ГАЗЛИФТНЫЙ РЕАКТОР Российский патент 1996 года по МПК B01J10/00 B01J14/00 B01J19/24 

Изобретение относится к конструкциям химических реакторов и может быть применено для окисления сложных суспензий твердое жидкость, например для проведения процессов окислительно-гидролитической деструкции иловых осадков городских очистных сооружений, а также для проведения различных процессов окисления.

Известен кожухотрубный реактор [1] предназначенный для проведения экзотермических и эндотермических реакций при контактировании с жидкостями и состоящий из вертикального корпуса с газовой и жидкостной камерами, центральной циркуляционной трубы и нескольких барботажных труб, удлиненные концы которых проходят через нижнюю трубную решетку и имеют отверстия. Конструкция реактора проста и, кроме того, в нем достигается равномерность распределения газа по сечению аппарата.

Известен кожухотрубный газлифтный аппарат [2] для проведения тепло- и массообмена, состоящий из корпуса с расположенными внутри верхней и нижней камерами, трубными решетками и проходящими через них циркуляционными и барботажными трубами, причем концы труб в верхней камере расположены на разном уровне, что обеспечивает циркуляционный отбор отдельных компонентов в зависимости от их плотности.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является газлифтный аппарат [3] предназначенный для использования в микробиологической промышленности при проведении процессов биохимических превращений в системах газ-жидкость, состоящий из цилиндрического корпуса и расположенных внутри него верхней газоотделительной и нижней жидкостной камер, трех трубных решеток, верхняя и средняя из которых образуют газовую камеру. В решетках закреплены барботажные и циркуляционные трубы, концы барботажных труб расположены в газовой фазе, а концы циркуляционных труб в жидкой, в стенках циркуляционных труб, расположенных в газовой камере, выполнены отверстия. Аппарат снабжен штуцерами для ввода и вывода фаз, тепло- и хладоносителя.

Недостатком прототипа, как и аналогов, является недостаточная эффективность его применения для обработки суспензий твердое жидкость, так как отверстия в барботажных трубах и решетках реактора могут быть засорены различными взвешенными частицами, входящими в состав твердой фазы. Кроме того, на этих аппаратах невозможно организовать непрерывный процесс окисления трудноокисляемых суспензий, состоящих из твердой и жидкой фаз, например обработку кислородом иловых суспензий очистных сооружений.

Задачей изобретения является создание конструкции газлифтного реактора, в котором возможно осуществить непрерывный процесс окисления трудноокисляемых гетерогенных суспензий.

Для решения этой задачи предложен газлифтный реактор, содержащий нижнюю жидкостную, верхнюю газоотделительную камеры, связанные вертикальными барботажными и циркуляционными трубами, штуцеры подачи обрабатываемого продукта, вывода конечного продукта и подачи газа, отличающийся тем, что жидкостная и газоотделительные камеры выполнены в виде параллельных труб, расположенных горизонтально или под углом не более 6^o к горизонтали с подъемом в сторону выхода конечного продукта, барботажные и циркуляционные трубы установлены вдоль боковых поверхностей жидкостной и газоотделительных камер и закреплены своими торцами через штуцеры на этих поверхностях, штуцеры подачи обрабатываемого продукта и вывода конечного продукта установлены на противоположных концах жидкостной камеры, а штуцеры подачи газа установлены в нижней части каждой барботажной трубы.

Кроме того, реактор снабжен по крайней мере одним штуцером вывода минерализованного остатка, установленным в нижней части жидкостной камеры и дополнительными штуцерами подачи газа, расположенными также в нижней части жидкостной камеры вдоль ее наружной боковой поверхности, а каждая барботажная труба снабжена штуцером для подачи теплоносителя.

Сущность изобретения заключается в следующем. Выполнение жидкостной и газоотделительной камер в виде параллельных горизонтальных труб и установка барботажных и циркуляционных труб вдоль боковых поверхностей по всей длине этих камер позволяет провести многократную циркуляцию суспензии в каждом из циркуляционных контуров: барботажная труба циркуляционная труба. При этом, суспензия вводится через входной штуцер, установленный на одном конце (например, торце трубчатой жидкостной камеры, а выводится через выходной штуцер, установленный на другом ее конце. Эти конструктивные отличия позволяют проводить непрерывный процесс деструкции сложных суспензий жидкость-твердое.

