СПОСОБ ГАЗОНАСЫЩЕНИЯ ЖИДКИХ СРЕД И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК B01F3/04 B01F7/16 

Изобретение относится к способам и технике насыщения жидких сред газами и может быть использовано в химической, нефтехимической, пищевой и других отраслях промышленности.

Известен резервуар, заполненный жидкой средой, с системой подводных и отводных труб, на которых установлены распылители, выполненные в форме сегнерова колеса со спиралевидными лопастями. Распылители находятся в объеме жидкой среды [1]
Недостатком данного устройства являются высокое гидравлическое сопротивление жидкой среды вращению распылителя с лопатками и образование малоинтесивного потока смешиваемой жидкой среды в резервуаре под действием струйного потока распылителей.

Известно также устройство, содержащее корпус, циркуляционный насос, подводящий патрубок и установленный на патрубке привод, выполненный в виде сегнерова колеса с разбрызгивающими форсунками [2]
Недостатком данного устройства являются создание малоинтенсивных потоков газаа и жидкости и потеря энергии на преодоление турбиной привода гидравлического сопротивления потока перемешиваемого материала.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является получение газонасыщенной жидкой среды в устройстве, содержащем газоподводящие и газоотводящие трубопроводы, емкость с жидкостью, рабочим органом в виде полого усеченного гиперболоида с лопатками центробежного вентилятора [3]
Прототипу присущи следующие недостатки: рабочий орган с лопатками перед пуском находится в объеме жижкой среды, что создает большое гидравлическое сопротивление лопаткам как во время пуска, так и во время работы; газ нагнетается в объем жидкости и только после этого встречается с торообразным вихрем, образуемым гиперболической поверхностью рабочего органа у его большого основания, что снижает интенсивность диспергации газа в жидкость, цменьшает коэффициент его поглощения жидкостью.

Перечисленное приводит к ухудшению эффективности процесса насыщения жидкой среды газами.

Целью изобретения является повышение эффективности насыщения жидких срез газами и работоспособности устройства путем образования интенсивных потоков газа и жидкости и уменьшения гидравлического сопротивления смешиваемых сред.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, заполненном полностью жидкой средой, формируется интенсивный полый газовый и торообразный жидкостный поток, при этом пневмопривод и лопатки рабочего органа постоянно находятся под уровнем жидкости в газовой подушке пневмогидрозатвора.

Отличия от прототипа заявляемого изобретения состоят в следующем.

В объеме жидкой среды образуют полый поток газовой фазы, в полости которого располагают торообразную зону грибовидного вихря газожидкостного потока, при этом газовый поток направлен по касательной к наружной поверхности тора грибовидного вихря. В результате этого чатички газа способствуют увеличению скорости вращения жидкости в торообразной зоне, что усиливает эффект дробления жидкости, увеличивая поверхность контакта фаз в много раз, что резко увеличивает коэффициент массообмена между фазами и сокращает время процесса насыщения жидкости газами.

Под уровнем жидкости пневмопривод и компрессорные лопатки рабочего органа, а также его верхняя часть находятся в газовой подушке. Это полностью исключает гидравлическое сопротивление жидкой среды вращению рабочих элементов пневмотурбинки и компрессорных лопаток рабочего органа. Труба циркуляционного контура является осью вращения рабочего органа. Это отличие повышает работоспособность устройства и эффективность процесса насыщения жидкости газам.

На чертеже изображено устройство для газонасыщения жидких сред, общий вид.

Устройство содержит газоподводящий трубопровод 1, который подведен по центру крышки корпуса 2, через газоотводящий патрубок 3 газ выводится из устройства. Перегородка 4 с отверстием у трубопровода 1 разделяет устройство на две части, верхняя часть служит камерой сбора и отвода газа, а нижняя служит для залива абсорбента. Циркуляционный трубопровод 5 связывает нижнюю часть устройства, заполненную жидкостью, с верхней, заполненной газом.

Пневмокамера 6 служит для расположения в ней пневмопривода 7 и верхней части гиперболического рабочего органа 8. Рабочие лопатки 9 расположены внутри рабочего органа 8 и служат джля циркуляции газа из верхней части устройства в полость рабочего органа 8 по трубопроводу 5. Подшипники скольжения 10 служат опорой при вращении рабочего органа 8 вокруг трубопровода 5, верхний конец которого расположен над пневмокамерой 6 под уровнем жидкости у патрубка 3 и направлен к дну корпуса, образуя пневмогидрозатвор, клапаном которого является газонасыщаемая жидкость.

Способ осуществляется следующим образом.

