Кавитационный газожидкостный реактор Советский патент 1993 года по МПК B01F5/00 B01J19/00 

Изобретение относится к устройствам для осуществления массообменных процессов в системе жидкость-газ и может быть использовано в пищевой, химической промышленности.

Наиболее близким к изобретению является кавитационный смеситель, содержащий цилиндрический корпус с возможностью подвода и отвода обрабатываемой среды, внутри которого радиально размещены кавитаторы, закрепленные на внутренней поверхности корпуса.

Недостаток указанного устройства заключается в недостаточной эффективности массообменных процессов в обрабатываемой среде.

Целью изобретения является интенсификация процесса массообмена в системе жидкость-газ.

Поставленная цель достигается тем, что кавитационный газожидкостной реактор, содержащий цилиндрический корпус с патрубками подвода и отвода обрабатываемой среды, в котором радиально размещены закрепленные на внутренней поверхности

корпуса кавитаторы, снабжен установленным на наружной поверхности корпуса и связанным с источником газообразного компонента коллектором, внутренняя полость которого соединена с внутренней полостью корпуса посредством полых кавитаторов, имеющих отверстия со стороны патрубка отвода обрабатываемой среды, причем полые кавитаторы установлены между цельными кавитаторами.

В предлагаемом реакторе поток обрабатываемой среды через патрубок подвода поступает в цилиндрический корпус и натекает на радиально размещенные закрепленные на его внутренней поверхности кавитаторы. При этом за каждым кавитато- ром образуется присоединенная каверну. Часть кавитаторов выполнена полыми, сообщающимися с внутренней полостью корпуса и внутренней полостью установленного на его наружной поверхности коллектора, связанного с источником газообразного компонента, а часть кэвитаторов- цельнотелыми. Поэтому образующиеся зг ними каверны различны по характеру v

ел

С

vj ю о

Јь

со

N

со

строению. При обтекании полых кавитато- ров, за ними возникают вакуумные каверны, в полость которых через отверстия в кави- таторе из коллектора, связанного с источником газообразного компонента, за счет всасывания (или принудительно) подается газ. Газовые каверны в хвостовой части пульсируютгРгенерируя поле газовых пузырьков размером .50-300 мкм, создавая этим развитую поверхность контакта фаз для эффективного проведения реакций мас- сообмена. При обтекании цельных кавита- торов за ними возникают вакуумные кавитационные каверны, образующие при распаде поле паровых кавитационных мик ропузырьков, насыщающих обрабатываемую среду по всему сечению корпуса реактора. Таким образом в корпусе реактора создается нестационарное поле паровых и газовых пузырьков в потоке обрабатываемой среды. При этом паровые кавитационные пузырьки, в отличие от газовых, имеют большую склонность к схлопыванию в зоне повышенного давления и при их схлопывании возникают высокие локальные давления (до 1000 МПа), оказывающие диспергирующее воздействие на распределенные в объеме обрабатываемой среды газовые пузырьки. При этом газовые пузырьки интенсивно дробятся, деформируются, сжимаются, начинают пульсировать, тем самым увеличивается удельная поверхность контакта фаз и разрушаются диффузионные слои из поверхности их раздела, интенсифицируется циркуляция газа в объёме пузырька. Благодаря этому ускоряется протекание реакции массообмена в системе газ-жидкость. Возникающие также при схлопывании паровых кавитационных пузырьков поличастотные волны давления оказывают интенсивное перемешивающее воздействие на обрабатываемую среду, разрушая диффузионные пограничные слои жидкости, и перераспределяют ее в корпусе реактора. На протекание процесса массообмена на границе газовый пузырек - жидкость также оказывает влияние широкий спектр акустических колебаний, образующихся при схлопывании паровых кавитационных пузырьков, а также пульсации кавитационных каверн, которые интенсифицируют дробление более длинных газовых каверн, увеличивая количество газовых пузырьков. При этом равномерному распределению газовых и кавитационных каверн в корпусе реактора способствует предложенное размещение кавитаторов - между каждой парой полых кавитаторов установлены дополнительные цельные кавитаторы. Таким образом обеспечивается вовлечение в

-

реакцию массообмена практически всего объема газообразного компонента. Кроме того, из-за перепада давления в газовых и казитационных присоединенных кавернах,

5 прослойки жидкой фазы обрабатываемой среды насыщаются газообразным компонентом, что приводит к существенному усилению процесса массообмена в системе газ-жидкость, начиная уже с границы кавер10 ны.

Следовательно, образование поля газовых пузырьков и паровых кавитационных пузырьков, оказывающих при схлопывании диспергирующее воздействие на газовые

15

20

пузырьки, пульсации вакуумных присоединенных каверн, интенсивно дробящих более длинные газовые каверны, увеличивая количество газовых пузырьков, и усиление процесса массообмена, начиная уже с границы каверны, а также акустические колебания от схлопывания паровых кавитационных пузырьков и поличзстотные волны давления - в совокупном воздействии на обрабатываемую среду позволяют 25 значительно интенсифицировать массооб- менные реакции в системе жидкость-газ.

