Способ проведения массообменных и реакционных процессов Советский патент 1991 года по МПК B01D3/00 

Изобретение относится к процессам химической технологии и может найти применение в химической, микробиологической и смежных с ними отраслях промышленности при проведении массообменных и реакционных процессов.

Цель изобретения - повышение эффективности массообменных и реакционных процессов путем организации осцилляционных течений в жидких пленках.

Способ осуществляют следующим образом.

Газовую и жкдкую фазу переводят в систему с пенной структурой. Способ перевода газа и жидкости в пену может быть различным: эжектировзние смеси, барботаж жидкости гатом, противоточная подача фаз

на массообменную тарелку - сверху жидкость, а снизу газ. Для улучшения вспенивания в жидкость можно добавлять поверхностно-активные вещества, такие как сульфонол. олеат натрия и другие, в зависимости от технологического процесса. С целью использования общепромышленного напряжения в пределах 380 В пену разделяют разноименными электродами на отдельные участки. Через пену пропускают переменный электрический ток с частотой в пределах 50-25000 Гц, в результате чего в тонких жидких пленках возникают электрокинетические осцилляционные течения. Неоднородное электрическое поле, создаваемое переменным электрическим полем, усиливает действие электрокинетических яв

05 N9 J N5

О

оэ

лений, приводящих к турбулизации жидкости внутри пленок и колебательным процессам пленок в целом. Указанные явления приводят к резкому увеличению количества молекул жидкости, контактирующих с молекулами газа, что ведет к ускорению протекания массообменных и реакционных процессов между молекулами жидкости и газа, а резонансные колебания пленок жидкости способствуют увеличению коэффициента массообмена не только за счет обновления верхних молекулярных слоев в тонких жидких пленках, но и за счет создания при этом конвективных потоков в газовых пузырьках, приводящих к поступлению новых молекул газа в зону контакта с жидкими пленками.

Использование переменного напряжения синусоидальной формы позволяет при меньших энергозатратах сообщить элементам газожидкостной системы в виде пены колебания с большой амплитудой, так как переход турбулизационных вихрей от мелкомасштабных течений к макромасштабным более эффективен при использовании внешних воздействий (в данном случае переменного электрического поля) при монотонном изменении силы- и амплитуды внешних воздействий, тем более что эти воздействия имеют знакопеременный характер отдельных импульсов,

Методика осуществления способа заключалась в следующем.

Исследовали поглощение двуокиси углерода в водном растворе пенообразователя типа ПО-ЗА. При барботаже газа (двуокиси углерода) через слой раствора пенообразователя в пеногенератре получалась пена, которая по пенопроводу поступала в исследуемую ячейку, в которой она подвергалась воздействию электрических импульсов. После исследуемой ячейки пена скапливалась в сборной емкости. В ходе экспериментов изучали степень абсорбции газа жидкостью при различных значениях электрических параметров. Для этого жидкость, скопившуюся в сборной емкости за определенный промежуток времени, отбирали пробоотборником и подвергали исследованию на газовом хроматографе.

Пример I. Длительность проведения эксперимента 500 с, расход пены 24,7Х XlO м3/с, кратность пены 72, напряжение на электродах отсутствует. Через 500 с после начала эксперимента из сборной емкости отбирают пробу жидкости объемом 0,0001 л и исследуют на хроматографе. Количество газа, абсорбированное жидкостью в ходе эксперимента без электрического воздействия, условно принимается за единицу.

Пример 2. Гидродинамические условия проведения эксперимента те же, что и в примере 1. Пена в исследуемой ячейке подвергается воздействию электрических импульсов. Напряженность на электродах 300 В/см,

пробой отсутствует (для данной газо-жид- костной системы он происходит при напряженности1 свыше 10000 В/см), плотность тока 8,ЫСГ А/см2, частота переменного с тока 50 Гц. Через 500 с после начала эксперимента отобрана проба жидкости объемом 0,0001 л. Хроматографический анализ показал, что произошло увеличение коэффициента массоотдачи при наличии электрического воздействия (Kj) по сравнению с

0 коэффициентом массоотдачи при отсутствии электрического воздействия (Кд) в 2,6 раза. В ходе последующих экспериментов определяли соотношение коэффициентов массопе- редачи при наличии электрического воздейст5 вия и без него для различных значений параметров электрического воздействия - напряженности и частоты переменного тока. Результаты всех экспериментов представлены в таблице.

