АППАРАТ ДЛЯ КОНТАКТИРОВАНИЯ ГАЗА И ЖИДКОСТИ Российский патент 2004 года по МПК B01F5/10 

Изобретение относится к аппаратам для обработки жидкостей газовыми реагентами и может быть использовано для очистки сточных вод, при обработке бытовых, природных и промышленных сточных вод окислителями (техническим кислородом, озоновоздушной смесью или воздухом).

Известен аппарат для насыщения сточных вод кислородом (например, патент Великобритании 2072027, В 01 F 03/4, 1981), содержащий контур циркуляции обрабатываемой воды, состоящий из вертикальной трубы с восходящим газожидкостным потоком и вертикальной трубы с нисходящим газожидкостным потоком, соединенных в верхней и нижней частях переточными трубами, насоса и устройства для ввода воздуха или кислорода, расположенного в верхней части трубы с нисходящим потоком.

Однако газосодержание в нисходящем потоке не превышает 0,1-0,2 из-за невозможности подачи большего количества воздуха или кислорода, в связи с чем в известном аппарате реализуется малоинтенсивный режим массообмена.

Наиболее близким техническим решением к заявленному является аппарат для обработки сточных вод, содержащий контур циркуляции обрабатываемой жидкости, состоящий из вертикальных труб с нисходящим и восходящим потоками, соединенных между собой в верхней и нижней частях переточными камерами, перекачивающего устройства, выполненного в виде мешалки, и устройств для ввода кислорода, размещенных на нескольких уровнях по высоте трубы с нисходящим потоком (например, патент Великобритании 2136304, В 01 F 5/10).

В известном аппарате для интенсификации массообмена в трубе с нисходящим потоком размещается несколько устройств для ввода воздуха, однако это увеличивает затраты энергии на ввод и растворение газа и снижает эффективность аппарата, так как трубы Вентури увеличивают сопротивление для проходящего газа и возможен проскок газа наверх.

Задача изобретения заключается в повышении объема обрабатываемых стоков и качества очистки за счет реализации в нисходящем потоке интенсивного массообмена в режиме инверсии фаз.

Поставленная задача достигается тем, что в аппарате для контактирования газа и жидкости, содержащем контур циркуляции обрабатываемой жидкости, состоящий из вертикальных труб с нисходящим и восходящим потоками, соединенных между собой в верхней и нижней частях переточными камерами, перекачивающего устройства, размещенного в верхней части трубы с нисходящим потоком трубопровода для ввода газа, согласно изобретению в верхней части трубы с нисходящим потоком установлен насадок, трубопровод для ввода газа подключен под него, а труба с нисходящим потоком снабжена вертикальными продольными ребрами, образующими вертикальные каналы, одинаковые по площади поперечного сечения, при этом по высоте ребер расположено несколько горизонтальных рядов отверстий.

Аппарат может быть снабжен несколькими трубами с нисходящим потоком, концентрично расположенными вокруг трубы с восходящим потоком.

Возможен вариант аппарата с трубой с нисходящим потоком, установленной внутри трубы с восходящим потоком соосно с ней.

Аппарат может иметь конструкцию, у которой нижняя часть трубы с восходящим потоком не более, чем на половине высоты имеет поперечное сечение, превышающее поперечное сечение в ее верхней части.

На фиг. 1 приведена схема аппарата для контактирования газа и жидкости, содержащего контур циркуляции обрабатываемой жидкости, который состоит из вертикальной трубы 1 с нисходящим потоком и вертикальной трубы 2 с восходящим потоком, соединенных в верхней и нижней частях переточными камерами 3 и 4, перекачивающего устройства 5 со всасывающим и нагнетательным трубопроводами 6 и 7. Устройство для ввода газа размещено в верхней части трубы 1 с нисходящим потоком и состоит из насадка 8. Трубопровод 9 для ввода газа подключен под насадок 8. Труба 1 с нисходящим потоком снабжена вертикальными продольными ребрами 10, которые образуют вертикальные каналы 11 одинаковые по площади поперечного сечения. По высоте ребер выполнено несколько горизонтальных рядов отверстий 12 для перетока жидкости. Труба 2 с восходящим потоком снабжена устройствами 13 для диспергирования газа и сепаратором 14.

На фиг. 2 приведен фрагмент вертикальной трубы 1 с нисходящим потоком, которая снабжена вертикальными продольными ребрами 10, которые образуют вертикальные каналы 11, одинаковые по площади поперечного сечения. По высоте ребер выполнено несколько горизонтальных рядов отверстий 12 для перетока жидкости.

На фиг. 3 приведена схема аппарата с циркуляционным контуром, состоящим из нескольких труб 1 с нисходящим потоком, концентрично расположенных вокруг трубы 2 с восходящим потоком.

На фиг. 4 изображено поперечное сечение аппарата с циркуляционным контуром, состоящим из нескольких труб 1 с нисходящим потоком, концентрично расположенных вокруг трубы 2 с восходящим потоком.

На фиг.5 приведена схема аппарата с циркуляционным контуром, содержащим одну трубу 1 с нисходящим потоком, установленную внутри трубы 2 с восходящим потоком соосно с ней.

На фиг.6 приведена схема аппарата с циркуляционным контуром, содержащим одну трубу 1 с нисходящим потоком, установленную внутри трубы 2 с восходящим потоком, которая не более чем на половине высоты имеет поперечное сечение, превышающее поперечное сечение в ее верхней части.

На фиг. 7 приведена схема аппарата с циркуляционным контуром, состоящим из нескольких труб 1 с нисходящим потоком, концентрично расположенныx вокруг трубы 2 с восходящим потоком, которая не более чем на половине высоты имеет поперечное сечение, превышающее поперечное сечение в ее верхней части.

