Способ взаимодействия парогазовой смеси с высокоомной жидкостью и устройство для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК B01D3/32 

Изобретение относится к химической нефтяной, газовой, пищевой промышленности, а также может быть использовано в других областях техники для организации процессов тепло- и массообмена при наличии высоковольтных электрических полей.

Цель изобретения - интенсификация тепло- и массообмена путем увеличения межфазной поверхности.

Способ включает организацию противо- точного движения фаз через чередующиеся зоны формирования жидко- и газодисперсных потоков, зарядки и воздействия на дисперсную фазу электрическим полем, при этом в зонах формирования газодисперсных потоков проводят дополнительное электростатическое диспергирование жидкости в автоколебательном режиме движения дисперсной фазы, а в зонах формирова- ния жидкодисперсных потоков на дисперсную фазу воздействуют переменным электрическим полем с частотой

о к о

3 ПГ f J.

Го

Го / РЖ

0)

где f - частота изменения индукции переменного поля, Гц,

апг - коэффициент температуропроводности или диффузии в парогазовой смеси, м2/с,

г0 - среднее значение радиуса пузырьков жидкодисперсного потока в отсутствии поля, м;

х- эффективный показатель политропы парогазовой смеси (1 ,4); РЖ - давление жидкости, Па; РУК.- плотность жидкости, кг/м3; k - коэффициент пропорциональности, определяемый из эксперимента (10 к 12). Пример. Проверку предлагаемого способа осуществляют на одной ступени колонны, представленной на фиг. 1. В качестве основной используют систему фреон-113-воздух. При этом определяют влияние приведенной скорости газа, напряженности и частоты изменения индукции поля. Полученные результаты представлены в табл. 1-3. При этом использован высоковольтный импульсный источник питания конструкции СКТБ ИПФ АН МССР.

Из полученных данных видно, что электрическое поле ведет к существенной интенсификации межфазного тепло- и массообмена. Степень интенсификации тем больше, чем меньше скорость парогазовой смеси.

Расчет частоты индукции поля по крайним формулам неравенства (1) составляет для данного примера (табл. 3) 26 f 105 Гц. Из табл. 3 видно, что при резонансном значении (105 Гц) частоты поля (когда частота поля совпадает с собственной частотой колебаний пузырьков) интенсивность межфазного тепло- и массообмена в жидкодисперсной системе достигает максимального значения, далее падает.

Эксперименты проводились также и с другими системами: трансформаторное масло-воздух, ПМС-5-воздух, гексан-воз- дух. Результаты отличаются только количественно, тогда как качественное изменение зависимостей интенсивности тепло- и массообмена от режимных параметров приблизительно одинаково.

Способ осуществляют в следующем устройстве.

На фиг. 1 схематически изображена предлагаемая массообменная колонна для осуществления способа, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1.

Массообменная колонна состоит из корпуса 1 и барботажных тарелок 2, на которых вертикально установлены многосекционные плоскопараллельные конденсаторы с чередующимися заземленными 3 и высоковольтными 4 обкладками, причем последние изолированы от корпуса с помощью диэлектрических вставок 5 и подключены к клемме переменного потенциала pi источника питания, На обкладках конденсаторов с помощью диэлектрических вставок 6

закреплены высоковольтные игольчатые электроды 7 с вершинами, расположенными на уровне верхнего среза сливных стаканов 8, подключенные к клемме а стационарного

потенциала р источника питания. Внутри в корпусе колонны закреплены противо- электроды 9, установленные в зоне брызг между тарелками 2 перпендикулярно игольчатым электродам 7.

В донных стенках тарелок 2 выполнены

перфорации 10 для барботирования газа. Соединительные провода электродов 4 и 7 проведены через проходные изоляторы 11. При противоточном движении фаз в колонне формируются жидкодисперсные 12 и газодисперсные 13 потоки, причем осаждение дисперсной фазы на противоэлектроды 9 ведет к образованию подтеков 14 жидкости. Жидкость из сливного стакана попадает в

межэлектродное пространство тарелки 2 через специальные отверстия в нижней части (не показано).

Устройство работает следующим образом.

Жидкость подается в колонну 1 сверху,

растекается по тарелкам 2 и через сливные стаканы 8 стекает на нижележащую тарелку. Кроме того, часть жидкости диспергируется между высоковольтными игольчатыми элек-.

тродами 7 и противоэлектродами 9, совершая автоколебательное движение. Парогазовая смесь поступает в колонну снизу и, пройдя через отверстия 10 тарелки 2, барботирует через слой жидкости. При этом

в момент образования и во время движения между обкладками конденсатора 3 и 4 пузырьки пара подвергаются воздействию переменного электрического поля заданной частоты. В результате этого воздействия диаметр пузырьков становится меньше, чем в отсутствии поля и они колеблются, изменяя свою форму.

Воздействие электрического поля на зо- ну барботажа ведет к поляризации пузырьков, т.е. на границах раздела, обращенных к электродам, возникают заряды вследствие разности диэлектрических проницаемостей парогазовой среды и жидкости. Если поле 0 переменное, то воздействием на эти заряды Оно вызывает радиальные колебания пузырьков. В отличие от колебаний пузырьков в акустическом поле, электрическое поле воздействует непосредственно на межфаз- 5 ную границу раздела фаз, а не через изменение давления в жидкости (как в акустическом поле), что повышает эффект воздействия и снижает энергетические затраты.

