Устройство для реализации процесса массопередачи Советский патент 1993 года по МПК B01D3/30 

Изобретение относится к устройству для осуществления массообмена между текучими фазами, по крайней мере одна из которых является жидкостью.

На фиг.1 представлен продольный разрез устройства; на фиг.2 - разрез А-А «а фиг.1; на фиг.З - схема непрерывного дис- тилляционного устройства; на фиг.4 - схема устройства, показанного на фиг.З, применительно к паровой рекомпрессии.

Устройство содержит полый диск, имеющий корпус 1 из нержавеющей стали, стенку 2 и крышку 3, закрепленную болтами на ней, полый вал 4. Полый вал 4 соединен с четырьмя радиальными каналами 5 в корпусе 1, которые ведут к проходам 6, через которые может протекать жидкость. Стенке 2 снабжена фланцем 7, который входит в кольцевую канавку 8 в крышке 3. Кольцо 9,

выполненное из металлической объемной сетки, обычно из Ретимета 80, расположено между корпусом и крышкой, оно удерживается внутренней проволочной сеткой 10, а также наружной проволочной сеткой 11, образуя при этом проницаемый элемент. Через крышку 3 и через газоплотное уплотнение 12 проходят две концентрические трубы 13 и 14. Наружная труба 13 соединяется с четырьмя дутьевыми распылителями 15, через которые жидкость может поступать в кольцо 9. Полый вал 4 вращается в роликовых подшипниках, расположенных з опорном кожухе 16, который соединяется с неподвижным сборником жидкости, представляющим собой корпус 17, выполненный из нержавеющей стали и снабженный проходом 18. Электродвигатель (на черт, не показан) обеспечивает привод полого вала с помощью клиновой ременной передачи.

00 N5 00 О О

СО

Устройство работает следующим образом.

В процессе работы полый диск вращается, жидкость noeiynacT по трубе 13 в кольцо 9 13 металлуг еской сетки, проходит радиально нарушу через нее, заполнял пространство мехду проволочной сеткой 11м стенкой 2, м выходит чсреч канал, фланцем 7 и канавкой 8. аз поступает в устройство через полый пал 4 и каналы 6 входит в кольцевой HDOMOKVTOK между с,юккой 2 и проволочной сеткой 11. Жидкость находящаяся в пространств ме:кду стенкой 2 и наружной сеткой 1 , препятствует ьыходу газ ья оленчу , газ направляется мороз поры роыч цаомсго эпемегпэ противотоком по о:РОЧЮНИГО к

ЖИДКОСТИ I СЫЧОДИ1 ПО |р/б( 1 i Kt-V.K JCIb

собираетсч в корпусе 11 и может выпущена проход 18, если ото троОуеюя,

На фш.З представлен комплект неподвижных коппусов 19, 20,21,22, кочдгнсчгор 23 м бойлер 24, кошрь-е устгжоьлсни пс/фу; приходного вала 25 Приводной вэл 2G вращает проницаемые елеменш, паспо/ю пне во . -лея элементах, коюрм(; не показаны, устачпвленнь х в uonnyca) П, U, 21, 22. Линии для подачи хидкоии б, 28, а также лини для года я илрч 29, 0,31 снабжены соответствующими гасоггми (с торне не показаны), соедим ч соседние корпуса Пяиоь ао 32 и мд, 33 линии снабжены раздели кем 3(, он со еди..яет конденсатор 23 i )i i ,rie/- inrn KOJ}- пусон, Ларопач яинич 3 v.s tqKocnv линия 35 с а&жсни ря ЩУПure ifif 3 / .cro- рый соединяй бо /.лер2 г, ко 1плочтсн ф- пусоа. Линия подэчи 38 поя сидлня чся ч чмдкоотно |1 линии 27,

В процессе рявоты прирглиом .: 2Гз вращается дэи«ателсм (нет/аз1)11). Подача жидкости в дмстилппцн ин 1-5 у . ао осущесталяетсл по линии 3В, онг . - сшнаэ- ется е гчиддостью о лмпип У7 и радиаяьно наружу через промицас-ми ; мент в корпусе 21, контасшоу гз«ом с паром, проходящим радиаиьно ьн;трч через этот проницаемый элемент, Ч зшь низшей кипящей фракции и жидкости отдопяегся и иапразяявтся с паром по линии 39 в проницаемые зпомгчт, расположенный в корпусе 20ч а то время гак высшая кипящая фракимч nocr/naet с жидкостью по линии 28 в проницаемый элемент, расположенный ь корпусе 22, Вмешал кипящая фракция, выходящая из корпуса 22, проходи го лкнпц 36, часть ее проходш через разделитель 37 о нйкопи1егы1ук емкость, а опальная поступает в бейпср 24. Пар, вичодящад, из Оойлерч24 ьрокодкт

