Способ проведения тепломассообменных, химических и микробиологических процессов Советский патент 1989 года по МПК B01D11/04 

Изобретение относится к процесса.м, включающим массопередачу в системах жидкость -жидкость, и может быть применено в химической, нефтехимической и род- стг .е.чным им отраслям промышленности при проведении тепломассообменных, химических и микробиологических процессов в данных системах.

Цель изобретения - интенсификация процессов тепло массообмена за счет увеличения скорости обновления поверхности контакта фаз.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема аппарата для осуществления предлагаемого способа; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. I; на фиг. 3 - принципиальная схема аппарата для осуществления предлагаемого способа с предварительным эмульгированием фаз.

Аппарат для осуществления предлагаемого способа представляет собой ротор, содержащий цилиндрическую обечайку 1 с торцовыми днищами 2 и 3 и размещенную параллельно днищам перегор одку 4. Перегородка 4 укреплена в цилиндрической обечайке 1 с зазором к днищу 3, которые образуют карман 5 для подачи и распределения сплошной фазы. В зазоре между перегородкой 4 и днищем 2 коаксиально укреплены (на некотором расстоянии друг к другу) цилиндры 6, снабженные вводными устройствами 7.

Примером вводных устройств могут служить переточные устройства (например, отверстия в цилиндрах, каналы, патрубки,- сопла и т. п.) простой или сложной формы, диспергаторы, различные по устройству и другие устройства, способные к диспергироСП ISD 00 СП К)

ванию жидкости. Вводные устройства могут быть выполнены в теле цилиндров или укреплены на них.

Перегородки 4, днище 2 и цилиндры 6 образуют полости - контактные зоны 8. Перегородки 4 снабжены отверстиями 9 для входа сплошной фазы.

На днище 2 соосно отверстиям 9 выполнены отверстия 10, предназначенные для перетоков фаз. Кроме того, на днище 2 укреплено выносное сепарационное устройство Под такими устройствами понимаются се- парационные устройства различных конструкций и типов (например, тарельчатые, криволинейные, центробежные отстойники и т. п. встроенного или выносного типов, включая сепарационные устройс1ва, приме- няе.мые отдельно от центробежных аппаратов, т. е. те конструкции, которые могут быть использованы без нарушения основной идеи технологического решения).

На фиг. 1 изображено трехсекционное выносное сепарационное устройство, каждая секция которого содержит корпус II, выполненный в виде плоского кольца с отбор- товкой. При этом в отбортовке корпуса (параллельно к плоскому кольцу и с зазором к нему и друг к другу, и соосно плоскому кольцу корпуса) укреплены две кольцевые перегородки (кольца) 12 и 13, между которыми укреплены радиально размещенные криволинейные пластины 14. Каждая из трех секций укреплена на днище 2 торцом отбор- товки так, что между днищем 2 и кольцом 13 образуется замкнутая тороидальная полость

15плоской формы. При этом кольцо 13 снабжено двумя отверстиями 16 и 17. Отверстия

16размещены у направленной к центру аппарата кромки кольца 13 и служат для сообщения контактных зон с атмосферой. Отверстия 17 размещены вблизи центральной части криволинейных пластин 14 и служат для перетока жидкос1и из тороидальной полости 15 в зазор между кольцами 12 и 13.

Кольцо 12 снабжено отверстиями 18, выполненными вблизи крепления кольца 12 к отбортовке корпуса 11. Отверстия 18 служат для перетока отсепарированной тяжелой фазы.

Пространство между плоским кольцом 12 и кольцевой отбортовкой корпуса 1I представляет собой камеру 19 для сбора тяжелой фазы, куда с некоторым зазором к корпусу 1 1 и кольцу 12 введен отборник 20. По конструкции отборник 20 может быть дисковым, трубчатым и т. п. Такой же отборник 20 для отбора легкой фазы введен в пространство между плоскими кольцами 12 и 13.

Способ осуществляют следующим образом.

При вращении ротора в карман 5 подают легкую фазу, которая через отверстия 9 заполняет контактные зоны 8 до уровня нижнего среза отверстий 10, оставляя часть кон

тактной зоны, размещенную от отверстии 9

и 10 до находящегося ближе к цеитру, ци

линдра 6, свободной от контактирующих фаз1

Тяжелая фаза во вращающемся роторе

попадает на внутреннюю поверхность первого (от центра аппарата) цилиндра 6 и истекает из вводного устройства 7 в контактную зону 8. Далее дисперсную фазу подают через свободный от контактирующих фаз объем контактной зоны 8, т. е. направляют фазу в воздушную прослойку контактной зоны 8. При истечении тяжелой фазы в воздух скорость истечения возрастает (согласно формуле Бернулли) за счет разности плотностей воздуха и дисперсной фазы в несколько раз.

Подача жидкости в воздух приводит к изменению и улучщению режима диспергирования, т. е. к образованию общирного факела с его улучшенной структурой.

