Устройство для насыщения жидкости газом Советский патент 1984 года по МПК B01F5/00 B01F3/04 

ИзоОре.теппе относится к айпаратур ному оформлению процесса растворения газа в жидкости, в частности к устрор1ствам для насыщения рециркуляцион ной воды воздухом приНапорной флотации и может быть использовано в нефтехимической, нефтеперерабатывающей, и др. отраслях npoMbmineHHocTHj где необходимо проводить быстропротекающие реакционные процессы в системе жидкость - газ, а также флотационную очистку сточных вод. Известны устройства для насыщения жидкости газом (воздухом), представляющие собой напорные резервуары различной конструкции 1 , Недостатками указанных устройств являю ч-я низкая степень насыщения воды воздухом, их большой рабочий объем, а также трудность соблюдения технологического режима насьпдения n,jH насадо.чных устройств. Изтзестен статический смеситель, c дйр;к;иций трубчатый корпус с перекрещ .я пластинчатыми турбулизаторами, запол}1сн11ьгй насадкой. Устройство работает в условиях ла минпрього смешения, которое на мелко масштабном уровЕге обеспечивается образованием и объединением микропотоков, образуемых при обтекании элемен тов насадочного материала, а на круп номасштабном уровне - благодаря взаимо71;ействию пересекающихся струек Г2 В целом устройство с загрузкой насадочным матбриалом, особенно песком или бусинками для растворения га за, непригодно, поскольку насадка вы полняет коалесцирующую функцию. Если из устройства удалить насадку, то оно при соответствующем расстоянии между пересекающимися пластинами может быть использовано для растворени газа. Однако такое устройство обладает рядом недостатков. В области перекре щивания пластин находится зона повышенного сопротивления из-за низкого живого сечения. Кроме того, дисперги ющее действие плоских пластин с продольными щелями ниже плоских пластин с квадратными ячейками, поскольку дробление происходит в узкой зоне за кромкой перегородок. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является сме сительное устройство, содержащее кор пус, выполненный в виде трубы с подводящими патрубками, и установленные в нем лопастные турбулизаторы и конусные диффузоры 3 1. Однако использование известного смесителя для процессов массопередачи в системе газ - жидкость малоэффективно по следующим причинам. Если турбулизатор обладает диспергирующим действием, то в зоне диффузора протекает интенсивная коалесценция пузырьков воздуха, особенно в глухой зоне, образованной корпусом и стенкой диффузора. Это приводит, в конечном счете, к низким значениям межфазной поверхности. Таким образом, использование чередующихся двух типовтурбулизаторов, обладающих противоположным действием по отношению к формированию м ёжфазной поверхности в системе газ - жидкость, делает устройство малопригодным для растворения газа в жидкости. Цель изобретения - снижение энергозатрат при увеличении степени газонасьпцения. Поставленная цель достигается тем, что устройство для насыщения жидкоети газом, содержащее корпус, выполненный в виде трубы с подводящими патрубками, и установленные в нем винтообразные турбулизаторы, снабжено разделительной камерой, заполненной гидрофобной насадкой и дополнительными турбулизаторамп, выполненными в виде решеток и установленными в трубе между винтообразными турбулизаторами, Кроме того, патрубок подачи газа снабжен насадком из пористого материала, а решетки имеют живое сечение 0,5-0,6 и установлены с шагом 1,01,7 диаметра трубы. На фиг. 1 представлено устройство для насьпцения жидкости газом; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 и А - графики зависимости мощности, затрачиваемой в устройстве соответственно от изменения расстояния между решетками и от изменения живого сечения решетки. Устройство состоит из корпуса 1 и разделительной камеры 2. Корпус выполнен в виде трубы с патрубком 3, снабженным насадком 4 в виде пористой керамической пластины для подачи газа и патрубком 5 для подачи воды. В трубе установлены решетки 6 и винтообразные турбулизаторы 7 между 31 ними. Разделительная камера выполнена в виде вертикальной цилиндрическо .