АППАРАТ ДЛЯ КОНТАКТИРОВАНИЯ ГАЗА И ЖИДКОСТИ Российский патент 1995 года по МПК B01F5/10 

Изобретение относится к химическому машиностроению и может быть использовано в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности для проведения различных технологических процессов в системах газ-жидкость.

Известно устройство для насыщения жидкости газом, содержащее корпус с переливным патрубком, в верхней части которого расположен распылитель, смеситель, выполненный в виде коаксиально установленной трубы, и диспергатор, установленный в нижней части корпуса перпендикулярно оси смесителя и выполненный в виде плоского экрана [1]
Однако в этом устройстве, создается низкое газосодержание смеси и недостаточная степень диспергирования, что снижает интенсивность тепломассообмена в системе газ-жидкость.

Наиболее близким к предлагаемому является аэрирующее устройство, содержащее корпус с переливным патрубком, в верхней части которого расположен распылитель, смеситель, выполненный в виде коаксиально установленной трубы, и диспергатор в виде плоского экрана, расположенный перпендикулярно смесителю в нижней части корпуса; причем расстояние между диспергатором и смесителем равно (1-2)D_в, а между переливным патрубком и диспергатором (2-10)D_в, где D_в внутренний диаметр смесителя [2]
В известном устройстве коэффициент инжекции повышается до 10-12, что позволяет увеличить расход газа, повысить степень диспергирования. Однако, интенсивность тепломассообмена остается недостаточно высокой в результате малого времени пребывания газовой фазы в контакте с жидкой.

Цель изобретения повышение производительности аппарата за счет интенсификации проходящих в нем процессов тепломассообмена.

Для достижения цели предлагается аппарат для контактирования газа и жидкости, включающий вертикальный корпус с переливным патрубком, патрубками для ввода и вывода газа, патрубками для ввода и вывода жидкости, установленные в корпусе распылитель, смеситель в виде вертикальной трубы, диспергатор в виде плоского экрана, расположенный под смесителем, и цилиндрическую обечайку, установленную на диспергаторе между стенкой корпуса и смесителем. Обечайка имеет переливные отверстия в нижней части, а ее верхняя кромка расположена ниже переливного патрубка.

Диспергатор в предлагаемом аппарате может быть выполнен перфорированным.

Патрубок для ввода газа может быть установлен в нижней части корпуса и соединен с распределителем, расположенным под диспергатором. При этом в случае использования перфорированного диспергатора он должен быть снабжен направленным вниз бортиком.

При использовании предлагаемой конструкции газожидкостная смесь, поднимающаяся от диспергатора, переливается через верхнюю кромку обечайки, частично освобождается от газа, далее проходит через кольцевое пространство между стенкой корпуса и обечайкой, через переливные отверстия возвращается в зону внутри обечайки, вступает в контакт с вновь образовавшейся на диспергаторе газожидкостной смесью и т.д. Интенсивная циркуляция газожидкостной смеси способствует равномерному распределению газовой фазы в реакционном объеме.

В случае выполнения диспергатора перфорированным жидкая фаза рециркулирует также и через отверстия диспергатора, поступающие струи жидкости вступают во взаимодействие с образующейся газожидкостной смесью, создавая тем самым зону дополнительного контакта на поверхности диспергатора, а также позволяют более равномерно распределять газожидкостную смесь внутри цилиндрической обечайки.

При подаче газа под неперфорированный диспергатор пузырьки газовой фазы попадают в кольцевое пространство между корпусом и обечайкой, а оттуда частично поступают в центральную часть аппарата через отверстия в обечайке, а частично движутся по кольцевому пространству в противотоке с циркулирующей жидкой фазой. Все это создает условия для задержки газовой фазы в жидкой, большему газонасыщению жидкости.

При подаче газа под перфорированный диспергатор, снабженный направленным вниз бортиком, под диспергатором образуется газовая подушка. Поступающие через отверстия струи газа взаимодействуют с образующейся газожидкостной смесью, создавая зону дополнительного контакта, повышая насыщение жидкой фазы газовой.

В предлагаемом аппарате за счет дополнительного взаимодействия рециркулирующей и образующейся на диспергаторе газожидкостной смеси за счет дополнительного взаимодействия фаз на поверхности перфорированного диспергатора и за счет более равномерного распределения газожидкостной смеси о реакционном объеме аппарата повышается интенсивность тепломассообмена, а значит растет производительность аппарата.

На фиг. 1 и 2 изображены варианты предлагаемого аппарата для контактирования газа и жидкости.

Аппарат включает вертикальный цилиндрический корпус 1, распылитель 2, смеситель 3, диспергатор 4, цилиндрическую обечайку 5 с переливными отверстиями 6, перегородку 7, служащую для крепления распылителя 2 и образующую жидкостную распределительную камеру 8. Корпус снабжен технологическими патрубками: 9 для ввода газа, 10 для вывода газа, 11 для ввода жидкости, 12 для вывода жидкости и переливным патрубком 13, определяющим уровень жидкости в аппарате.

