Устройство для контакта газа с жидкостью

Предложенное устройство 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. Смесительное устройство содержит корпус, инжекционную камеру, распылитель жидкости, диспергатор, смеситель. Смеситель выполнен в виде цельной вертикальной трубы с внедренной в нее системой «диск - кольцо». При прохождением потока через смеситель происходит интенсификация процесса смешения за счет изменения направления потока и удара его о твердые преграды.

Полезная модель 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, 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.

Известны устройства, в которых интенсификация процесса массообмена путем увеличения поверхности контакта фаз и скорости ее обновления решается за счет применения неподвижного пропеллера, закрепленного в нижней части смесителя [патент на полезную модель 82583] и за счет использования в смесителе кавитирующего 3-5-лопастного тела (суперкавитатора) [патент на полезную модель 82582].

Известно множество смесителей в которых перемешивание жидкостей и газов возможно в трубопроводах путем искусственной турбулизации потока (Гельперин Н.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. В двух книгах. - М.: «Химия», 1981. стр.183), для этой цели в трубопроводе после ввода компонентов жидких или газообразных смесей размещаются разнообразные неподвижные детали, обеспечивающие многократное изменение величины и направления скорости потока. Так, например, часто используют поперечные полуперегородки и диафрагмы со смещенными отверстиями; здесь поток многократно расширяется, сужается и изменяет свое направление. Размещение в трубопроводе винтовых вставок, часто с чередованием направления винтового хода (вправо и влево), приводит к многократному разнонаправленному закручиванию потока. Используются смесители типа трубы Вентури (инжекционные смесители) в сочетании с винтовыми вставками на пути дальнейшего движения смеси.

Рассматриваемый метод перемешивания применим в случае взаимной растворимости и невысокой вязкости компонентов жидкой смеси - при больших скоростях их движения и достаточной длине трубопровода. Он требует, однако, больших затрат энергии при сравнительно невысокой эффективности смешения. В расчете такого трубопровода используемые турбулизаторы играют роль местных сопротивлений.

Наиболее близким конструктивным аналогом является аэрирующее устройство [авт. свид. СССР 593723 (МКП В01F 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 достаточно низкая; кроме того, существующая конструкция прототипа ограничивает массообменный процесс лишь однократным прохождением газожидкостной смеси через смеситель.

Задача предлагаемой полезной модели: интенсификация процесса смешения путем увеличения поверхности контакта фаз, скорости ее обновления за счет изменения направления потока и его удара газожидкостного потока о твердые преграды.

Поставленная задача достигается тем, что устройство для контакта газа с жидкостью содержит корпус 1; инжекционную камеру 2; распылитель жидкости 3; смеситель, выполненный в виде трубы с внедренной в нее системой «диск - кольцо» 4; диспергатора 5, расположенного перпендикулярно к оси трубы.

На фиг.1 изображено предложенное устройство для контакта газа с жидкостью.

Устройство 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 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. Кроме того, при прохождении газожидкостного потока через смеситель, в котором установлены поперечные перегородки в виде системы «диск - кольцо» происходит интенсификация процесса смешения за счет изменения направления потока и удара его о твердые преграды.

При выходе из смесителея 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.

За счет многократного изменения направления потока и удара о твердую преграду происходит значительная интенсификация процесса смешения путем увеличения поверхности контакта фаз.

Устройство для контакта газа с жидкостью, содержащее корпус, инжекционную камеру, распылитель, смеситель, выполненный в виде трубы, диспергатор, расположенный перпендикулярно к оси трубы, отличающееся тем, что внутри смесителя установлены поперечные перегородки в виде системы «диск - кольцо».