих фаз и скорость ее обновления, возрастает турбулизация потока, что значительно интенсифицирует процесс массопереноса.
Наиболее близким конструктивным аналогом является смесительное устройство для системы газ-жидкость [патент на полезную модель №111455, МПК B01F 5/04, опубл. Б.И. №35, 20.12.2011], которое примем в качестве прототипа. Смесительное устройство содержит корпус, инжекционную камеру, распылитель, смеситель, выполненный в виде трубы с внедренной в нее системой «диск-кольцо», диспергатор перпендикулярный к оси трубы.
Устройство работает следующим образом. Жидкость под давлением подается в распылитель, распыляется и засасывает газ, поступающий в инжекционную камеру. Образовавшаяся газожидкостная смесь проходит через смеситель, выполненный в виде цельной вертикальной трубы с внедренной в нее системой «диск - кольцо», 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 о диспергатор, меняет свое направление и поступает в рабочий объем аппарата, где происходит еще одна стадия контакта жидкости и газа.
Недостатком прототипа является то, что газожидкостный поток, проходя по смесителю, имеет низкую турбулизацию, в результате чего интенсивного перемешивания в смесителе 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 удара газожидкостной струи о твердые преграды, разделения и слияния потоков, интенсивного перемешивания в смесителе.
Поставленная задача решается тем, что аппарат для контакта газа с жидкостью, содержит корпус, инжекционную камеру, распылитель; смеситель, диспергатор, перпендикулярный к оси трубы, внутри смесителя, выполненного в виде вертикальной трубы переменного сечения, установлено каскадное ударно-струйное устройство, которое представляет собой набор усеченных конусов различных диаметров и углов конусности, причем, линия, соединяющая основания конусов, параллельна образующей внутренней поверхности смесителя.
На фиг. 1 изображен предложенный аппарат для контакта газа с жидкостью.
Аппарат для контакта газа с жидкостью содержит корпус 1; инжекционную камеру 2; распылитель жидкости 3; смеситель 4, выполненный в виде вертикальной трубы переменного сечения с установленным внутри него каскадным ударно-струйным устройством 5; диспергатор 6.
Аппарат работает следующим образом. Жидкость под давлением подается в распылитель. Распыленная жидкость засасывает газ, поступающий в инжекционную камеру. Сформировавшийся в верхней цилиндрической части смесителя газожидкостной поток поступает на каскадное ударно-струйное устройство, которое представляет собой набор усеченных конусов различных диаметров и углов конусности, причем, линия, соединяющая основания конусов, параллельна образующей внутренней поверхности смесителя.
Часть потока по наружному кольцевому сечению ударяется о верхний конус и отделяется от основного потока, затем движется в виде плоской струи по наружной поверхности верхнего конуса. Остальной газожидкостный поток поступает на второй конус и так далее. Процесс разделения потока происходит на всех последующих конусах. Затем все струи соединяются и выходят из нижней части смесителя. В результате удара, разделения и слияния потоков, изменения направления движения происходит интенсивное перемешивание газа с жидкостью. Кроме этого, в смесителе может образовываться газожидкостной 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, при ударе газожидкостного потока газовые пузырьки дробятся.
Благодаря предложенному устройству происходят удары газожидкостной струи о твердые преграды, разделение и слияние потоков, изменения направления движения, интенсивное перемешивание газа с жидкостью. Это значительно интенсифицирует процесс массопереноса за счет увеличения поверхности контакта фаз и скорости ее обновления.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является решение задач, связанных с интенсификацией процесса смешения фаз в смесителе. Это достигается путем установки в смесителе каскадного ударно-струйного устройства, которое представляет собой набор усеченных конусов различных диаметров и углов конусности, причем, линия, соединяющая основания конусов, параллельна образующей внутренней поверхности смесителя.