Возможна установка трубчатых параллельных друг другу жидкостной и газовой камер под небольшим углом к горизонтали с подъемом в сторону выхода конечного продукта. Выбор угла зависит от физикохимических свойств обрабатываемой суспензии. Благодаря установке жидкостной камеры под углом к горизонтали твердая фаза, входящая в состав суспензии, движется к выходу медленнее жидкой, в результате чего процесс деструкции твердой фазы проходит более глубоко из-за уменьшения возможности продольного перемешивания.

Следует отметить, что установка реактора под углом к горизонтали невозможна для конструкций, описанных в прототипе и в аналогах, а следовательно, невозможно оказывать влияние на процесс замедления окисления твердой фазы.

Предложенная конструкция иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан общий вид газлифтного реактора, установленного под углом к горизонту; на фиг. 2 вид А фиг. 1; на фиг. 8 общий вид газлифтного реактора, установленного горизонтально.

Газлифтный реактор состоит из нижней жидкостной камеры 1, верхней газоотделительной камеры 2, которые выполнены в виде труб, установленных горизонтально или под углом не более 6 ^o к горизонтали с подъемом в сторону выхода конечного продукта. Устройство также содержит вертикальные барботажные 3 и циркуляционные 4 трубы, установленные вдоль боковых поверхностей жидкостной и газоотделительной камер и закрепленные своими торцами через штуцера 5 на боковых поверхностях этих камер. Штуцер 6 подачи суспензии находится на одном из торцов жидкостной камеры 1, а штуцер 7 выхода конечного продукта на противоположном торце этой камеры. Каждая барботажная труба 3 снабжена штуцерами 8 для подачи кислородсодержащего газа и штуцерами 9 для подачи теплоносителя, расположенными в нижней части барботажных труб. В данной конструкции теплоноситель подается в барботажные трубы, однако, их нагрев может осуществляться с помощью внешнего теплообменника. В нижней части жидкостной камеры 1 установлен штуцер 10 для вывода минерализованного остатка. Газоотделительная камера 2 снабжена штуцером 11 отвода неконденсируемого газа. Кроме того, газолифтный реактор может быть снабжен штуцерами 12, устанавливаемыми по всей длине жидкостной камеры для подвода кислородосодержащего газа.

Возможно различное соотношение числа циркуляционных и газоотделительных труб, входящих в состав аппарата. На фиг. 1 показана конструкция реактора с числом барботажных труб, равным числу циркуляционных труб, а на фиг. 3 - конструкция реактора, в котором количество циркуляционных труб превышает количество барботажных труб.

Как уже указывалось выше, жидкостная и газооделительные камеры, выполненные в виде труб, могут быть расположены горизонтально, как это показано на фиг. 3, или установлены под небольшим углом по отношению к горизонтали с подъемом в сторону выхода готового продукта, но не более 6^o по отношению к горизонтали (фиг. 1).

Рассмотрим работу реактора на примере проведения процесса окислительно-гидролитической деструкции суспензии, состоящей из твердой и жидкой фаз, например иловой суспензии очистных сооружений.