Далее дисперсную фазу, обладающую больщой скоростью и улучшенной дисперсной структурой, направляют на свободную поверхность легкой фазы. Частицы тяжелой фазы не просто попадают на поверхность легкой фазы, а «бомбардируют эту поверхлость и углубляются в нее. При своем падении капли захватывают и воздух и, углубившись в толщу жидкости, турбулизуют ее. Образуется пенно-эмульсионный слой тяжелой и легкой фаз и воздуха.

В результате повышенная скорость истечения, улучшенная дисперсность и структура факела и «бомбардировка свободной поверхности и турбулизация толщи контактирующих фаз приводит к интенсификации процесса, а возрастание скорости позволяет увеличить производите,тьность аппарата.

При установившемся режиме процесса

дисперсная фаза «бомбардирует не поверхность контактируюц.1их фаз, а поверхность пенно-эмульсионного слоя, приводя к неко- торо.му увеличению интенсификации процесса. Далее пенно-эмульсионную смесь фаз, содержащую малую часть дисперсной фазы, из контактной зоны 8 через отверстие 10 выводят в тороидальные полости 15 сепа- рационного узла и, минуя отверстие 16, сепарируют неподвижными Криволинейными

пластинами 14, отделяя легкую фазу от остатков тяжелой. После этого легкую фазу выводят из аппарата, а тяжелая фаза поступает в зазор между плоским кольцом корпуса 11 и плоским кольцом 12 и оттуда по перепускному каналу 18 подается на следующую ступень.

Аналогичным образом осуществляют сепарацию и вывод фаз из всех трех секций, при этом часть отконтактировавшей дисперс- ной фазы выводят отборником 20.

Аналогичным образом из области, заключенной между плоскими кольцами 12 и 13 и отборником 20 выводят сплошную отсепа- рированную фазу.

Преимущество предлагаемого способа ллюстрируется приведенными ниже конкретными примерами осуществления способа.

Аппарат, изображенный на фиг. 3 и обеспечивающий осуществление способа с предварительным эмульгированием фаз, незначительно отличается от аппарата, изображенного на фиг. 1: в аппарате, изображенном на фиг. 3, в качестве вводного устройства используются не вводное сопловое устройство, а инжектор.

Способ с предварительным эмульгированием фаз осуществляют следующим образом. Тяжелую фазу подают на внутреннюю поверхность первого цилиндра 6 вращающегося ротора. Тяжелая фаза поступает в инжектор 7 и начинает истекать из сопла инжектора 7. При этом тяжелая фаза заполняет до нижней кромки отверстия 10 кон- тактную зону и перетекает в тороидальную полость 15, затем через отверстие 16 по каналу 18 тяжелая фаза поступает в инжек- ционную камеру второго цилиндра 6. Таким же образом тяжелая фаза заполняет весь ротор. После этого в карман 5 подают легкую фазу, поступающую через отверстия 9 в инжектор 7, откуда она инжектируется высокоскоростным потоком тяжелой фазы.

При осуществлении предлагаемого способа по п. 1 формулы изобретения был подробно рассмотрен процесс контактирования фаз, приводящий к интенсификации массо- обмена, вследствие увеличения скорости истечения диспергированной жидкости, что вызвало улучщение дисперсности и структуры факела, «бомбардировку свободной поверхности контактирующих жидкостей, положи0

5

0

5

0

тельное влияние «больших капель факела на процесс тепломассообмена. Все это справедливо и для способа по п. 2 формулы изобретения, однако при осуществлении предлагаемого способа по п. 2 формулы изобретения фазы предварительно эмульгируют и подают через свободный от контактирующих фаз объем контактной зоны, а уже затем чфазы направляют на свободную поверхность контактирующих фаз. При этом допускается эмульгировать фазы как вне центробежного аппарата, например в отдельном эмульгаторе, так и в самом центробежном аппарате (фиг. 3). В результате инжекции структура факела становится более однородной и более мелкодисперсной, что еще больше улучщает условия протекаиия процесса массотепло- обмена и одновременно повыщает производительность аппарата по обеим фазам.

Формула изобретения

1.Способ проведения тепломассообмен- , химических и микробиологических процессов в поле центробежных сил, включающий диспергирование тяжелой фазы в газовом объеме и разделение фаз, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процессов тепломассообмена за счет увеличения скорости обновления поверхности контакта фаз, тяжелую фазу после диспергирования направляют на поверхность раздела легкой фазы и газа.

2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что фазы перед диспергированием и взаимным контактом подвергают эмульгированию.

Изобретение относится к процессам, включающим массопередачу в системах жидкость-жидкость, может быть применено в химической, нефтехимической и родственных отраслях промышленности при проведении тепломассообменных , химических и микробиологических процессов в данных системах и позволяет интенсифицировать процессы тепломассообмена за счет увеличения скорости обновления поверхности контакта фаз. Способ заключается в том, что после диспергирования тяжелой фазы в газовом объеме ее направляют на поверхность контакта легкой фазы и газа. Фазы перед диспергированием и взаимным контактом подвергают эмульгированию. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

111)||

V V2V2 i. 7--Н:/ r/Л ,.v--t:. ,)

7

8 А

В 8

быход

111)||

Выход

т. ср.

-1

7

8 А

фиеЛ

/5 П 0 18 П П

A-A

.2

71 Вьмд т.ср.

; 5 J

.J