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, дисковый диспергатор, снабженный центральным коническим выступом. Для интенсификации процессов теплообмена и массообмена за счет увеличения времени контакта фаз диспергатор выполнен с шероховатой поверхностью. «Искусственная» шероховатостью создается кольцевыми проточками на диске. При ударе газожидкостного потока о диспергатор с «искусственной» шероховатостью, жидкость срывается не только с периферии диска, но и с кромок шероховатостей, т.е. поток отражается по многим направлениям. Дополнительное перемешивание реакционного объема значительно интенсифицируют процесс массопереноса за счет увеличения поверхности контакта фаз и скорости ее обновления. 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.

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. Форма образующегося газо-жидкостного потока определяются конструкцией и классом рабочего элемента. Рабочие элементы формируют режим движения рабочей жидкости, определяя степень ее турбулизации и внутренние пульсации от которых зависит качество дробления.

Известно множество конструкций дисковых рабочих элементов с искусственной шероховатостью [Д.Г. Пажи Основы техники распыливания жидкостей - М.: «Химия», 1984. с. 148]. При ударе газожидкостного потока о диспергатор с искусственной шероховатостью, жидкость срывается не только с периферии диска, но и с кромок шероховатостей, что приводит к интенсификации процессов теплообмена и массообмена за счет более интенсивного дробления газожидкостного потока и перемешивания рабочего объема.

Наиболее близким конструктивным аналогом является аэрирующее устройство [Патент RU 50430, МПК B01F], которое примем в качестве прототипа. Аэрирующее устройство содержит корпус, распылитель жидкости, смеситель, выполненный в виде вертикальной трубы, дисковый диспергатор, имеющий загнутые лопасти, позволяющие раскручивать газожидкостный поток в корпусе устройства.

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 с загнутыми лопастями происходит вторая стадия контакта газа с жидкостью.

Недостатком прототипа является то, что конструкция дискового диспергатора получается достаточно сложной для изготовления, кроме того, интенсивность смешения фаз, а следовательно, процесса массо- и теплообмена, в зоне высоких скоростей движения газожидкостного потока, т.е. при ударе его о твердую преграду, достаточно низкая.

Задача предлагаемой полезной модели: повышение эффективности тепло- и массообмена и интенсификация процесса смешения путем увеличения поверхности контакта и времени контакта взаимодействующих фаз. Это становится возможным за счет интенсивного разбиения газожидкостного потока, а также дополнительного перемешивания реакционного объема при отрыве жидкости не только с периферии диска, но и с кромок шероховатости.

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, и дисковый диспергатор 5 с искусственной шероховатостью, снабженный центральным коническим выступом 6. Искусственная «шероховатость» создается кольцевыми проточками на диске,

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

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 с большой скоростью ударяется о дисковый диспергатор с искусственной шероховатостью. Искусственная шероховатость создается кольцевыми проточками на диске. При ударе газожидкостного потока газовые пузыри дробятся, происходит еще одна стадия контакта жидкости и газа. Кроме этого, газожидкостный поток отражается по многим направлениям, что способствует более интенсивному перемешиванию реакционного объема. Для плавного входа жидкости на диск конструкция дискового диспергатора с искусственной шероховатостью снабжена центральным коническим выступом.

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 диспергатора с искусственной шероховатостью, который способствует отрыву газожидкостного потока не только с периферии диска, но и с кромок шероховатостей, что приводит к дополнительному перемешиванию реакционного объема и увеличению времени контакта фаз.

Аппарат для контакта газа с жидкостью, содержащий корпус, инжекционную камеру, распылитель, смеситель, выполненный в виде вертикальной трубы, дисковый диспергатор, перпендикулярный к оси трубы, отличающийся тем, что поверхность дискового диспергатора имеет искусственную шероховатость, созданную кольцевыми проточками на диске, а конструкция дискового диспергатора с искусственной шероховатостью снабжена центральным коническим выступом.