Как видно из таблицы, воздействие на

0 пену переменным электрическим током позволяет повысить эффективность процесса мае- сопередачи на всем диапазоне исследуемых частот от 0 до 200000 Гц. При этом наблюдается резкий скачок эффективности

с процесса при частотах порядка 500- 10000 Гц, которые являются оптимальными для ведения процесса. Из всего диапазона частот можно выделить частоты в интервале от 50 до 25000 Гц. Использование частоты воздействия менее 50 Гц

0 нецелесообразно, так как это потребует применения специальной аппаратуры, в то же время при частотах менее 50 Гц эффективность процесса резко снижается

При частотах 25000 Гц и выше эффективность стабилизируется и остается прак5 тическ и на постоянном уровне (несколько снижается). Таким образом, при частотах около 25000 Гц происходит переход от резкого изменения эффективности процесса (при меньших частотах) к практически постоянной эффективности (при больших частотах), поэтому использование частот свыше 25000 Гц нецелесообразно, т.к. во-первых, не ведет к значительному изменению эффективности процесса, во-вторых, связано с трудностями технического и экономичес5 кого характера, вызванными необходимостью использования специальной аппаратуры. В связи с этим можно указать наиболее предпочтительный диапазон использования частот 50-25000 Гц.

Необходимым условием для создания

0 электрокинетических потоков и, следовательно, осцилляционных течений является наличие электродов разной полярности.

Выбор диапазона напряженности электрического поля обусловлен таким образом, чтобы исключить электрический пробой меж5 ду электродами, который может сопровождаться изменением физико-химических свойств среды и нарушением пенной структуры. Все это может привести к резкому снижению эффективности процесса Использование напряженности свыше 600 В/см ведет к возникновению электрического пробоя, что ведет к резкому изменению физико-химических свойств, нарушению пенной g структуры, снижению качества продукта, поэтому недопустимо по технологии. Таким образом, напряженность электрического поля должна быть меньше напряженности пробоя для данной газожидкостной среды, но не более 600 В/см

Технико-экономическая эффективность указанного способа проведения массообмен- ных и реакционных процессов обусловлена тем, что эффективность процесса массопользования высоковольтной аппаратуры

(что также ведет к снижению себестоимости продукта)

Формула изобретения

I Способ проведения массообменных и реакционных процессов, включающий взаимодействие газовой и жидкой фаз с переводом их в пену, в которой расположен 1° один из электродов, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процессов путем организации осцилляционных течений в жидких пленках, в пене размещают дополнительные электроды и прикла- передачи при этих процессах повышается в 15 Дывают переменное электрическое напряже- несколько десятков раз по сравнению с про-ние с частотой в диапазоне 50-25000 Гц

при напряженности электрического поля меньше напряженности пробоя для данной газожидкостной системы, но не более 600 В/см

20 2. Способ по п 1, отличающийся тем, что используют переменное электрическое напряжение синусоидальной формы

тотипом Это позволяет существенно сократить время контакта фаз (и, следовательно, энергозатраты) с одновременным улучшением его качества. Кроме того, использование низкого напряжения приведет к улучшению условий труда и техники безопасности, так как отпадет необходимость использования высоковольтной аппаратуры

(что также ведет к снижению себестоимости продукта)

Формула изобретения

I Способ проведения массообменных и реакционных процессов, включающий взаимодействие газовой и жидкой фаз с переводом их в пену, в которой расположен один из электродов, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процессов путем организации осцилляционных течений в жидких пленках, в пене разме

Изобретение относится к процессам химической технологии и может найти применение в химической, микробиологической и смежных с ними отраслях промышленности. Цель изобретения - повышение эффективности массообменных и реакционных процессов путем организации осцил- ляционных течений в жидких пленках. Способ предусматривает взаимодействие газовой и жидкой фаз с переводом их в пену, в которой размещают дополнительные электроды и прикладывают переменное электрическое напряжение синусоидальной формы с частотой в диапазоне 50-25000 Гц при напряженности электрического поля меньше напряженности пробоя для данной газожидкостной системы, но не более 600 В/см. I з. п. ф-лы, I табл. С КЛ

Серия опытов

Напряженность, В/см

Отношение K Kf/Кв при различных значениях частоты переменного тока, Гц

О 50 200 1500 10000I 20000J 25000J 50000Т 200000

По предложен- 1О

ному способу 2250

3500

4600 По прототипу 530000

111111111

1,8 5,2 10,1 22,5 6,1 5.S5,35,35,1

2,3 6,5 13,7 28,А 7,9 7,36,86,76,6

2,5 6,5 13,5 26,1 7,9 7,26,86,56,3

Электрический пробой приводит к резкому изменению физико- химических свойств среды, недопустимому по технологии