-

10

15

70

5

чо

по линии 35 р проницаемый элемент, расположенный в корпусе 22 Пар проходит через проницаемый элемент до тех пор, покз ииз- кокипящая фракция выходит по линии 32, а затем он поступает в конденсатор 23 Жидкость, выходящая из конденсатора проходит по линии 33, част ь ее через разделитель 34 направляется в накопительную емкость, а остальная часть возвращается в комплект корпусов,

На фиг.4 компрессор 39 установлен на приводном валу 25 ПРООЕЭЧлиния 32 и жидкостная линия 40 соединяют компрессор с комплектом корпусов, j кжке с холодильником 41 соответственно Жиокосд пая линия 42, снабженная разделите Юм 43, соединяет хо- под шькчк 41 с омг /,ек ом корпусов.

В происсг- ра&оти нч кокипяи с i фрак- чич выходи v.i ог-шлогла корпусов и про- годпч по З -7 компрессор 39, где она . с получ 4t;iic - хид ч0сти. Жид- кос, - ПРОХОДИ ПО ЛММИ.И ЛО В ХОЛОДИЛЬНИК

И, о; з тсряо1 тепло, которое сосприни- нтся лпсочокипчиай бпагц- еи Жпл.кость; . ч о - о/юди; .чике, РПОХОЛИТ по j Mvini /i ;, - яс, ее i,2s)o:i, прздегитель 43 ь«5прг .толчеи ь чакпп.льпую емкость, з „юлок i пз рг 1пстся а /омплект корпусов. SI lOi f л чоспгсс v . З1 . ст-пшчлен ня Г|рч 0чногл, глу 5. Р0| ч1 i л ичь 37 и :чидМ)СТНСП ЛИ| ИЧ ЛО -,г ),, | ОГ kOf TijiCCrop С

01 ( горпч;сов , ,.е с чояодиль | CM i1, COOT ч ЛСТ ТЫ КО О вИЧ ПИ

i,:r 2, СПЧГПТСКЗЛ

т и е л е м 43,

г ГГ .

СООДЧНРС Xn/KViUJi HUlt

шрнусоп

процессе (, in тш зг фрак- i; in ЛУХОДЦТ из омг.льксо оп У ое и про- хояит по линчч 32 в ком гч гсор 9 она С),лс г4;:1 с получен см мячостм Жид- KOP.TI i fjC o;;i T пс ппгг «10 п ол тлильник 1,5, :i,3 tep«OT которое еосприни- ficnc13 рисскскипг-ш 1 гракццей. Жидкость, ox;ia/i, jeH43si а хол лнльннче, проводит по uwMw.i , идггь ое |.;э аепитепь 43 г иэ со:1 те Соную е вкость, OCICTOK coaapauiaei , ч чомпяект корпусов.

Fed прочии емуй зноиент заготовлен из иля волокон, го ОИУ нахо/;ит1-ся п неханичсо сь контакте друг с другогь Swt нолно соединить между собой, наприглсп, путст. эя-з1 ниг или ткания, скле- 1Шй;нш, аогут быть сччзтчь узлами, например, ппаплеимем пли созданием так нвзь- асг ого объемисто мотачпчческого каркаса. Попере нот соченио подменяемых проропомек ипи tтажет быть, например, j E/yrfsoe, треугольное, крестообразное,

чо продпочттвльно круглое сечение.

Проницаемый элемент имеет.плоскость симметрии, в которой располагается ось вращения, например, он может представлять собой проницаемый стержень, который вращается вокруг оси, перпендикулярной оси стержня и отстоящей от его центральной точки. В частности, предпочтительно, чтобы проницаемый элемент имел несколько плоскостей симметрии, которые пересекаются по линии, совпадающей с осью вращения, например, он может иметь форму проницаемого стержня, который вращается вокруг оси, перпендикулярной оси его и совпадающей с его центральной точкой. Более предпочтительно, чтобы проницаемый элемент имел ось симметрии, которая совпадаете осью вращения, например, проницаемый элемент может иметь форму кольца, которое вращается вокруг оси симметрии. Если проницаемый элемент имеет форму кольца, то его наружный диаметр составляет обычно от 25 см до 5 м, а внутренний диаметр обычно находится в диапазоне от 5 см до 100 см.

