Способ проведения тепломассообменных процессов в системах газ-жидкость и устройство для его осуществления Советский патент 1987 года по МПК B01D3/20 

I

Изобретение относится к области химической технологии и предназначается для проведения физико-химических процессов в гетерогенных системах газ - жидкость.

Целью изобретения является увеличение эффективности за счет повыпш- ния скорости тепломассообменных процессов,

В способе проведения тепломассо- обменных процессов в системе гая - жидкость в аппарате непрерывного действия осуществляют непрерывный

357029

линий тока в аппарате, вид сверху; на фиг,4 - график распределе}1ия расхода жидкого реагента вдоль радиуса (кривая 1 , при ч 45 , аппроксимирующая ее кривая 2),

Аппарат состоит из корпуса 1 с крышкой 2, в корпусе установлены патрубки отвода 3 и подвода 4 жидкого реагента, а также штуцер 5 подвода газа, в крьшке установлен патрубок 6 отвода газа, вблизи дна аппарата установлена система 7 параллельных барботажных труб, связанная с коллек

10

барботаж газа в область аппарата,по- 15 тором 8, и система 9 соосных корпусу

верхность основания которой симметрична относительно про екции на дно прямой, проходящей через патрубки ввода и вывода жидкого реагента и примыкает к ней, а барботаж через слои, находяп1иеся между боковой стенкой аппарата и областью непрерывного барботажа, осуществляют импульсно, при этом отнощение между длитель 1ос- тью импульсной подачи и временем задержки 3-55 а время задержки составляет 2-10 с, причем в область непрерывного барботажа подается 0,75 Q, а в область импульсной подачи газа - 0,25 Q, где Q - расход газа.

В устройстве, содержащем корпус с патрубками подвода и отвода газа в жидкости, систему барботажных труб, устройство для импульсной подачи газа, при этом центральные барботажные трубки расположены перпендикулярно и симметрично проекции на дно прямой проходящей через патрубки подвода и отвода жидкого реагента, концы этих барботажных труб установлены на рас-

R X

радиус,

R - радиус аппарата, ср - азимутальный угол, а количество отверстий на один погонный метр труб определяется выражением N/N 0,48+0,311 - -0,,9931.)з где 1 L/RJ L - расстояние от линии симметрии барботажных труб до отверстия, барботажные трубы в зазоре между стенкой корпуса и центральными барботажными трубами выполнены в виде сегментов и расположены соосно корпусу и связаны с помощью коллекторов с устройством для импульсной подачи газа.

На фиг„1 показан аппарат с изображением структуры потока в нем, боковой разрез; на фиг„2 - сечение А-А на фиг,1; на фиг„3 - распределение

стоянии от центра5равном г X (1 -cf + 0,), где г 57029

линий тока в аппарате, вид сверху; на фиг,4 - график распределе}1ия расхода жидкого реагента вдоль радиуса (кривая 1 , при ч 45 , аппроксимирующая ее кривая 2),

Аппарат состоит из корпуса 1 с крышкой 2, в корпусе установлены патрубки отвода 3 и подвода 4 жидкого реагента, а также штуцер 5 подвода газа, в крьшке установлен патрубок 6 отвода газа, вблизи дна аппарата установлена система 7 параллельных барботажных труб, связанная с коллек

10

0

5

5

сегментных труб, соединенных с коллектором 10, соединенным с газопроводом 11, в котором установлено устройство 12 для импульсной подачи газа, газопровод далее через вентиль 13 связан с магистралью высокого давления. Коллектор 8 с помощью трубопровода 14 и вентиля 15 связан с магистралью высокого давления.

Способ осу1цествляется в аппарате следующим образом.

Жидкий реагент через патрубок 4 вводят в корпус 1 с герметически закрытой крьгикой 2 и выводят через о патрубок 3. Подают 0,75 Q газа через вентиль 15 в коллектор 8, а из него- в систему 7 барботажных труб и бар- ботируют газ через слой жидкости непрерывно. Газ расходом 0,25 Q подают через вентиль 13, через устройство 12, создаю1цее пульсирующую подачу газа с отнопгением меж;;у длительностью импульсной подачи и временем задержки, равным 2-10 с, в коллектор 10, а из него - в систему 9 соосных корпусу сегментных барботажных труб. Прореагировавший газ удаляется из аппарата через патрубок 6, Внутри аппарата возникает интенсивное двухцирку- ляционное течение.

