УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТАКТА ГАЗА С ЖИДКОСТЬЮ

Изобретение 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 промышленности и в биологии.
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 устройство, в котором используются многие из этих методов интенсификации [авт. свид. СССР №1263330 (МКП B 01 F 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.
Известно множество устройств, 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.
Физически, принцип действия таких устройств заключается в создании высоких напряжений сдвига в потоке жидкостей посредствам закручивания потока с помощью турбулизирующих вставок. Закручивание потока может осуществляться ленточными завихрителями [Патент США 3949970, Патент Франции 2301281], тангенциальным подводом потока жидкости [авт. свид. СССР 1487961, (МКП В 01 F 5/00)], лопастными закручивателями [Антуфьев В.М., Веденеев В.А. - Хим. и нефт. машиностроение, 1974, №1, с.16-18.].
Наиболее близким конструктивным аналогом является аэрирующее устройство [авт. свид. СССР №593723 (МКП В 01 F 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 значительно ниже, чем в смесителе (вертикальной трубе), хотя время пребывания жидкости и газа в рабочем объеме значительно больше (в сотни раз), чем в смесителе.
Задача предлагаемого изобретения: интенсификация процесса смешения путем увеличения поверхности контакта фаз, скорости ее обновления и увеличения времени пребывания газа в устройстве за счет раскручивания газожидкостный потока в корпусе устройства.
На рисунке изображено предложенное устройство для системы газ-жидкость.
Устройство для контакта газа с жидкостью содержит корпус 1, инжекционную камеру 2, распылитель жидкости 3, соосно установленный смеситель 4, выполненный в виде вертикальной трубы, диспергатор 5, расположенный перпендикулярно к оси трубы и имеющий загнутые лопасти 6.
Устройство работает следующим образом. Жидкость под давлением подается в распылитель 3, распыливается и засасывает газ, поступающий в инжекционную камеру 2. Образовавшаяся газожидкостная смесь походит через смеситель 4. В смесителе 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 в диспергатор 5. При ударе газожидкостного потока о диспергатор газовые пузырьки дробятся. Происходит вторая стадия контакта газа с жидкостью. Затем образовавшая смесь раскручивается загнутыми лопастями 6, установленными на диспергаторе и распределяется по реакционному объему аппарата. В реакционном объеме осуществляется третья стадия контакта газа с жидкостью.
В рабочем объеме закручиванием потока создаются высокие напряжения сдвига на границе смешиваемых фаз, что значительно интенсифицирует процесс массопереноса, увеличивая поверхность контакта.