емкости, содержащей патрубки для отвода избыточного воздуха 8 и воды 9 и разделенных перегородкой 10 на две части, одна из которых заполнена гидрофобной насадкой 11. Чтобы исключить процесс начальног формирования межфазной поверхности в данном устройстве, газ подается через пористую пластину и попадает в поток уже в виде пузырьков размером 0,1-0,3 мм. Кроме того, использование решеток в качестве турбулизаторо позволяет создать мелкомасштабную однородную по сечению трубы турбулентность, при которой сформированна на входе дисперсия газа в воде практически динамически устойчива. Однако по причине действия на пузырьки силы Архимеда все же происходит выделение пузьфьков из потока и коалес ценция их в пограничном слое с образованием крупных пузырей. Этот процесс весьма значим к концу процесса растворения. Для исключения нежелательного действия силы Архимеда корпус устройства можно разместить вертикально. Однако такое расположение устройства зачастую неудобно в условиях производства. Поэтому в предлагаемом устройстве для исключения выделения пузырьков из потока между решетками установлены винтообразные элементы, которые придают потоку вращательное движение, чем компенсируется вертикальная составляюща силы Архимеда, действующая на пузыре После формирования вращательного дви жения, уменьшая размер ячейки до djy 3-5 мм, удается снизить затраты энергии в 3 раза, уменьшив скорость с 0,6 м/с до 0,4 м/с (подводимая эне гия пропорциональна скорости в треть ей степени) при сохранении практичес ки одинаковой величины межфазной поверхности., В данном случае диспергир ющий эффект, который определяется суммарным периметром ячеек (уменьшен размера ячейки с 10 до 5 мм увеличив ет суммарный периметр в 1,4 раза) ко пенсировал уменьшение скорости в 1,5 раза. Дальнейшее уменьшение раэ- мера ячейки нецелесообразно, так как уменьшается е.е жесткость и растет гидравлическоё сопротивление. Шаг уйтанов 1ки решеток S 1-1,Ь диаметра трубы выбирался, исходя из условия поддер77жания постоянной величш(ы межфазной поверхности, генерируемой на входе в устройство. Устройство работает следующим образом. Вода в устройство подается центробежным насосом (не показан) , создающим избыточное давление в устройстве и обеспечивающим необходимую его производительность. Газ в устрог ство через патрубок 3 поступает от компрессора или из технологической тапорной газовой линии (не показаны). При дросселировании газа через пористую пластину 4 образуются пузырьки размером 0,05-0,3 мм, которые формируют развитую межфазную поверхность. При средней линейной скорости движения воды в трубе 0,35-0,40 м/с за счет установки турбулизирующих решеток 6 и винтообразных турбулизаторов 7 создается интенсивное турбулентное течение, обеспечивающее постоянство величины межфазной поверхности по длине аппарата. После насыщения воды газом в ней всегда в незначительном количестве присутствуют нерастворивщиеся пузырьки воздуха. Это происходит потому, что количество воздуха может в отдельные моменты времени оказаться в избытке из-за неточности регулирования расхода. Кроме того, по причине полидисперсности пузьфьков диспергируемого воздуха крупные пузырьки его полностью не растворяются. Попадание этого остаточного воздуха во флотационную систему нежелательно, так как при дросселировании нacьш eннoй воздухом воды остаточные пузырьки быстро растут, образуя крупные пузырьки, которые ухудшают флотацию частиц. Выходящая из сатурационной камеры вода, насьш1енная газом до 85-95%, освобождается от избыточного воздуха в разделительной камере 2. Для ускорения процесса отделения избыточного воздуха посредством коалесценции пузырьков воздуха на гидрофобной поверхности в камере 2 уложена насадка 11, состоящая из кусков фторопластовых труб. Насыщенная воздухом вода из устройства отбирается через патрубок 9. Поскольку слой насадки составляет 20-30 см и течение ламинарное, то сопротивление разделительной камеры мало и его можно, не учитывать при определении общих затрат энергии.

Таким (Образом, счет смиже)1ия ыия в 1,8 раза большей межфазной поскорости с 0,6 м/с до 0,4 м/с энерго- верхности повышается степень насьпцезатраты в предлагаемом устройстве ния с 75 до 95% при длине аппарата снижаются в 3 раза, а за счет созда- 8 м.

1117077

N10

ет

Фиг2

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАСЬПЦЕНИЯ ЖИДКОСТИ ГАЗОМ, содержащее корпус, выполненный в виде трубы с подводящими патрубками, и установленные в нем винтообразные турбулизаторы, отличающееся тем, что, с целью снижения энергозатрат при увеличении степени газонасыщения, оно снабжено разделительной камерой, заполненной гидрофобной насадкой и дополнительными турбулизаторами, выполненными в виде решеток и установленными в трубе между винтообразными турбулизаторами. S 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что патрубок (Л подачи газа снабжен насадком из пористого материала, а решетки имеют с: живое сечение 0,5-0,6 и установлены с шагом 1,0-1,7 диаметра трубы. sj

5 Q 5

Г,5

г/Л

Фиг.З