Таким образом, непрерывная подача газа в область, имеющую основанием поверхность, которая примыкает к прямой, соединяюи1ей патрубки ввода и вывода жидкого реагента, позволяет осуществлять контакт между основной массой жидкой и газовой фаз, так как через эту область проходит подавляющая часть жидкости. В двух зазорах е между областью непрерывного барбота- жа и стенками аппарата проходит незначительная часть жидкого реагента. Согласно расчету, проведенному в расг- ках модели невязкой жидкости для п о-

0

5

0

тенииального течения, функция тока описывается выражением

cf(r,Hi) LL. f(u))

Я. ( С°2 Ч -Ч о Ч

Г().бП; г, r/R; f(q)0;

Следовательно, время задержки подачи газа должно быть равно времени прохождения вихрей Т, определяемому выражением

J R/vfv

О f,fr-,,

где V - динамическая скорость, V - средняя скорость потока, V 2, ) - кинематическая вязкость воды.

Из расчета следует, что .на поверх-Ш гравитащюнная постоянная, СО,скорость движения газа. Учитывая, что

где г - радиус, (f азимутальный угол, R - радиус аппарата.

ности, определяемой выражением

г R (1 - tp + 0,, происходит резкое уменьшение расхода жидкого реагента, причем в центральной части проходит 75%, а в двух пе- f5 риферийных - 25% жидкого реагента, следовательно, в центральную часть следует подавать 0,75 Q, а в обе периферийные части - 0,25 Q, где Q - расход газа.

Скорость массообменных процессов зависит от эффективности перемешивания. Восходяоще потоки жидкости в центральной части будут заворачивать в периферийные части и опускаться

на практике используются аппараты радиусом 0,5-5 м и жидкости вязкостью 0,005-0,03 см /с, получим Т 2-10 с.

В связи с тем, что в центральной зоне барботажа расход жидкости неодинаков, то и количество отверстий на один погонный метр в барботажных трубах также должно быть неравномер-- но и соответствовать расходу жидкого реагента. Аппроксимационная формула, учитывающая расход жидкого реагента, имеет вид: 25 N/N,(0,48+0,311-0,991 f,N„ 33-57,

20

1 L/R,

вниз, образуя циркуляционное течение, Импульсная подача газа позволит увеличить интенсивность этого течения, так как вьтлавляюш 1е пузыри препятствуют развитию течения, а также создать в поперечном сечении, проходящем через ось аппарата, двухцирку- ляционное течение. Поток жидкого реагента, движущийся вниз вдоль боковой стенки, сталкивается с выходящим потоком жидкого реагента, созданным восходящими пузырями. В результате столкновения оба потока поворачивают внутрь аппарата, образуя двухцирку- ляционное течение. Эффективность перемешивания будет максимальной, если поворот потока будет осуществляться посредине аппарата. Согласно экспериментальным данным скорость потока в центральной части составляет 1- 1,5 м/с, а скорость потока, обусловленная всплывающими пузырями, в периферийной части аппарата равна 0,2- 0,3 м/с.

Таким образом, для создания одинаковых циркуляционных течений по высоте аппарата необходимо, чтобы отношение между импульсной подачей газа и временем задержки составляло

30

1 L/R,

где L - расстояние от линии симметрии центральных барботажных труб до отверстия.

Максимальное количество отверстий 33-57 выбрано из наилучпшх условий барботажа, полученных из экспериментальных данных, согласно которым стояние между отверстиями равно 2,5-5 диаметров отверстий, а диаметр отверстия 0,5 см. При этом нет коалес пенции пузырей при выходе из барбо- тажной трубы и нет застойных зон. Трубы в периферийных областях следует размещать в виде соосных концентрических сегментов, при этом удается ликвидировать застойные зоны.

40

45

50

Формул.а изобретения

1 . Способ проведения тепломассо- обменных процессов в системах газ - жидкость в аппаратах непрерывного действия путем барботажа газовых пу зырей через слой жидкости и тепло- массообменного взаимодействия газовых пузыр зй с жидким реагентом, о личающийся тем, что, с целью увеличения эффективности за счет

3-5. При этом созданное двухциркуля- 55повьшения скорости проведения теплоционное течение не должно разрушатьмассообменных процессов, осуществлякрупномасгатабные вихри в аппарате, «т непрерывный барботаж газа в обкоторые способствуют перемешиванию. .ласть аппарата, поверхность которой

Ч

3370294

Следовательно, время задержки подачи газа должно быть равно времени прохождения вихрей Т, определяемому выражением

J R/vfv

V - динамич дняя скорость кинематическ

на практике используются аппараты радиусом 0,5-5 м и жидкости вязкостью 0,005-0,03 см /с, получим Т 2-10 с.

