Способ контактирования жидкостей и газов Советский патент 1992 года по МПК C02F3/20 B01F3/04 

Изобретение относится к способу контактирования жидкостей и газов, при котором подлежащая контакту жидкость в форме струи, выходящей из сопла, направляется через заполненный газами объем в подлежащую контактированию жидкость.

Известен способ, в котором повышение шероховатости поверхности струи жидкости достигается следующими методами или их комбинациями: применением сопел, форма которых отклоняется-от гидравлически оптимальных, повышением скорости струи жидкости, повышением турбулентности струи жидкости и удалением свободного пути струи жидкости.

Эти способы имеют общие недостатки: они связаны со значительным возрастанием потерь потока, чем ухудшается энергетический КПД контактирования, кроме того, все они без исключения ухудшают компактность струи жидкости, что уменьшает интенсивность контактирования.

Целью изобретения является повышение энергетического КПД поглощения газа жидкостью и увеличение скорости массопередачи.

Изобретение основано на том, что наружная поверхность струи жидкости без существенного уменьшения ее компактности может быть непосредственно сделана шероховатой, если на наружную поверхность

vi

OJ

ю

00

ю

00

струи наддувается подлежащий контакту газ или часть газа и/или жидкости. Подлежащая контактированию жидкость в форме струи, выходящей из сопла, вводится в контактирующую жидкость, проходя через про- странство, заполненное подлежащим контактированию газом, Часть жидкости и/или газа или суммарное количество газа, или часть жидкости и суммарное количество газа направляется на наружную поверх- ность струи жидкости.

Что касается придания шероховатости поверхности струи жидкости, то при наддуве газа достигается тот же эффект, что и при наддуве жидкости.

Применение струи газа имеет преимущество тогда, когда контактирование газа и жидкости происходит в закрытом резервуаре, в котором газ должен находиться поддавлением. Применение струи газа с жидкостью целесообразно тогда, когда количество и давление подлежащего контактированию газа недостаточны для получения соответствующей шероховатости струи.

Получение шероховатости поверхности струи жидкости вообще имеет преимущество тогда, когда контактирование происходит в открытых системах и подлежащий контактированию газ является атмосфер- ным газом (биологическая очистка сточных вод, аэрация водоемов и рыбных прудов).

Для получения шероховатости струю газа или жидкости получают в том случае, когда газ или жидкость подают из располо- женных равномерно вокруг когерентной струи жидкости, например, круговых отверстий или из зазора.

Для получения шероховатости на поверхности когерентной струи жидкости не- существенно, в какой точке пути, который струя проходит от выхода из сопла до входа в жидкость, происходит наддув ее струями газа и/или жидкости. Целесообразно получать шероховатость на поверхности струи как можно ближе к точке ее выхода из сопла, поскольку за счет этого значительно сокращается свободный путь струи жидкости.

Применяемые для получения шероховатости струи газа и/или жидкости могут быть направлены как по направлению потока центральной струи жидкости, так и против него. Целесообразно чтобы струя газа и/или жидкости составляла с центральной струей жидкости угол по меньшей мере 5°, чтобы достигнуть соответствующей шероховатости.

На фиг.1 показано устройство, реализующее предлагаемый способ, разрез; на фиг.2 - то же, вариант

По сравнению с известными предлагаемый способ в соответствии с изобретением имеет следующие основные преимущества: энергетический КПД существенно выше (на 30-60%), шире область применения, больше надежность проектирования и масштабного увеличения, область регулирования в отдельных процессах существенно шире и свободный путь струи жидкости можно существенно уменьшить, что дает возможность лучшего использования объема реактора.

П р и м е р 1. В открытом резервуаре квадратного сечения шириной 0,5 м и высотой 2 м циркулирует 0,3 м3 раствора с помощью насоса через сопло диаметром 20 мм. Раствор содержит 0,5 кмоль/м3 сульфата натрия и 0,001 кмоль/м3 сульфата кобальта. Температура поддерживается 30°С. Свободный путь струи жидкости 0,3 м. Объем потока, проходящего через на,сос, 20,4 м3/ч 4 мас.% циркулирующей жидкости подводится перпендикулярно наружной поверхности струи жидкости из отверстий 3, выполненных в медной трубке диаметром 10 мм и размещенных на кольце 2, огибающем струю жидкости, исходящую из сопла 1 (фиг.1). Кольцо имеет расположенные на равных расстояниях 12 отверстий диаметром 1,2 мм. Отверстия удалены от поверхности струи жидкости на 40 мм, расстояние кольца от нижнего края сопла 10 мм.

Скорость растворения кислорода на единицу объема измеряется известным методом оксидации сульфата натрия и составляет 27,2 кг02/м -ч. Гидравлическая производительность насоса 0,091 кВт, энергетическая эффективность внесения кислорода 8,97 кг Оа/кВт-ч.

Сравнительный пример к примеру 1.

Работают описанным в примере 1 способом, но без подведения жидкости к струе. В этом случае скорость растворения кислорода на единицу объема 16,8 кг 02/м3-ч, объемный поток переноса кислорода 5,04 кг 02/ч и энергетическая эффективность переноса кислорода 5,54 кг 02/кВт-ч.

Таким образом, достигается улучшение на 61,9% для скорости растворения кислорода на единицу объема, т.е. для интенсивности контактирования газа и жидкости и для энергетической эффективности.

