Аппарат для контакта газа с жидкостью

Предложенный аппарат относится к таким, которые используются для проведения процессов смешения жидкости с газом, а также их химического взаимодействия. Он может быть использован в нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической, пищевой, фармацевтической промышленности и в биологии. Аппарат для контакта газа с жидкостью, выполненный в виде цельной вертикальной трубы, содержит корпус, инжекционную камеру, распылитель жидкости, смеситель, диспергатор. Для смешения и увеличения контакта фаз в аппарате на конце смесителя установлено реактивное устройство (реактивный распылитель) с жестко прикрепленными к нему лопастями. Дополнительное перемешивание реакционного объема значительно интенсифицируют процесс массопереноса, способствует увеличению поверхности контакта, скорости ее обновления и увеличению времени пребывания газа в устройстве. Техническим результатом предлагаемой полезной модели является решение задач, связанных с интенсификацией процесса перемешивания газожидкостной смеси. Это достигается путем установки в нижней части смесителя реактивного устройства (реактивного распылителя), которое способствует многократному изменению направления движения газожидкостного потока, разбиению потока на несколько струй, перемешиванию реакционного объема и увеличению времени контакта фаз.

Полезная модель относится к аппаратам, 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 распыливание жидкости.

В современной технике зачастую используются различные реактивные устройства, в которых рабочий элемент приводится во вращение за счет энергии распыляемой (вытекающей) жидкости [Д.Г. Пажи. Основы техники распыливания жидкостей - М.: «Химия», 1984. 256 с]. Рабочая жидкость подается в криволинейные каналы, выполненные в корпусе реактивного устройства. Каналы изогнуты таким образом, что жидкость покидает их почти по касательной к внешнему диаметру корпуса. Создается некоторый момент силы реакции вытекающей струи и корпус начинает вращаться вокруг оси.

Наиболее близким конструктивным аналогом является аэрирующее устройство [Патент 114620 от 10.04.2012], 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. При ударе газожидкостного потока о диспергатор газовые пузырьки дробятся, а струя жидкости ударяясь о лопасти диспергатора вращает его. Происходит вторая стадия контакта газа с жидкостью. Образовавшаяся смесь поднимается вверх и попадает на вращающееся вместе с диспергатором перемешивающее устройство. Происходит третья стадия контакта газа с жидкостью. Образовавшаяся смесь поднимается вверх и попадает на вращающееся вместе с диспергатором перемешивающее устройство.

Недостатком прототипа является то, что интенсивность смешения фаз, а следовательно, процесса массо- и теплообмена, в зоне высоких скоростей движения газожидкостного потока достаточно низкая.

Задача предлагаемой полезной модели: повышение эффективности тепло- и массообмена и интенсификация процесса смешения путем увеличения поверхности контакта фаз. Это становится возможным за счет многократного изменения направления движения реакционного потока, разбиения газожидкостного потока на несколько струй, перемешивания реакционного объема 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 с закрепленным на его конце реактивным устройством (в данном случае - реактивным распылителем) 6, снабженным лопастями для перемешивания 7 и диспергатором 5.

На фиг. 1 изображен предложенный аппарат для контакта газа с жидкостью.

В данном случае реактивное устройство это реактивный распылитель - конструкция и принцип действия которого описан в различных источниках информации, например [Пажи Д.Г., Галустов B.C. Основы техники распыливания жидкостей. - М.: «Химия», 1984. - С. 154].

Аппарат 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 разбивается на несколько струй и с большой скоростью проходит по каналам. Под действием реактивных сил вытекающих струй корпус реактивного устройства (реактивного распылителя) начинает вращаться вокруг оси аппарата. Лопасти 7, жестко прикрепленные к корпусу реактивного устройства (реактивного распылителя), также приходят в движение, что приводит к дополнительному перемешиванию газожидкостной смеси в реакционном объеме. Часть газо-жидкостного потока выходит из нижней части реактивного устройства (реактивного распылителя) и с большой скоростью ударяется о диспергатор 5. При ударе газожидкостного потока газовые пузыри дробятся, происходит еще одна стадия контакта жидкости и газа.

Таким образом, предлагаемый аппарат для контакта газа с жидкостью обеспечивает интенсивное перемешивание 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 нижней части смесителя реактивного устройства (реактивного распылителя), которое способствует многократному изменению направления движения газожидкостного потока, разбиению потока на несколько струй, перемешиванию реакционного объема и увеличению времени контакта фаз.

Аппарат для контакта газа с жидкостью, содержащий корпус, инжекционную камеру, распылитель, смеситель, диспергатор, перпендикулярный к оси трубы, отличающийся тем, что на конце смесителя установлено реактивное устройство, имеющее лопасти для перемешивания.