Проницаемый элемент может быть выполнен за одно целое или состоять из нескольких отдельных частей. Если проницаемый элемент выполнен за одно целое, то он может быть изготовлен с порами, например, путем вспененного литья, или поры можно получить внутри, например, отлиоая сплошной блок вокруг частиц соли, которые после этого растворяются, можно также образовать поры между частями, представляющими собой, например, проволочные кольца, Если проницаемый элемент изготовлен из отдельных элементов, то они могут быть проницаемыми, в этом случае имеет значение соотношение пористости в каждом элементе и между элементами, как вариант, отдельные элементы могут быть непроницаемыми. Если проницаемый элемент изготовлен из отдельных частей, то часто предпочтительно их выполнять из проволочек или волскон, в этом случае поры проницаемого элемента образуются между отдельными его компонентами. Часто выгодно, чтобы проницаемый элемент был цельным и/или механически самонесущий, поскольку это часто уменьшает склонность уменьшения пористости в процессе работы. Часто выгодно образовывать проницаемый элемент из соответствующим образом сформованных частей, например, сегментов или криволинейных участков, изготовленных из самонесущего материала.

Проницаемый элемент можно изготовить из любого материала, механическая прочность которого может противостоять напряжениям, которые возникают в нем при вращении проницамого элемента с заданными скоростями. Предпочтительно, чтобы материал не вступал в реакцию с жидкостями, с которыми он может вступать в физический контакт. Обычно проницаемый элемент

5 изготавливают из стекла, пластмассы, например, силиконовой смолы или политетрафторэтилена, или химически стойкого материала, например, нержавеющей стали, никеля, титана или тантала. Как вариант, материал может

0 представлять смесь из двух и более компонентов в соответствующей пропорции. Например, он может иметь коррозионностойкое покрытие, например,, из секла и пластмассы на корродирующей основе, типа ржавею5 щей металлической проволоки.

Хотя обычно проницаемый элемент яз- ляется цельным, мы не исключаем использование составного проницаемого элемента. Так, кольцо проволочной сетки можно окру0 жить кольцом проницаемого металического каркаса.

Типичными примерами материалов, которые можно применять для изготовления

5 проницаемых элементов в устройстве, согласно данному изобретению, наряду с другими можно привести кольца из тканной ленты, спеченной массы, плетеной или вязаной проволоки, мятой сетки, пены на карка0 се, преимущестоенно пены нз металлическом каркасе, волокнистого мата со спутанными волокнами или массы волокон.

Под пеной на каркасе мы понимаем относительно жесткое губчатое вещество с

5 сеткой, обычно металлической или керамической. Такое губчатое вещество получается путем наложения металлического покрытия на брикет волокон, например, из войлока или разомкнутое губчатое вещество, напри0 мер, полиуретановую пену с последующим выщелачиванием или другим способом удаления волокон или пены для освобождения металлической сетки и получения множества тонких проволок или волокон металла,

5 сплетенных о трехмерную сеть. Под понятием относительно жесткая мы подразумеваем, что сетка способна выдерживать центробежную силу, а также другие нагрузки, действующие на нее в процессе работы

0 устройства, согласно данному изобретению, без существенного ее деформирования, что может привести к закрытию пор и нежелательному уменьшению расхода жидкостей. Металлическая сетчатая губка также

5 имеет преимуи(естео в том, что ее можно легко обргбатысать для получения ее заданных размеров, онз достаточно легко деформируется, например, ее можно загибать на криволинейном участке, что благоприятно для монтажа ус -ройства.

При увеличении площади поверхности раздела дня конкретного проницаемого элемента увеличиваюгсл потери Давления на нам, также возрастает опасность его загрязнения м заливан -чя, Простым экспериментом можно легко -найти соответствующий проницаемый элемент w скорость его вращения для заданного сочетания жидкостей.