Устройство работает следующим образом. В жидкостную камеру 1 через входной штуцер 6 под давлением подается обрабатываемая суспензия, которой заполняется вся жидкостная камера 1, барботажные и циркуляционные трубы 3, 4 и частично газоотделительная камера 2. Затем через штуцеры 9 в барботажные трубы подается теплоноситель, например острый пар. После достижения заданной температуры в барботажные трубы через штуцеры 8 подается кислородосодержащий газ (сжатый воздух), результате чего в барботажных трубах образуется газожидкостная смесь, которая, поднимаясь по барботажным трубам, попадает в газоотделительную камеру 2, где происходит отделение жидкой фазы от газовой. Последняя поступает из газоотделительной камеры в холодильник (не показан), где освобождается от влаги и удаляется, а жидкость, содержащая в газе, возвращается в газоотделительную камеру 2, а затем в циркуляционные трубы 4. Так как в барботажной трубе обеспечивается насыщение суспензии кислородом и образуется газожидкостная смесь, плотность которой меньше, чем плотность жидкой фазы в циркуляционной трубе, начинается процесс циркуляции газожидкостной смеси по барботажной трубе снизу вверх, а жидкостной фазы по циркуляционной трубе сверху вниз. Такая циркуляция происходит многократно. По истечении заданного времени начинают отбор готового продукта через штуцер 7 и подачу исходной суспензии через штуцер 6, после чего прошедшая циркуляционный контур суспензия вытесняется по жидкостной камере 1 к следующему циркуляционному контуру, где происходит новый цикл и так до выхода готового продукта из реактора. Таким образом, процесс обработки каждой порции суспензии пpодолжается по мере ее продвижения вдоль жидкостной камеры, причем проход от одной барботажной трубы к последующей происходит с отбором готового продукта и поступлением новой порции суспензии. При этом каждая порция суспензии проходит многократную циркуляцию в каждом из циркуляционных контуров, что обеспечивает насыщение газом обрабатываемой суспензии в малом объеме барботажной трубы. Таким образом, осуществляется непрерывный процесс окисления органического вещества суспензии.

По мере накопления минерализованного осадка (например, хелатных соединений ионов тяжелых металлов, образующихся в результате химических превращений, происходящих в реакторе и оседающих на дне жидкостной камеры) и для освобождения от него включается подача кислородосодержащего газа через штуцеры 12. Газ перемешивает минерализованный осадок, что способствует его перемещению к выходному штуцеру 7, после чего осадок удаляется вместе с конечным продуктом. Кроме того, минерализованный осадок, в том числе и песок, может периодически удаляться через штуцер 10.

Устройство просто и надежно. В нем отсутствуют решетки и отверстия для подачи газа (как в аналогах и прототипе), которые могут быть забиты частицами твердой фазы. Благодаря наружной установке барботажных и циркуляционных труб можно легко проводить их ремонт и замену. Главным достоинством реактора является то, что его конструкция позволяет осуществить непрерывный процесс окисления гетерогенных суспензий, в частности иловых осадков очистных сооружений.

Использование: для окисления сложных суспензий твердое-жидкость. Сущность изобретения: реактор содержит жидкостную и газоотделительную камеры, выполненные в виде параллельных труб, расположенных горизонтально или под углом не более 6^o к горизонту с подъемом в сторону выхода конечного продукта. Камеры соединены вертикальными барботажными и циркуляционными трубами, которые установлены вдоль боковых поверхностей камер и закреплены на этих боковых поверхностях своими торцами. На одном конце жидкостной камеры установлен штуцер подачи обрабатываемого продукта, а на противоположном - штуцер выхода конечного продукта. Каждая барботажная труба снабжена штуцерами подачи газа и теплоносителя. По всей длине жидкостной камеры установлены штуцеры для подвода газа. 3 з.п. ф-лы., 3 ил.

1. Газлифтный реактор, содержащий нижнюю жидкостную, верхнюю газоотделительную камеры, связанные вертикальными барботажными и циркуляционными трубами, штуцеры подачи обрабатываемого продукта, вывода конечного продукта и подачи газа, отличающийся тем, что жидкостная и газоотделительные камеры выполнены в виде параллельных труб, расположенных горизонтально или под углом не более 6^o к горизонтали с подъемом в сторону выхода конечного продукта, барботажные и циркуляционные трубы установлены вдоль боковых поверхностей жидкостной и газоотделительных камер и закреплены своими торцами через штуцеры на этих поверхностях, штуцеры подачи обрабатываемого продукта и вывода конечного продукта установлены на противоположных концах жидкостной камеры, а штуцеры подачи газа в нижней части каждой барботажной трубы. 2. Реактор по п.1, отличающийся тем, что он снабжен по крайней мере одним штуцером вывода минерализованного остатка, установленным в нижней части жидкостной камеры. 3. Реактор по п.1, отличающийся тем, что он снабжен дополнительными штуцерами подачи газа, установленными в нижней части жидкостной камеры вдоль ее наружной поверхности. 4. Реактор по п. 1, отличающийся тем, что каждая барботажная труба снабжена штуцером для подачи теплоносителя.