В случае, когда патрубок 9 установлен в верхней части аппарата (фиг.1), в состав последнего входит перегородка 14, образующая приемную камеру 15. При этом, например по технологическим требованиям процесса возможно возвращать непрореагировавший газ на рецикл в камеру 15, если в перегородке 14 сделать отверстия, а штуцер 10 при этом перекрывать.

При установке патрубка 9 снизу аппарат включает также распределитель газовой фазы 16, а перфорированный диспергатор 4 снабжен направленным вниз бортиком 17 (фиг.2).

Аппарат работает следующим образом.

Жидкая фаза подается насосом под давлением через штуцер 11 и распределительную камеру 8 в распылитель 2. Жидкость, распыливается, создавая скоростные потоки, позволяющие засасывать газовую фазу из верхней части аппарата в смеситель 3. На выходе из смесителя 3 газожидкостная смесь диспергируется в результате динамического удара о диспергатор 4. От диспергатора 4 газожидкостная смесь направляется вверх, переливается через верхнюю кромку обечайки 5, частично освобождается от газовой фазы, переходящей в верхнюю часть аппарата, и рециркулирует через пространство между корпусом 1 и обечайкой 5, переливные отверстия 6 и зону внутри обечайки 5.

В случае использования перфорированного диспергатора 6 и патрубка 9 в верхней части корпуса 1 (фиг.1), жидкая фаза рециркулирует и через отверстия диспергатора 4.

При подаче газа в нижнюю часть аппарата (фиг.2) патрубок 9 соединяют с распределителем газовой фазы 16. В этом случае при использовании неперфорированного диспергатора 4 газ поступает в кольцевое пространство между корпусом 1 аппарата и обечайкой 5. Направление циркуляции жидкой фазы в данном аппарате может быть различным в зависимости от соотношения степеней газонасыщения в кольцевом пространстве и в центральной зоне аппарата соответственно скоростям подачи газа в распределитель 16 и жидкости в смеситель 3. Предпочтительным является режим циркуляции, когда жидкая фаза в кольцевом пространстве опускается сверху-вниз. Режим, близкий к равновесному, когда циркуляция нарушается, приводит к образованию пузырей большого размера и является нежелательным.

В случае установки патрубка 9 снизу аппарата и использования перфорированного диспергатора 4 с направленным вниз бортиком 17 (фиг.2) при подаче газа под диспергатором 4 образуется газовая подушка струи газа поступают через отверстия диспергатора и взаимодействуют с газожидкостной смесью.

В предлагаемом аппарате газовая фаза выводится через патрубок 10, а жидкая через патрубок 12.

При использовании аппарата предлагаемой конструкции растет равномерность распределения газа по всему реакционному объему, интенсифицируется тепломассообмен за счет высокой степени диспергирования газовой фазы и возросшего времени пребывания газовой фазы в контакте с жидкой и как следствие, увеличивается производительность аппарата.

Использование: в аппаратах для контактирования газа и жидкости. Сущность изобретения: аппарат для контактирования газа и жидкости включает вертикальный цилиндрический корпус с переливным патрубком, патрубками для ввода и вывода газа и патрубками для ввода и вывода жидкости, установленные в корпусе распылитель, смеситель в виде вертикальной трубы, диспергатор в виде плоского экрана под смесителем и цилиндрическую обечайку, установленную на диспергаторе между стенкой корпуса и смесителем. Обечайка имеет переливные отверстия в нижней части, а ее верхняя кромка расположена ниже переливного патрубка. Диспергатор может быть выполнен перфорированным. Патрубок для ввода газа может быть установлен в нижней части корпуса аппарата и соединен с распределителем, расположенным под диспергатором. При этом в случае использования перфорированного диспергатора он снабжен направленным вниз бортиком. При использовании предлагаемого аппарата интенсифицируется тепломассообмен за счет высокой степени диспергирования газовой фазы и увеличения времени пребывания газовой фазы в контакте с жидкой. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. АППАРАТ ДЛЯ КОНТАКТИРОВАНИЯ ГАЗА И ЖИДКОСТИ, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с переливным патрубком, патрубками для ввода и вывода газа и патрубками для ввода и вывода жидкости, установленные в корпусе распылитель, смеситель в виде вертикальной трубы и диспергатор в виде плоского экрана под смесителем, отличающийся тем, что он снабжен цилиндрической обечайкой, установленной на диспергаторе между стенкой корпуса и смесителем, при этом цилиндрическая обечайка выполнена с переливными отверстиями в нижней части, а ее верхняя кромка расположена ниже переливного патрубка. 2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что диспергатор выполнен перфорированным. 3. Аппарат по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что он снабжен распределителем, расположенным под диспергатором, а патрубок для ввода газа установлен в нижней части корпуса аппарата и соединен с распределителем. 4. Аппарат по пп.2 и 3, отличающийся тем, что диспергатор снабжен направленным вниз бортиком.