Обнаружено, что есшл гфоницмемый элемент не является оамонесущмм, напри-, мер,-ом состоит из .объединенных частей, между которыми образуются поры, или он состой : из дискретных компонентой, или он является с.осугавным, то требуется средство, которое удерживает пронмцаомый элемент з заданной форме и обепг:ечивэзт его яро- шцземш;ть. Это средство преимущественно прндотзвляет собой ЙЛРМЗНТ, кп-тгзрьш Брзщйгггся аокруг той же оси, что н пронмцаэ-внутри него распопагйзтся прои-- 1 аечый эле- .-;зпт. Кроме этого, ясли пронмцзамый зпе- мент к шлется с.амоиесущим-, то его ч«г, выгодно располагать PG. вращанивмся эя& Если используется- ераш,ан. зла- ызнт, то проницаемый элемент, можно полагать полностью в нем и/ui о его част;, Рзамар проницаемого i-i его рас- псложения во вращшощенсй зломемте г-.ю;кi-i . ОГШбДеЛУГГЪ и ЗЭВМГ.ИМОО ПЛ ОТ ПЛОТНОСТИ

и ПЯО-.УЗДИ юв8р5;иооти раздела гпюнцнэе- мого эламентй, а также от гкфаметроа, оп- рядйляю).|,-мх токучйсть. :кидкос:тей.. Ёсни проницаемый злемоит располагзетсл ичасти враидзющегося ялемента, часто «;я тгельно, чтобы проницаемый элемент размещала в . нпружной части по радиусу кра-цзющвгосй . элемента, поскольку при увади йнми расстояния от оси аозрастйют центробежные силы, действующий на жидкость, образуя пе уси- ленный слой, следовательно его. толщина уменьшается, Если проницаемый глвмент Располагается во врзшающечся элементе, oci-t симметрии которого совпадает с осью вра Цанкя, то проницаемый элемент жела-- распределить си /т1терим К) вокруг оси о тем, чтобы вращзюишйся аленент был динамически уравновешен в процбг.ое йрэ- щения,

Если-используется вращающийся -элемент, то его можно выполнить из любого материала, который обладает механической прочностью, достаточной для протиаодз йСТВ 1 з НоПрЯЖЭКИЯМ,, ЙОЗНИК9КНЦИМ В ШТ@риале в процессе вращении, tipsusaiOLuerocR элемента с заданными скоростями, з также обладает коррозионной стойкостьй по от- ношеимю к среде, с которой он f/шжет контактировать в процессе работы. Наряду с

0

5

5

ь

другими материалами, из которых можно изготавливать вращающийся элемент, можно отметить нержавеющую сталь, мягкую сталь, латунь, алюминий, никель, монель- метадл, Выбор подходящего материала не представляет затруднений для специалистов .

Скорость вращения проницаемого элемента наряду с другими причинами зависит от его пористости, расхода жидкостей, а также от расстояния по радиусу, которое проходят жидкости в проницаемом элементе. Минимальная скорость вращения проницаемого элемента часто зависит от параметров текучести жидкости, Максимальная скорость вращения проницаемого элемента определяется механической прочностью его, а также механической прочностью вращающегося элемента, если он применяется. Если используется вращающийся элемент и если он имеет форму полого диска из нержавеющей стали, внутри которого размещается пропинаемый злемент, то обычно скорость враще- ж.н диска диаметром 0,5 м составляет 1000-3000 об/мин; для диска диаметром 1 и.. - 500-2000 об/мин; для диска диамет- 1,5 и 400-1000 об/мин. При увеличении скорости вращения толщина слоя :-кндмеет /1 на стенках пор проницаемого эле- ь е-гга на некотором конкретном расстоянии от его оси вращения уменьшается,

В основном скорость вращния должна бытьз диапазоне 50-10000 об/мин,преимущественно 100-5000 об/мим и предпочтительно 500-2000 об/мин.

При заданных среднего ускорения, s также радиального расстояния, которое жидкости протекают, в проницаемом эле- у-шгге, можно легко подсчитать его скорость вращения.

Ось вращения может быть горизонтальной, вертикальной или занимать промежуточный угол между нмми, однако часто желательно, чтобы она была вертикальной. если используется проницаемый элемент а Форме кольца,-то обычно apaaie.fwe переда- SLTF на него черзз взя, выступающий из плоскости кольца на его оси (например, сверху или снизу, если ось вертикальна}. Проницаемый 3IH5MSHT может приводиться во вращ&- ные, например, с помощью гидропривода с

МЗМ8НЯЙМЫМ ЧИСЛОМ Об@рОТОЙ, ШКИ83 С рЭмн8 « от электродвигателя или трубопроводов.

- -Конструкций подшипников для вращаю- щегося злемента известна специалистам, нёпример, мож-но- использовать- обычные рйдмапьные и радиаяьно-упорные подшиппмки.