Корпус 2 устройства заполняется жидкостью, которую необходимо насыщать газом, нагнетаемым компрессором по трубопроводу 1. При этом жидкость не сможет попасть в пневмокамеру 6, так как она опрокинута отверстием к днищу корпуса и заполнена газом, поэтому при истечении газа из сопел пневмопривода 7 (турбины), например из сопел сегнерова колеса, корпус турбины получит вращение, а так как она жестко соединена с гиперболическим рабочим органом 8, то и он получит вращение. Рабочий орган 8, находясь верхней частью в газовой зоне пневмокамеры 6 (малым основанием), образует в ней закрученный полый вихревой поток газа и нагнетает его через зазор между отверстием пневмокамеры и своей гиперболической поверхностью в торобразную зону жидкостного грибовидного вихря, который образуется у большого основания рабочего органа 8. Такой способ контакта газового потока с жидкостным потоком резко увеличивает скорость вращения торообразной зоны газожидкостного грибовидного вихря, так как газовый поток, находясь под давлением и под воздействием рабочего органа 8, с высокой скоростью вылетает из пневмокамеры 6 по касательной к наружной поверхности тора жидкостного потока и увеличивает скорость вращения жидкости, что способствует интенсивному дроблению жидкости и газа, увеличивая поверхность контакта фаз. При вращении рабочего органа 8 в жидкости образуется газовая воронка, в результате этого открывается верхний конец циркуляционного трубопровода 5 и газ под воздействием тяги рабочих лопаток 9 из воронки поступает в рабочий орган 8, которым нагнетается в жидкость. Часть газа, не проглощенная жидкостью, через зазор между трубопроводом 1 и перегородкой 4 выводится из устройства через патрубок 3.

После прекращения подачи газа под давлением по трубопровоу 1 турбина 7 вместе с рабочим органом 8 останавливается, воронка в жидкости затухает и жидкость перекрывает верхний конец циркуляционного трубопровода 5, в результате этого перекрывается выход газа из полости рабочего органа 8, трубопровода 5, образуется газовая подушка, т.е. пневмогидрозатвор.

Предложенная конструкция и способ соединения пневмокамеры, рабочего органа и циркуляционной трубы позволяют располагать их под уровнем жидкости у днища устройства, что позволяет выходящими потоками газа интенсивно перемешивать жидкость по всей высоте ее столба, а циркуляционный контур возвращает часть непоглощенного газа на диспергирование в жидкость. Это значительно повышает интенсивность массообмена между жидкой и газовой фазами.

Использование циркуляционной трубы в качестве оси вращения рабочего органа 8 на подшипниках скольжения 10 повышает надежность работы устройства.

Предложенный способ формирования газового (полого) и жидкостного (торобразная зона располагается в полости газового) потоков, а также конструкция устройства способствуют повышению степени насыщения жидкости газами, уменьшают степень загрязнения окружающей среды непоглощенными газами, выбрасываемыми из устройства. Эти качества позволяют создать эффективную, малоотходную, замкнутую технологию насыщения жидкости газами.

Использование: насыщение жидких сред газами в химической, пищевой, нефтехимической и др. отраслях промышленности. Изобретение позволяет повысить эффективность процесса насыщения, работоспособность устройства. Сущность изобретения: формируют полый газовый струйный поток, в полости его располагают торообразную зону жидкостного потока, при этом оба потока формируются одновременно рабочим органом. Устройство содержит пневмопривод 7, расположенный в пневмокамере 6. Рабочий орган 8 вращается на оси, роль которой выполняет циркуляционный трубопровод 5. Лопатки 9 рабочего органа находятся в газовом пространстве пневмогидрозатвора при заполненном жидкостью устройстве. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ газонасыщения жидких сред путем формирования потока газов и потока жидкости, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности насыщения жидкой среды газом, в объеме жидкости формируют полый газовый поток, в полости которого располагают торообразную зону грибовидного вихревого потока жидкости, при этом оба потока формируют одновременно поверхностью рабочего органа. 2. Устройство для газонасыщения жидких сред, содержащее корпус, газоподводящий и газоотводящий патрубки, рабочий орган гиперболической формы с пневмоприводом, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности насыщения жидкой среды газом и повышения работоспособности устройства, оно снабжено пневмокамерой, в которой расположен пневмопривод, размещенный на поверхности малого основания гиперболического рабочего органа, верхняя часть которого находится в пневмокамере, и циркуляционным трубопроводом, на нижнем конце которого установлен с возможностью вращения рабочий орган, а его верхний конец расположен над пневмокамерой у газоподводящего трубопровода под уровнем жидкости и направлен в сторону дна корпуса с образованием пневмогидрозатвора, клапаном которого является газонасыщаемая жидкость, при этом лопатки рабочего органа находятся в газовом пространстве пневмогидрозатвора.