Контактный аппарат для озонирования воды Советский патент 1990 года по МПК C02F1/78 B01D53/18 C02F1/78 C02F101/00 C02F103/02 C02F103/04 

Изобретение oтнocитqя к конструкциям контактных аппаратов для смешения газа с жидкостью, в частности для озонирования воды и сточных вод.

Целью изобретения является повышение интенсивности процесса массопередачи озона путем турбулизации потоков газа и жидкости и снижение капитальных затрат на изготовление контактного аппарата за счет уменьшения его габаритов.

На фиг.1 дан предлагаемый аппа- рат, общий вид; на фиг.2 - узел I на фиг.1.

Контактный аппарат содержит две концентрично расположенные трубы - внешнюю 1 и внутреннюю 2. Во входную часть внутренней трубы 2 введены патрубок 3 для ввода сточной воды и трубы 4 для ввода озоновоздушной смеси. В верхней с сужением части

5 внутренней трубы 2 расположены 4-5 перегородок 6 в виде сеток со свободной площадью 50-60%. Для отвода озонированной воды в верхней части наружной трубы 1 расположен патрубок 7.

Контактный аппарат работает следующим образом.

Во входную часть внутренней трубы 2 поступают через патрубок 3 и трубы 4 сточная вода и озоновоэдуш- ная смесь. При прохождении через перегородки 6 происходит интенсивное перемешивание и насыщение жидкости газом. Далее газожидкостный поток поступает в нижнюю часть внутренней трубы, где газовые пузырьки увлекаются вслед за потоком жидкости. Скорость жидкости при этом окопо 0,30 м/с в основной трубе. Затем газожидкостная смесь поступает в медСП

со ел сп

ОЭ

трубное пространство, где движется восходящим прямотоком. Во внутренней трубе 2 и межтрубном пространстве происходит дальнейшее растворение газа до выхода через выходной патрубок 7.

В результате интенсивной турбули- эации и большой поверхности контакта вода после прохождения через перегородки уже насыщена озоном, вследствие чего химические реакции ускоряются в жидкой фазе, в то время как в известной конструкции концентрация насыщения озона в воде достигается в зависимости от от шшения фаз и скорости воды лишь через 20-30 м. Длина контактного аппарата предлагаемой конструкции примерно в 10 раз меньше длины аппарата известной конструк ции и составляет 2-3 м. Перепад давления в аппарате предлагаемой конструкции определяется гидравлическим сопротивлением секционированного участка внутренней трубы и составляе в зависимости от числа перегородок 0,05-0,2 ат (0,7-2,0 м Н20), а эксплуатационные затраты для смешения озоновоздушной смеси с водой 4- 6 квт-ч/кг озона.

Пример 1 о В верхней части внутренней трубы установлены 4 перегородки свободной площадью 45, 50, 55, 60, 65%.

В табл.1 представлено влияние свободной площади перегородок на гидравлическое сопротивление секционированного участка и концентрацию озона в воде при объемной скорости воды 6,4 мэ/г, озоновоздушной смеси 0,72 м3/г ( г/м3, И , -3 г/м3),

Максимальная достигаемая (равновесная) концентрация озона в воде 0,83 г/м3 определяется в условиях,, идеального перемешивания выходящей концентрацией озона в газе 3 г/м3 . т.е. коэффициент растворимости озона ,,30. Данные табл.1 подтверждают, что оптимальное значение свободной площади перегородок находится в пределах от 50 до 60%. Картина сохраняется при выборе скоростей газа и жидкости.

П р и м е р 2. В верхней части внутренней трубы установлены 3, 4, 5, 6 перегородок со свободной площадью 55,

0

5

0

5

В табл.2 представлено влияние числа перегородок на концентрацию озона в воде при объемной скорости воды 6,4 мэ/ч, озоновоэдушной смеси 0,72 м3/ч (М„ 10 г/м3).

При входящей концентрации озона 10 г/м3 максимально возможная концентрация озона в воде (концентрация насыщения) составляет 0,83 г/см3 . Из данных табл.2 следует,, что для полного насыщения воды озоном в верхнюю часть внутренней трубы достаточно установить не менее 4 и не более 5 перегородок. Картина сохраняется при выборе скоростей газа и жидкости.

Предлагаемый контактный аппарат дешевле известных конструкций от 20 до 10 раз. Эксплуатационные расходы при его использовании в 6-7 раз меньше по сравнению с аналогом, но в 2-4 выше по сравнению с прототипом.

Ориентировочные капзатраты и эксплуатационные расходы различных контактных аппаратов представлены в табл.3.

При прохождении жидкости как сплошной фазы через отверстия в перегородках ее скорость значительно возрастает, в результате чего возникает очень сильная турбулиза- ция. Газовые пузырьки, охваченные нисходящим потоком жидкости, подвергаются непрерывному дроблению, что, в свою очередь, приводит к образованию непрерывно обновляющейся поверхности контакта фаз. Увеличивается объемный коэффициент массоот- дачи озона в жидкости Обработка экспериментальных данных позволила вывести следуюгцие зависимости для коэффициента- массоотдачи и гидравлического сопротивления (для одной перегородки).

(,33.C00Y G/iyi0

do

И

М/С

СО

д

0.

(G/L)

U1S

5

0 xd

-од

,-o.s

где

d С

Па,

скорость жидкости в отверстиях перегородки, м/с; массовое отношение газа и жидкости, кг/кг; диаметр отверстий перегородки, м;

свободная площадь перегородки, доли рд.

515

Из уравнений следует, что с увеличением скорости жидкости коэффи- щиент массоотдачи p)fc-a возрастает больше (в квадрате), чем гидравлическое сопротивление (в степени 1,2). С увеличением свободной площади перегородки коэффициент массоотдачи возрастает в степени 1,15. а гидравлическое сопротивление снижается в степени (-0,5). Данное обстоятельство является обоснованием применения перегородок относительно большой свободной площади (50-60%). Из уравнений следует также, что диаметр отверстий перегородки заметного влияния на ft, а и & Р не оказывает.

Т я 5 л и ц а 1

Изобретение относится к конструкциям контактных аппаратов для смещения газа с жидкостью, в частности для озонирования воды и сточных вод. Изобретение позволяет снизить капитальные затраты на изготовление контактного аппарата за счет уменьшения габаритов и повысить интенсивность процесса массопередачи за счет турбулизации. Аппарат состоит из двух концентрических труб и трубы для введения озоновоздушной смеси. Верхняя часть внутренней трубы выполнена с сужением и снабжена установленными внутри нее перегородками в виде сеток со свободной площадью 50 - 60%. 3 табл., 2 ил.

Формула изобретения

Контактный аппарат для озонирования воды, состоявши из двух концентрических труб и трубы для введения озоновоздушной смеси, расположенной в центре входной части внутренней трубы, отличающийся тем, что, с целью повышения интенсивности процесса массопередачи озона путем турбулизации потоков газа и жидкости и снижения капитальных затрат на изготовление за счет уменьшения габаритов, верхняя часть внутренней трубы выполнена с сужением и снабжена установленными внутри нее перегородками в виде сеток со свободной площадью 50-60%.

25

ТаблицаЗ

5

ПредлагаемыйПрототип Аналог

800

8000-10000

1600

А - 6

1 - 3

26 - 28

&оюбозрушноя смесь . Ч

Фиг.1

Редактор А.Лежнина

Составитель А.Сондор Техред М.Ходанич

Заказ 68

Тираж 554

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Pue.Z

Корректор Э.Лончакова

Подписное