Направление течения второй жидкости в способе, согласно данному изобретению, зависит от соотношения плотностей двух жидкостей, а также от их скоростей течения. Может быть спутное течение или противоток.

Течение жидкостей сквозь поры проницаемого элемента осуществляется по существу в плоскостях, перпендикулярных оси вращения, т.е. осуществляется радиальное течение, хотя мы не исключаем возможности возникновения составляющей скорости небольшой величины, параллельной оси. Понятно; что если использовать проницаемый элемент, у которого толщина по радиусу существенно больше осевой длины, например проницаемый элемнет в виде диска, и осуществлять подачу первой жидкости равномерно по толщине вдоль диска, то в этом случае можно уменьшить аксиальную составляющую скорости первой жидкости, Например, если проницаемый элемент имеет форму диска, то он может иметь диамтер 80 см, а толщину 20 см.

По крайней мере, основная часть первой жидкости или ее производной выходит и проницаемого элемента вблизи радиального наружного его периметра. Поэтому делают устройство, которое, по меньшей мере, уменьшает выход жидкости по радиальному наружному периметру проницаемого элемента. Например, если проницаемый элемент имеет форму кольца, то его можно изготовить в виде слошного покрытия на двух плоскостях, или диски можно поддерживать в контакте с каждой из плоскостей или с вращающимся элементом, если он используется, который можно приспособить для предотвращения вышеупомянутого вытекания на расстоянии от радиального наружного периметра проницаемого элемента, при этом вращающийся элемент может иметь, например, форму полого диска, в котором располагается проницаемый элемент, плоские поверхности проницаемого элемента, при этом вращающийся элемент может иметь, например, форму полого диска, в котором располагается проницаемый элемент, плоские поверхности проницаемого элемента плотно контактируют с плоскими поверхностями полого диска.

Если имеет место противоток, то понятно, что необходимо средство для подачи в проницаемый элемент второй жидкости, оно должно быть расположено на заданном расстоянии от оси вращения и предпочтительно у радиального наружного периметра проницаемого элемента. Например, проницаемый элемент может крепиться во вращающемся элементе, образуя промежуток между радиальным наоужным периметром

проницаемого элемента и внутренней поверхностью вращающегося элемента, в этот промежуток вытекает первая жидкость, образуя жидкое уплотнение, через которое 5 вторая жидкость может поступать в проницаемый элемент. Если вторая жидкость представляет собой смесь компонентов, то они могут подаваться в упомянутый промежуток через один и тот же или отдельные

0 питатели, которые представляют ииОой обычно радиальные каналы, выполненные в корпусе вращающегося элемента.

При движении первой жидкости ради- ально наружу через вращающийся проница5 емый элемент давление, действующее на нее, увеличивается, Поэтому, если имеет место противоток, то понятно, что в месте подачи в проницаемый элемент вторая жидкость должна быть под давлением, которое боль0 ше давления первой жидкости в этом месте проницаемого элемента.

Если проницаем помещен во вращающемся элементе, то устройство для подачи первой жидкости е проницаемый

5 элемент обычно имеет отверстие со вращающемся элементе, через которое может протекать жидкость. Если вращающийся элемент представляет собой полый диск, то устройство для подачи обычно располагается на

0 оси, хотя мы не исключаем возможность того, что его можно располагать между осью вращения, а гакхе средством для подачи второй жидкости в проницаемый оломент. Если первая жидкость является смесью ком5 пОне:-;гов, то их можно подавать в проницаемый элемент через одно и то же или отдельные устройства для подачи; например, их можно подавать через концентрические трубы, Если е данном изобретении применчет0 ся проницаемый элемент, который опирается на вращающийся элемент, то устройство для выпуска первом жидкости или ее произ- водно.1 из вращающегося элемента обычно включает в себя одно или нескопько отвер.5 сии, расположенных по периферии вращающегося элемента на расстоянии от оси вращения, через это отверстие или отверстия жидкость мохет выходить в виде капель. Например, если вращающийся элемент

0 представляет собой полый диск, в котором располагается кольцевой проницаемый элемент, то отверстие обычно выполняют в виде расположенной по окружности щели в стенке полого диска, и щель преимущест5 венно непрерывна, или в наружной стенке выполнен ряд отверстий

Если в устройстве, согласно данному изобретению, используется проницаемый элемент, расположенный во вращающемся элементе, то ус-; ройстоо для выпуска второй

жидкости, ее компонентов или производной. из вращающегося элемента обычно включает в себя одно или несколько отверстий во вращающемся элементе, через которые может протекать аторгзп жидкость, ее компонен- ты или производная. Цели вращающийся элемент представляет собой полым диск, в которо -. располагается кольцевой гфонмгьз- амый элемент, то отверстие обычно располагают на оси.