Обработанная среда выводится мз корпуса через .патрубок отвода. 30Подача газа в вакуумную каверну в зависимости от условий процесса осуществляется непрерывно, либо дозированно.

На фиг. 1 изображен продольный разрез реактора; на фиг. 2 - вид со стороны 35 патрубка отвода обрабатываемой среды.

Кавитационный газожидкостной реактор состоит из цилиндрического корпуса 1 с патрубками подвода 2 и отвода 3 обрабаты40 ваемой среды. 8 корпусе 1 радиально размещены закрепленные на его внутренней поверхности и, например, на оси 4 кавитаторы 6-13. На наружной поверхности корпуса 1 установлен коллектор 5, связанный с

45 источником газообразного компонента. Внутренняя полость коллектора 5 связана с полыми кавитаторами, например, 6-9; имеющими отверстия со стороны патрубка отвода обрабатываемой среды 3. Между

50 каждой парой полых кавитаторов. например 6 и 7, 7 и 8, 8 и 9, 9 и 6, установлены дополнительные цельные кавитаторы, например, 10-13. Для подвода и дозирования газообразного компонента служит устройство 14.

55Кавитационный газожидкостной реактор работает следующим образом. Обрабатываемая среда через патрубок 2 поступает в корпус 1 реактора с размещенными в ней радиально закрепленными на внутренней поверхности корпуса 1 и, например, на оси

4 кавитаторами 6-13. Так как часть кавита- торов, например, 6-9 выполненная полыми, имеет отверстия со стороны патрубка отвода обрабатываемых компонентов 3 и сообщается с внутренней полостью коллектора 5, установленного на наружной поверхности корпуса 1 и связанного с источником газообразного компонента, а часть - цельными, например, 10-13, размещенными между каждой парой полых кавитаторов, при обтекании потоком обрабатываемой среды за ними генерируются вакуумные присоединенные каверны соответственно газовые и кавитационные, различные по форме и строению. Газовые каверны пульсируют в хвостовой части, образуя поле газовых пузырьков с размерами 50-300 мкм и развитой поверхностью контакта фаз в системе газ-жидкость. Пульсирующие кавитационные каверны образуют при распаде паровые кавитационные пузырьки, интенсивно насыщающие обрабатываемую среду по всему объему корпуса 1. Предложенное размещение кавитаторов 6-13 способствует равномерному распределению газовых и кавитационных каверн в корпусе 1 реактора. Из-за перепада давлений в присоединенных газовых и кавитационных кавернах, прослойки жидкой фазы между ними интенсивно насыщаются газообразным компонентом и реакция массообмена в системе газ-жидкость начинается уже с границы каверны. Таким образом в корпусе 1 реактора образуется трехфазный поток, включающий распределенные в обрабатываемой среде

газовые пузырьки и паровые кавитационные пузырьки, при схлопывании которых возникающие высокие локальные давления (до 1000 МПа) оказывают эффективное диспергирующее воздействие на газовые пузырьки. Газовые пузырьки при этом дробятся, деформируются, сжимаются, начинают пульсировать. Удельная поверхность контакта фаз существенно

возрастает, диффузионные пограничные слои на поверхности их раздела разрушаются, интенсифицируется циркуляция газа в объеме пузырька и таким образом ускоряются реакции массообмена. На протекание

реакции массообмена на границе раздела фаз газовый пузырек-жидкость воздействует также широкий спектр акустических колебаний, возникающих при схлопывании паровых кавитационных пузырьков, и пульсации вакуумных кавитационных каверн, интенсифицирующих дробление более длинных газовых каверн, увеличивая количество -газовых пузырьков и обеспечивая вовлечение в реакцию массообмена практически всего объема газообразного компонента. Возникающие при этом поличастотные волны давлений оказывают интенсивное перемешивающее воздействие на обрабатываемую среду, разрушают

диффузионные пограничные слои жидкости, перераспределяют компоненты среды в корпусе 1 реактора. Обработанный поток отводится через патрубок 3. Для подвода и дозирования газообразного компонента

служит устройство 14.

Использование: осуществление массообменных процессов в системе жидкость-газ в пищевой, химической промышленности. Сущность изобретения: кавитационный газожидкостной реактор содержит цилиндрический корпус, в котором радиально размещены чередующиеся полые и цельные кавитаторы. Полые кавитато- ры имеют отверстия со стороны патрубка отвода среды. Из-за перепада давления в газовых и кавитационных кавернах прослойки жидкой фазы между ними насыщаются газообразным компонентом, что приводит к усилению процесса массообме- на, уже начиная с границы каверны. 2 ил.

Формула изобретения

Кзвитационный газожидкостной реактор, содержащий цилиндрический корпус с патрубками подвода и отвода обрабатывав- мой среды, в котором радиально размещены закрепленные на внутренней поверхности корпуса цельные кзвитаторы, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса массообмена в

системе жидкость-газ, он снабжен полыми кавитаторами и установленным на наружной поверхности корпуса, связанным с источником газообразного компонента коллектором, полость которого соединена с полостью корпуса посредством полых кавитаторов, при этом последние имеют отверстия со стороны патрубка отвода обрабатываемой среды и установлены между цельными кавитаторами.

Фи2.1

Фиг. 2