Аппарат для контакта газа с жидкостью с комбинированным сопловым элементом

Предложенный аппарат относится к аппаратам с перемешивающими устройствами, 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. Смесительное устройство содержит корпус, инжекционную камеру, распылитель жидкости, диспергатор, смеситель. Смеситель выполнен в виде полой вертикальной трубы, на конце которой установлен комбинированный сопловой элемент с винтовыми вставками в соплах для выхода газожидкостной смеси. За счет турбулизации газожидкостного потока, выходящего из сопел происходит значительная интенсификация процесса смешения жидкости и газа. Техническим результатом предлагаемой полезной модели является обеспечение интенсивного процесса смешения газа и жидкостей и высокой степени дробления газовых пузырьков в соплах и рабочем объеме аппарата, путем повышения турбулизации потока на выходе из сопла. Это достигается путем установки на конце смесителя комбинированного соплового элемента с винтовыми вставками в соплах для выхода газожидкостной смеси. Таким образом, предлагаемый аппарат для контакта газа с жидкостью с комбинированным сопловым элементом обеспечивает интенсивное перемешивание фаз, что позволяет улучшить процесс массо- и теплообмена, а также способствует увеличению поверхности контакта взаимодействующих фаз

Полезная модель относится к аппаратам с перемешивающими устройствами для контакта газа с жидкостью а также их химического взаимодействия. В аппараты такого типа одновременно протекают процессы тепло- и массообмена и они могут быть использованы 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 устройство, в котором сопловой рабочий элемент выполнен с винтовыми вставками в соплах [Д.Г. Пажи Основы техники распыливания жидкостей - М.: «Химия», 1984. с. 153]. При прохождении рабочей жидкости через рабочий элемент такой конструкции происходит не только равномерное распределение капель по всему реакционному объему аппарата, но и в значительной степени увеличивается турбулизация потока, которая определяет качество дробления.

Наиболее близким конструктивным аналогом является смесительное устройство для системы газ-жидкость [Патент RU 145366, МПК B01F], которое примем в качестве прототипа. Смесительное устройство содержит корпус, распылитель жидкости, смеситель, выполненный в виде вертикальной трубы, диспергатор. На конце смесителя установлен толстостенный распределительный стакан с отверстиями под различными углами для выхода газожидкостной смеси.

Устройство работает следующим образом. Жидкость под давлением подается в распылитель, распыляется и засасывает газ, поступающий в инжекционную камеру. Непосредственно на выходе из распылителя в инжекционной камере происходит первая стадия контакта жидкости и газа. Образовавшаяся газожидкостная смесь проходит через трубу. В трубе и смесителях протекает второй этап контакта жидкости и газа, обусловленный развитой поверхностью распыленной жидкости, что вызывает инверсию фаз. При ударе газожидкостного потока о диспергатор газовые пузырьки дробятся. Происходит третья стадия контакта газа с жидкостью. В реакционном объеме осуществляется четвертая стадия контакта газа с жидкостью.

Недостатком прототипа является то, что струи рабочей жидкости выходя через отверстия толстостенного распределительного стакана, обладают низкой турбулизацией потока и не обеспечиваются высокие скорости на выходе из отверстий и не обеспечивается интенсивное дробления газовых пузырьков в рабочем объема аппарата.

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 дробления газовых пузырьков на выходе из смесителя, выполненного в виде полой трубы, на конце которой установлен комбинированный сопловой элемент с винтовыми вставками в соплах.

Поставленная задача достигается тем, что аппарат для контакта газа с жидкостью с комбинированным сопловым элементом содержит корпус 1; инжекционную камеру 2; распылитель жидкости 3; смеситель 4, выполненный в виде полой трубы, на конце которой установлен комбинированный сопловой элемент 6 с винтовыми вставками в соплах; диспергатор 5, расположенный перпендикулярно к оси трубы.

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 поступает в комбинированный сопловой элемент 6 с винтовыми вставками в соплах, при этом в результате движения жидкости по винтовым каналам увеличивается скорость потока на выходе из сопла, что приводит к повышению турбулизации газожидкостного потока и, соответственно, интенсивному дроблению газовых пузырьков и перемешиванию рабочего объема аппарата.

Таким образом, предлагаемый аппарат для контакта газа с жидкостью с комбинированным сопловым элементом обеспечивает интенсивное перемешивание фаз, что позволяет улучшить процесс массо - и теплообмена, а также способствует увеличению поверхности контакта взаимодействующих фаз.

Техническим результатом предлагаемой полезной модели является обеспечение интенсивного процесса смешения газа и жидкостей, путем перемешивания реакционного объема турбулизованными струями, а также увеличения поверхности контакта взаимодействующих фаз. Это достигается тем, что на конце смесителя установлен комбинированный сопловой элемент для выхода газожидкостной смеси с винтовыми вставками в соплах.

Аппарат для контакта газа с жидкостью, содержащий корпус, инжекционную камеру, распылитель в виде полой трубы, смеситель, диспергатор перпендикулярный к оси трубы, отличающийся тем, что на конце смесителя установлен комбинированный сопловой элемент с винтовыми вставками в соплах.