Обычно проницаемый элемент м вращающийся элемент, если он используется, устанавливают в неподвижном, сборнике жидкости, маирммйр, в корпусе, R котором могут собираться жидкости, их компоненты л производные, которые выходят -лз проми- цает. Юго элемента на расстоянии от оси вра- . Кроме этого, если неподвижный мы полней в виде герметичного кор- п у с.л тс- вторая жидкость может подаваться о него, а остуди в проницаемый элемент, г эпример, ;)ерзз соответствующим образом расположенные отверстия во вращающемся яламг;нте; Понятно, что если и устройства, со- гласно данному изобретению, осуществляется противоток, то проницаемый йлемеит и вп8.цй- ;:;щкйея элемент, если ом применяется, должны устанавлмпатьея в сборнике, благодаря ч:: му жидкость, всходящая из проницаемого глемента на расстоянии от оси вращения, не будет контактировать с жидкостью, которая «иходнт вблизи оси вращения. Как вариант проницаемый элемент или вращающийся элемент, если он применяется, снабжаются каналом, проходящим по окружности, в который втекает первая .жидкость. Один Ы ш нео ол.ько соотаетстаующим образом расположенных неподвижных сборников, например, плоских черпаков погружены а канал, л под действием центробежной силы первая жидкость направляется через сбор- пик в соответствующее место,

Врзмя преобышзнчя жидкостей я про- нмцзеглом элементе является функцией ра- гпдэдьных размеров проницаемого элемента, иго типа и проницаемости, скорости враща- ния, а также скоростей течения жидкостей. Эти параметры оказывают совместное действие на время прерывания. Например, ее- ля увеличивается радиус (проницаемого элемента в аиде диска), а другие параметры поддерживаются постоянными, то время пребы ваяия увеличивается; если убеличива- ется-скорость течения,.а другие параметры поддаржизаются постоянными, то время пребывши уменьшается; если.увеличмва- йтея скорость ври1цения, а другие параметры поддерживаются постоянными, то время повоыванип. уменьшается.

Понятно, что для созданий в проницаемом элементе жидкой поверхности большой площади первая жидкость иУили вторая жидкость, если она находится в жидком со- тоянии, должны преимущественно смачивать по существу всю поверхность стенок пор проницаемого элемента. Смачивание проницаемого элемента зависит от динамических факторов, но оно улучшается при обеспечении разновесных условий смачивания, Так жидкость, имеющая малое межфазное натяжение с проницаемым элементом, будет стремиться .оттеснить от поверхности пор проницаемого элемента жидкость, име- ющуиз большое межфазное натяжение.с проницаемым элементом, этому процессу о тесненкя способствует малое межфазное натнксшме между двумя жидкостями. Для улучшения смачиваемости проницаемого элемента поверхность его .пор желательно -покрывать смачивающим агентом, или смачивающий ЗГ8Н. желательно добавлять, по крайней мере, в одну из жидкостей. Например, если первой жидкостью является вода; а поры проницаемого элемента имеют гидрофобную поверхность, например, прони- цзймьгй элемент изготовлен из сетки зол-окон политетрафторэтилена, то соответствующее поверхностно-активное вещест- чо, такое додсщмлсульфзг натрия илм Монфлюр, можно добавлять и воду. Если первая и вторая средь являются жидкими, то часто выгодно, чтобы стенки пор смачивались в первую очередь, первой жидкостью.

Несколько проницаемых, элементов, каждый мз которых снабжен соответствую- ш.мм сборником, обычно кожухом, можно соединять последовательно проточной коммуникацией, хотя мы не исключаем возможности применения канала по периферии с соответствующим отводящим устройством, как это было описано выше. Понятно, что соответствующие насосы, где это нужно, можно установить а линиях, соединяющих соседние проницаемые -элементы. Оптимально располагать пронмцеемые элементы на общей оси. Жидкости могут протекать спутно через ряд элементов,-но часто выгодно их направлять противотоком.