Интенсификация тепломассообмена происходит в сущности при любой частоте поля, но наиболее целесообразно использование переменных полей с частотами в диапазоне

а пг f k л/х

70г Fo

рж

что объясняется следующим образом. Для эффективного тепломассообмена необходимо, чтобы температурный и диффузионный пограничные слои вокруг пузырька имели малую толщину, что и выполняется

жидко- и газодисперсных потоков, зарядки и воздействия на дисперсную фазу электрическим полем, отличающийся тем, что, с целью интенсификации тепло- и массообмена за счет увеличения межфазной поверхности, в зонах формирования газодисперсных потоков проводят дополнительное электростатическое диспергирование жидкости в автоколебательном режиме

движения дисперсной фазы, а в зонах формирования жидкодисперсных потоков на дисперсную фазу воздействуют переменным электрическим полем с частотой

Изобретение относится к химической технологии, а именно к технологии экстракционной очистки и разделения металлов. Цель изобретения - интенсификация массо- обмена и уменьшение взаимного уноса фаз Способ проведения массообмена заключается в попеременной подаче водного и органического раствора в колонну с инертной зернистой насадкой с удельной поверхностью 102-104 м2/м3 и последующее разделение фаз. При противоточном движении жидкостей насадка состоит из смеси элементов с гидрофобной и гидрофильной поверхностью с соотношением 20:1-1:20. Для осуществления способа предложено устройство в виде вертикальной колонны, состоящей из насадочной части и двух (верхней и нижней) отстойных камер, внутри .оторых параллельно оси колонны находятся патрубки, одним концом опирающиеся на насадочную часть, причем ввод (вызод) легкой фазы находится выше свободного среза патрубков, а ввод (вывод) тяжелой фазы - ниже свободного среза патрубков. 2 с п. ф-лы, 3 ил..З табл.

при частотах f

а пг 7о2

Верхняя граница 15

диапазона частот определяется собственной частотой механических колебаний пузырька и равна fp -

Го

РЖ

. При совпадении частоты переменного поля с этой частотой наступает резонанс и амплитуда колебаний поверхности пузырька от равновесного значения максимальна. Радиальные колебания пузырька вызывают интенсивную турбулизацию фаз, что интенсифицирует межфазный тепло- и массооб- мен.

Экспериментально определенный коэффициент к находится в предела 10-12 в зависимости от свойств и термодинамического состояния жидкодисперсного потока

Пройдя через жидкость, пузырьки схло- пываются, образуя дополнительный поток капель, а поток пара поступает к следующей тарелке по пути взаимодействия с диспергированной жидкостью, двигающейся в автоколебательном режиме между игольчатыми электродами 7 и противоэлек- т родами 9,

Дополнительное электростатическое диспергирование жидкости в зонах формирования газодисперсных потоков увеличивает межфазную поверхность, а автоколебательное движение капель турбу- лизирует пограничные слои и увеличивает относительную скорость движения фаз. Все это ведет к интенсификации межфазного тепло- и массообмена.

Таким образом, изобретение обеспечивает следующие преимущества: регулирует интенсивность тепло- и массообмена, а также интенсифицирует межфазный тепломассообмен в 2-3 раза.

Формула изобретения

а пг ..,.,. k Vх

- Т I

7о2г°

РЖ

0

5

0

5

0

где f - частота изменения индукции переменного поля, Гц;

Эпг - коэффициент температуропроводности или диффузии в парогазовой смеси. «2/cj.

г0 - среднее значение радиуса пузырьков жидкодисперсного потока в отсутствии поля, м;

k - коэффициент пропорциональности, определяемый из эксперимента (10 k 12);

. эффективный показатель политропы парогазовой смеси ( 1 х 1,4);

Рж - давление жидкости, Ра;

РЖ плотность жидкости, кг/м .

г многосекционных плоскопараллельных конденсаторов с чередующимися заземленными и высоковольтными обкладками, погруженными в жидкость барботажных тарелок перпендикулярно к свободным поверхностям п жидкости, над которыми установлены высоковольтные игольчатые электроды с вершинами, расположенными на уровне верхнего среза сливных стаканов, и заземленные про- тивоэлектроды, расположенные в зонах меж ду тарелками перпендикулярно игольчатым электродам, при этом высоковольтные обкладки конденсатора подключены к клемме переменного, а игольчатые электроды - к клемме стационарного потенциалов источника питания.

Влияние скорости газа на интенсивность межфазного тепло- и масообмена в отсутствии электрического поля для системы фреон-113-воздух

Таблица 2

Влияние напряженности поля на интенсивность межфазного тепло-и массообмена при частоте переменного поля 50 Гц и скорости газа 0.1 м/с для системы фреон-113-воздух

Примечание. В табл.1 и 2 в верхних строках указана интенсивность тепло-и массообмена для газодисперсного,а в нижних-для жидкодисперсного потока.

Таблица 3

Влияние частоты переменного поля на интенсивность тепло-и массообмена в жидкодис- персном потоке при напряженности поля 25 кВ/см скорости газа 0,1 м/с для системы фреон-1 13-воздух

Таблица 1

4

i

11

Фиг I

Ъ

4

8

V,