Массообменный аппарат Советский патент 1992 года по МПК B01D3/26 B01D3/30 

Техническое решение относится к области химического машиностроения.

Целью заявленного технического решения является повышение производительности и области-использования аппарата.

На черт, представлен продольный разрез общего вида аппарата.

Аппарат содержит вертикально установленный корпус 1 с патрубками 2, 3 подвода среды и патрубками 4, 5 отвода среды, трубопровод 6, цилиндрическую насадку 7, под которой установлен барботер 8. Патрубок 2 соединен с помощью трубопровода 6 с барботером 8. Насадка 7 состоит из усеченного конуса 9. обращенного большим основанием вниз, цилиндра 10 и усеченного конуса 11, обращенного большим основанием вверх. В цилиндре 10 выполнены отверстия & два ряда по периметру цилиндра на

равном расстоянии одно от другого в ряду. Отверстия 12 выполнены в шахматном порядке. На оси насадки 7 внутри нее установлен полый усеченный конус 13, меньшее основание которого обращено вверх и расположено по высоте между рядами отверстий 12. Все отверстия 12 нижнего ряда выполнены под одинаковым углом к радиусу, а отверстия 12 верхнего ряда ориентированы радиально.

Аппарат работает следующим образом.

Жидкая фаза и газовая фаза подаются через патрубки 3,2. Газ из патрубка 2 через трубопровод 6 подается в барботер 8, а из него в виде пузырьков в насадку 7. Пузырьки поднимаются вверх в насадке 7, при этом просиходит массообмен между пузырьком и жидкой средой. Одновременно с массообменом, происходит образование

VJ

00

to о ю

пенного продукта (например, если в жидкости содержатся органические вещества, ПА- Вы). При подъеме пузырьков образуется восходящий поток среды (эрлифт). По мере подъема среды происходит процесс нарастания массы пены, которая уже на входе в цилиндр 10 занимает значительную часть объема среды. При этом скорость массооб- мена между жидкой и газовой фазами резко снижается. Пузырьки коалесцируют между собой и размер их увеличивается, что также снижает скорость массообмена. Часть пенного продукта попадает в внутрь конуса 13 и движется с ускорением вверх внутри конуса 13. Так как насадка 7 состоит из сужающегося и расширяющегося участков, то из-за эжекции в отверстия 12 будет всасываться жидкая фаза, находящаяся вне насадки 7, Жидкость мерез отверстия 12 нижнего ряда попадает на внешнюю поверхность усеченного конуса 13 и движется спиралевидно вдоль нее (так как отверстия нижнего ряда ориентированы под углом к радиусу, то струи будут подходить к внешней поверхности конуса 13 тангенциально). Пена данным спиралевидным потоком будет оттесняться к внутренней стенке насадки 7, а осевой обеим будет заполняться поступающей жидкость из нижнего ряда отверстий. Жидкость, выходящая из отверстий 12 верхнего ряда движется радиально к центру (отверстия ориентированы радиально), где происходит столкновение струй. Таким образом, над верхним основанием усеченного конуса 13 образуется область сталкивающихся струй с высокими сдвиговыми напряжениями, турбулентные пульсации в этой области раз 5-8 превосходят турбулентные пульсации в остальном объеме. Над усеченным конусом 13 образуется область, заполненная сплошным потоком жидкости, поступающей из отверстий 12 (верхнего ряда). Среда из усеченного конуса 13 устремляется в область сталкивающихся струй, где происходит дробление газовых пузырьков, разрушение пенного продукта. Большая часть пенного продукта обходит область столкновения струй, попадает на периферию данной области, гле наблюдается спиралевидное течение жидкости сошедшей с верхней кромки (верхнего основания) усеченного конуса 13 Пенный продукт спиралевидным потоком будет сносится к внутренней стенке насадки 7.

В предложенном аппарате массооб- менный процесс протекает в три этапа. На первом этапе происходит интенсивный мас- сообмен между жидкой и газовой фазами во

время их подъема в насадке. На втором этапе происходит подача свежей жидкости через отверстия 12, которая заполняет всю центральную часть насадки V. В этой

области также происходит дробление пузырьков и сепарация пенного продукта в пристеночную область насадки. На третьем этапе происходит снова интенсивный процесс массобмена (в конусе 11). Газовая

фаза выходит из насадки 7 и отводится через патрубок 4, а жидкая фаза переливается через край насадки, опускается вниз аппарата и снова засасывается внутрь насадки. При этом образуется циркуляционное течение в аппарате. Часть жидкой среды выводится из аппарата через патрубок 5.

Для определения эффективности предложенного аппарата были проведены сравнительные эксперименты на лабораторной модели объемом 0,1 м3. В качестве рабочей среды использовалась вода и СОа. Расход и концентрация С02 подавалась одинаковая во всех опытах. Эксперименты показали, что концентрация С02 в отходящих газах была в предложенном аппарате на 20-25% меньше, чем в аппарате-прототипе (с цилиндрической насадкой). То есть скорость массообменных процессов в предложенном аппарате была на 20-25% выше

и следовательно производительность заявленного аппарата можно увеличить на 20- 25% без изменения качественных показателей.

Формулаизобретения

Массообменный аппарат, содержащий вертикально установленный корпус с патрубками подачи и отвода сред, насадок, установленный по оси корпуса, и барботер,

расположенный под ним, отличающий- с я тем, что, с целью повышения производительности и расширения области использования аппартат, насадок выполнен из двух усеченных конусов, меньшие основания которых соединены с противоположными торцами цилиндра, в котором по периметру выполнены отверстия, и снабжен направляющим усеченным конусом, большее основание которого ориентировано вниз, а конус

установлен на внутренней стороне насадка, насадок имеет дополнительный ряд отверстий, расположенных по отношению к основному в шахматном порядке, при этом все отверстия верхнего ряда расположены по

радиусу, а нижнего - под углом к радиусу, при этом меньшее основание направляющего конуса расположено по высоте между рядами отверстий.

Область использования: изобретение относится к области химического машиностроения и позволяет повысить производительность из-за увеличения времени контакта сред и обеспечить расширение использования аппарата. Сущность изобретения: массообменный аппарат содержит вертикально установленный корпус с патрубками подачи и отвода сред, насадку, установленную на оси корпуса, и барботер, расположенный под насадкой. Насадка выполнена из двух усеченных конусов, меньшие основания которых соединены с противоположными торцами цилиндра, в котором по периметру выполнены два ряда отверстий, расположенных в шахматном порядке, насадка снабжена расположенными на оси и внутри насадки усеченным конусом, меньшее основание которого обращено вверх и расположено по высоте между рядами отверстий, при этом все отверстия верхнего ряда ориентированы по радиусу, а нижнего - под одним углом к радиусу. 1 ил.