В связи с тем, что в центральной зоне барботажа расход жидкости неодинаков, то и количество отверстий на один погонный метр в барботажных трубах также должно быть неравномер-- но и соответствовать расходу жидкого реагента. Аппроксимационная формула, учитывающая расход жидкого реагента, имеет вид: N/N,(0,48+0,311-0,991 f,N„ 33-57,

1 L/R,

где L - расстояние от линии симметрии центральных барботажных труб до отверстия.

Максимальное количество отверстий 33-57 выбрано из наилучпшх условий барботажа, полученных из экспериментальных данных, согласно которым стояние между отверстиями равно 2,5-5 диаметров отверстий, а диаметр отверстия 0,5 см. При этом нет коалес- пенции пузырей при выходе из барбо- тажной трубы и нет застойных зон. Трубы в периферийных областях следует размещать в виде соосных концентрических сегментов, при этом удается ликвидировать застойные зоны.

Формул.а изобретения

1 . Способ проведения тепломассо- обменных процессов в системах газ - жидкость в аппаратах непрерывного действия путем барботажа газовых пу зырей через слой жидкости и тепло- массообменного взаимодействия газовых пузыр зй с жидким реагентом, о личающийся тем, что, с целью увеличения эффективности за счет

симметрична относительно проекции на дно прямой, проходящей через патрубки ввода и вывода жидкого реагента, и примыкает к ней, а барбо- таж через слои, находящиеся между боковой стенкой аппарата и областью непрерывного барботажа, осуществляют импульсно, при этом отношение между длительностью импульсной подачи и временем задержки 3-5, а время задержки составляет 2-10 с, причем расход газа в область непрерывного бар- ботажа составляет 0,75 Q, а в област импульсной подачи - 0,25 Q, где Q - расход газа.

2. Устройство для проведения тепл массообменных процессов в системах газ - жидкость, содержащее корпус с патрубками подвода и отвода газов и жидкости, систему барботажных труб, установленных в центре и на периферии корпуса, отличающееся тем, что, с целью увеличения эффекти

7029

ности за счет повышения скорости проведения тепломассообменных процессов, оно снабжено устройством для импульсной подачи газа, а центральные бар- ботажные трубы расположены перпендикулярно и симметрично проекции на дно прямой, проходящей через патрубки подвода и отвода жидкого реагента, 0 при этом концы этих труб установлены на расстоянии от центра, равном г R (1 - Cf + 0,41Rq), где R - радиус аппарата, q - изимутальный угол, а количество отверстий на один погонный 15 метр определяется выражением N/N3

(0,48+0,311 - 0, , где , L - расстояние от линии симметрии барботажных труб до отверстия, а бар- ботажные трубы в зазоре между стенкой корпуса и центральными барботажными трубами выполнены в виде сегментов и расположены соосно корпусу и связаны с помощью коллекторов с устройством для импульсной подачи газа.

Изобретение относится к области химической технологии и предназначается для проведения физико-химических процессов в гетерогенных системах газ - жидкость. Цель - увеличение эффективности за счет повьшш- ния скорости тепломассообмена, йСид- кий реагент через патрубок 4 вводят в корпус с герметически закрытой крышкой 2 и выводят через патрубок 3, Подают 0,75 Q газа через вентиль 15 в коллектор, а из него в систему барботажных труб 7 и барботируют газ через слой жидкости непрерывно. Газ расходом О,25 Q подают через вентиль 13, устройство 12, создающее пульсирующую подачу газа с отношением между длительностью импульсной подачи и временем задержки, равным 2-10 с, в коллектор, а из него - в систему со- осных корпусу сегментных барботажных труб 9. Прореагировавший газ удаляется из аппарата через патрубок 6.Внутри аппарата возникает интенсивное двухциркуляционное течение, 2 с.п, фг-лы, 4 ил. SS (Л со, сд о Ьэ со

(puz.Z

Фи.3

I

0.2

ОЛ0.6

ФигЛ

0,8

R

Редактор А.Шандор

Составитель А.Сондор

Техред М.Дидык Корректор Л.Пилипенко

Заказ 5917/3Тираж 657Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4