Устройство для контакта газа с жидкостью

Предложенное устройство относится к таким, 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 выполненный в виде 3-х соосно установленных труб различного диаметра и перекрывающих друг друга, причем на концах двух верхних труб установлены узкие сопла.

Циркуляцией потока создаются высокие напряжения сдвига на границе смешиваемых фаз, что значительно интенсифицирует процесс массопереноса, увеличивается поверхность контакта, скорость ее обновления и увеличивается время пребывания газа в устройстве.

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.

Известно устройство, в котором используются многие из этих методов интенсификации [авт. свид. СССР 1263330 (МКП B01F 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.

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 множество смесителей, 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.

Примером таких смесителей являются струйные насосы (Гельперин Н.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. В двух книгах. -М.: «Химия», 1981. стр.131-132). Принцип действия струйных насосов основан на применении уравнения Бернулли. Рабочая жидкость подается в узкое сопло, где благодаря большой скорости давление понижается до величины ниже внешнего давления. За счет этого снижается давление в камере насоса и становится возможным подача другой жидкости или газа на смешение.

Наиболее близким конструктивным аналогом является аэрирующее устройство [авт. свид. СССР 593723 (МКП B01F 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 и увеличения времени пребывания газа в устройстве за счет циркуляции газового и газожидкостного потока в корпусе устройства.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для контакта газа с жидкостью содержащем корпус 1; инжекционную камеру 2; распылитель жидкости 3, диспергатор 7; смеситель, выполнен в виде 3-х соосно установленных перекрывающих друг друга вертикальных труб 4, 5 и 6 разного диаметра и расположен перпендикулярно к оси трубы. На концах двух верхних труб имеются узкие сопла 8, причем отношение диаметра сопла к диаметру соответствующей трубы смесителя равно 0,25-0,4.

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 трубы 4, 5 и 6 смесителя. В трубах 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 смесителей газожидкостный поток с большой скоростью ударяется в диспергатор 7. При ударе газожидкостного потока о диспергатор газовые пузырьки дробятся. Происходит вторая стадия контакта газа с жидкостью. Образовавшаяся смесь поднимается вверх и засасывается в зазор между трубами 5 и 6 смесителя. Это происходит за счет разности давлений смеси в реакционном объеме и смеси, движущейся с большой скоростью через сопло 8 трубы 5 смесителя. Далее газожидкостный поток снова ударяется о диспергатор. Так происходит первый этап циркуляции потока. Освободившиеся от цикла циркуляции пузырьки газа поднимаются вверх над реакционным объемом и засасываются в зазор между трубами 4 и 5 смесителя. Т.о. происходит еще одна фаза контакта жидкости и газа или второй этап циркуляции. Не вовлеченные в циркуляционный процесс пузырьки газа удаляются через патрубок для выхода газа.

1. Устройство для контакта газа с жидкостью, содержащее корпус, инжекционную камеру, распылитель, смеситель, направленный вертикально вниз, диспергатор, перпендикулярный оси трубы, отличающееся тем, что смеситель выполнен в виде трех соосно установленных и перекрывающих друг друга труб различного диаметра.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на концах двух верхних труб смесителя установлены узкие сопла, причем отношение диаметра сопла к диаметру соответствующей трубы смесителя равно 0,25-0,4.