Аппарат для контактирования работает следующим образом.

В трубу 1 с нисходящим потоком по трубопроводу 9 для газа поступает воздух из атмосферы (технический кислород или газовый реагент), который смешивается с обрабатываемой жидкостью, подаваемой перекачивающим устройством 5 и поступающей через насадок 8. Скорость жидкости, поступающей через насадок, значительно превышает скорость всплытия пузырей в барботажном слое. При этом образуется однородный по структуре нисходящий газожидкостной поток, который движется по продольным вертикальным каналам 11 с одинаковой площадью поперечного сечения. Отверстия 12 служат для перераспределения жидкости и выравнивания давления в отдельных каналах. Нисходящий газожидкостной поток имеет высокое газосодержание 0,4-0,5, характерное для режима, близкого для режима инверсии фаз, когда коэффициенты массотдачи в жидкой фазе максимальны, а следовательно, максимально и насыщение жидкости кислородом воздуха и окисление примесных компонентов. Размещение насадка расширяет диапазон работы аппарата по газовой нагрузке и дает возможность работать при максимальном газосодержании и высокой удельной поверхности контакта фаз, так как при нисходящем потоке газа и жидкости пузырьки газа имеют малый диаметр d_п<4 мм, а поток - однородную структуру и прямоугольный профиль скорости жидкости. По мере продвижения в нисходящем потоке пузырьки газа сжимаются под действием гидростатического давления, а кислород воздуха растворяется в обрабатываемой жидкости, окисляя содержащиеся в сточной воде примеси.

На выходе из вертикальных каналов газожидкостной поток по переточной камере 4 поступает в трубу 2 с восходящим потоком. В трубе 2 пузырьки газа всплывают наверх, перераспределяясь на диспергирующих устройствах 13. Выполнение трубы с восходящим потоком с расширенным поперечным сечением в нижней части связано с тем, что в этой зоне максимальна движущая сила процесса растворения кислорода в жидкости, т.е. максимальна разница концентраций между равновесной и рабочей концентрацией кислорода в жидкости и максимально общее количество поглощенного кислорода из-за роста гидростатического давления.

В сепараторе 14 происходит отделение газа от жидкости. Отработанный воздух выводится в атмосферу, а жидкость через переточную камеру 3 поступает в насадок, замыкая контур циркуляции. Окисление примесей, содержащихся в обрабатываемой воде, происходит в результате многократной циркуляции обрабатываемой воды и насыщения ее кислородом воздуха.

В качестве перекачивающего устройства 5 может использоваться пропеллерная мешалка или насос, всасывающий трубопровод 6 которого подключен к переточной камере 4, а нагнетательной трубопровод 7 к переточной камере 3.

Размещение продольных ребер 10 в трубе с нисходящим потоком способствует сохранению однородной структуры нисходящего газожидкостного потока при незначительном перераспределении жидкости через отверстие 12.

При подключении трубопровода 9 для газа под насадок 8 под ним образуется газовая камера, из которой под действием струи жидкости диспергируются мелкие пузырьки воздуха, причем чем выше скорость жидкости, истекающей из насадка (в определенном диапазоне), тем меньше диаметр пузырьков и однороднее структура нисходящего газожидкостного потока, выше удельная поверхность контакта фаз.

Аппарат для контактирования газа и жидкости позволяет повысить качество очистки больших объемов жидкости за счет реализации массотдачи в нисходящем газожидкостном потоке в режиме инверсии фаз, когда коэффициенты массотдачи в жидкой фазе максимальны.

Изобретение относится к аппаратам для очистки сточных вод и может найти применение при обработке бытовых, природных и промышленных вод воздухом, техническим кислородом или озоновоздушной смесью. Аппарат содержит контур циркуляции жидкости, состоящий из вертикальных труб с нисходящим и восходящим потоками, соединенных между собой в верхней и нижней частях переточными камерами, перекачивающего устройства, размещенного в верхней части трубы с нисходящим потоком трубопровода для ввода газа. В верхней части трубы с нисходящим потоком установлен насадок, трубопровод для ввода газа подключен под него, а труба с нисходящим потоком снабжена вертикальными продольными ребрами, образующими вертикальные каналы. По высоте ребер расположены несколько горизонтальных рядов отверстий. Аппарат может быть снабжен несколькими трубами с нисходящим потоком, концентрично расположенными вокруг трубы с восходящим потоком, или труба с нисходящим потоком установлена внутри трубы с восходящим потоком соосно с ней. Технический результат состоит в повышении качества очистки за счет массообмена в режиме инверсии фаз. 3 з.п.ф-лы, 7 ил.

1. Аппарат для контактирования газа и жидкости, содержащий контур циркуляции обрабатываемой жидкости, состоящий из вертикальных труб с нисходящим и восходящим потоками, соединенных между собой в верхней и нижней частях переточными камерами, перекачивающее устройство, трубопровод для ввода газа, размещенный в верхней части трубы с нисходящим потоком, при этом в трубе с нисходящим потоком установлены вертикальные продольные ребра, образующие вертикальные каналы, отличающийся тем, что аппарат снабжен насадком, установленным в верхней части трубы с нисходящим потоком, трубопровод для ввода газа подключен под насадок, а по высоте ребер выполнено несколько горизонтальных рядов отверстий.2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что он снабжен несколькими трубами с нисходящим потоком, концентрично расположенными вокруг трубы с восходящим потоком.3. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что труба с нисходящим потоком установлена внутри трубы с восходящим потоком соосно с ней.4. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что нижняя часть трубы с восходящим потоком не более чем на половине высоты имеет поперечное сечение, превышающее поперечное сечение в ее верхней части.