П р и м е р 2. Работают как и в примере 1, но объемный поток циркулирующей жидкости 18,9 м3/ч, производительность насоса 0,74 кВт. Вместо примененного в примере 1 метода подведения к струе жидкости струя выполняется шероховатой с помощью воздуха. Воздух подводится через

огибающее струю кольцо, выполненное из медной трубки диаметром 10 мм. В кольце на равных расстояниях выполнены б отверстий диаметром 1,5 мм. Отверстия наклонены вниз от горизонтали на 15°. Отверстия отстоят от струи на 21 мм, а расстояние кольца от нижнего края сопла 50 мм. Воздух подводится через отверстия потока объемом 4,6 м /ч, для чего требуется помимо гидравлической мощности насоса дополнительная мощность 0,1 кВт.

Скорость растворения кислорода на единицу объема замеряется как в примере 1 и составляет 21,7 кг 02/м3-ч, что соответствует массопотоку передачи кислорода 6,52 кг 02/ч, так что энергетическая эффективность переноса кислорода составляет 7,82 кгОа/кВт-ч.

Сравнительный пример к примеру 2.

Работают как в примере 2, но не подают воздух на струю. Соответственно характерные величины составляют 12,03 кг Ой/м3-ч, 3,61 кг 02/ч и 4,92 кг 02/кВт-ч.

Следовательно, благодаря предлагаемому способу для интенсификации контактирования достигается улучшение на 80,7%, а для энергоэффективности - улучшение на 58,9%.

ПримерЗ. В баке диаметром 0,45 м, высотой 1,5 м, закрытом сверху, с помощью насоса через сопло диаметром 10 мм циркулирует 0,1 м жидкости определенного в примере 1 состава. Объемный поток циркулирующей жидкости составляет 6,84 м /ч. Насос имеет мощность 0,56 кВт. В резервуар подводится воздух объемным током 16 м3/ч через зазор 4, который образован вокруг изготовленного из полиамида сопла 5 навинчиваемым на кожух сопла корпусом 6, также изготовленным на полиамиде (фиг.2). Зазор удален на 5 мм от поверхности струи жидкости и вытекающий воздух образует с поверхностью струи угол около 15°. Для подвода воздуха необходима мощность 0,18 кВт. Из резервуара воздух выходит через отверстие диаметром 20 мм, которое размещено на поверхности, закрывающей резервуар сверху, на расстоянии 200 мм от оси резервуара. Свободный путь струи жидкости 0,4 мм.

Скорость растворения кислорода на единицу объема 41,2 кгОг/м3-ч. Соответственно массопоток ввода кислорода 4,12 кг 02/ч и энергетическая эффективность введения кислорода 5,57 кг Оа/кВт-ч.

Сравнительный пример к примеру 3.

Работают как описано в примере 3, однако подлежащий контактированию воздух направляется вертикально вниз через отверстие в поверхности, закрывающей резервуар сверху, диаметром 20 мм. расположенное на расстоянии 200 мм от оси, а использованный воздух выводится через такое же отверстие с другой стороны. Подводится то же количество воздуха, что и в примере 3, но воздух не подается непосредственно на наружную поверхность струи жидкости. Скорость растворения кислорода на единицу объема 20,0 кг 02/м3 ч, что соответствует массопотоку переноса кислорода 2,9 кг-Оа/ч или энергетической эффективности 3,92 кг 02/кВт-ч.

Таким образом, улучшаются интенсивность переноса кислорода и эффективность на 42,1%.

П р и м е р 4. Работают как указано в примере 1, но под кольцом, подающим жидкость, находится еще одно кольцо для подвода воздуха (как описано в примере 2). Создание шероховатости струи осуществляется одновременным подводом жидкости и воздуха.

Скорость растворения кислорода на единицу объема 30,9 кг 02/м3-ч. Это соот- ветствует массопотоку передачи кислорода 9,27 кг-Оа/ч или энергетической эффективности 9,18 кг 02/кВт-ч.

Сравнительный пример к примеру 4.

Работают как в примере 4, но на струю не подают ни жидкости, ни воздуха, т.е. вся работа идет как в сравнительном примере к примеру 1. Достигнуть улучшения интенсивности на 83,9% и возрастание энергетической эффективности на 65,7%.

Формула изобретения

Способ контактирования жидкостей и газов, включающий подачу жидкости в форме струи, выходящей из сопла, и направле- ние ее через заполненный контактирующим с ней газом объем в жидкость, отличающийся тем, что, с целью повышения энергетического КПД поглощения газа жидкостью и увеличения скорости массопереда- чи, часть жидкости и/или газа или общее количество газа, или часть жидкости и общее количество газа в форме направленных струй газа или жидкости подается на наружную поверхность выходящей иэ сопла струи жидкости.

Изобретение относится к способу контактирования жидкостей и газов, в котором подлежащая контактированию жидкость подается в форме струи жидкости, выходящей из сопла через пространство, заполненное подлежащим контактированию газом, в контактирующую жидкость. Цель изобретения - повышение энергетического КПД поглощения газа жидкостью и увеличение скорости массопередачи. Отличием способа является то, что часть жидкости и/или газа или весь газ, или часть жидкости и весь газ в форме направленных струй газа или жидкость подается на наружную поверхность выходящей из сопла струи жидкости. Благодаря этому подводу газа и/или жидкости наружная поверхность центральной струи жидкости приобретает шероховатость, и струя при ее соударении с наружной поверхностью жидкости может захватить с собой большее количество газа. 2 ил. (Л С

Риг.1

/

Фиг.2