Таким образом, ъ данном изобретении также предлагается устройство для осуществления масоообмена между двумя жидкими фазами, первая из которых является жйдостыо, содержащее несколько про- нмцэемых элементов, соединенныхпооле- доезтельно таким образом, что жидкости протекают через поры проницаемых эле- м емтоя при-средней ускорении, по меньшей мере, 150 м/с2.

Пример 1. Кольцевой проницаемый элемент, внутренний радиус которого 4,7 см и наружный радиус 9 см, выполненный из плетеной сетки 9031 (поверхность раздела 165 м 1, проницаемость 94%) установлен в полом диске (фиг.1 и 2). Диск вращается со скоростью 2850 об/мин, при этом раскисленная вода с расходом 17 10 5м3/с подается в полый диск и происходит радиально наружу через поры плетенной сетки, а воздух проходит радиально внутрь. Была измерена концентрация кислорода в воде, выходящей из диска, по пробе растворенно- го в ней кислорода. Опыт был повторен при скорости вращения 3350 об/мин. В дальнейших опытах в полом диске были размещены стеклянные шарики (диаметром 1,5 мм, поверхностью раздела 2400 м , пористость 50%), опыты проводились при тех же самых условиях: расход воды и скорость вращения. Так называемые объемные коэффициенты массобмена были досчитаны по уравнению:

К, , - Q |П Ce1 Cl Kta-vln

где KL коэффициент массообмена при регулировании по жидкой пленке, м/с;

Q -объемный расход воды, м /с;

V - объем, занимаемый проницаемым элементом, м ;

Ci - концентраций кислорода в поступающей воде;

С2 - концентрация кислорода а выходящей воде:

Cei - равновесная концентрация кислорода в воде при окружающей температуре;

а - поверхность раздела проницаемого элемента (м).

Результаты опытов приведены в табл.1, из которой следует, что увеличение среднего ускорения выше 5000 м/с приводит к росту обьемного коэффициента массообмена.

Пример 2, Кольцевой проницаемый элемент имеет внутренний радиус 4,75 см, наружный радиус 9 см и глубину 2,54 см, он выполнен из материала Ретимет 45 (поверхность раздела 2400 м2/м3), пористость 96%, элемент установлен в полом диске, представленном на рис.1 и 3. Диск вращался со скоростью 1450 об/мин: при этом раскисленная вода расходом 16,7 м3/с подавалась в полый диск и проходила радиально наружу через поры материала Рети- мет 45, а воздух с расходом 16,7 м3/с поступал в полый диск и проходил радиально внутрь. Измерялась концентрация кислорода в воде на входе и выходе из полого диска путем отбора пробы на растворенный кислород. Обменный коэффициент массообмена подсчитывался по уравнению, при- 5 веденному в примере 1.

Дальнейшие опыты проводились при увеличенных скоростях вращения, результаты приведены в табл.2.

Из тзбл.2 можно увидеть, что при увели- 0 чении среднего ускорения от величины приблизительно 5000 м/с имеет место заметный рост обьемного коэффициента массообмена.

Пример 3. Кольцевой проницаемый

5 элемент имеет внутренний радиус 4,8 см, наружный радиус 9,2 см и глубину 2,54 см, он изготовлен из тканной ленгы стекловолокна (тканая сетка 9048, поверхность раздела 1000 м2/м3, пористость 95%) и

0 установлен в полом диске, как это показано на фиг 1 и 2. Диск вращается при 1СОО об/мин, раскисленная вода с расходом 8,3 м3/с подается в полый диск и протекает радиально наружу сквозь поры в ленте из

5 стекловолокна, а воздух с расходом 8,3 м /с подается в полый диск и протекает радиально внутрь. Концентрация кислорода в воде ка входе и на выходе из полого диска измерялась по пробе растворенного кисло0 рода..Объемный коэффициент массообменз подсчитывался по уравнению, приведенному в примере 1.

Дальнейшие опыты проводились при скорости вращения 1500 об/мин,

5 Для сравнения вышеупомянутые опыты были повторены, используя кольцевой элемент, наполненный стеклянными шариками диаметром A им (поверхность раздела 900 м /м ; пористость 38%).

0Результаты этих опытов приведены в

табл.З, из которой следует, ч го для проницаемых элементов, изготовленных из одного и того же материала и при приблизительно равных поверхностях раздела, большей по5 ристосты соответствует больший коэффициент массообмена, причем эти проницаемые элементы изготовлены из проволоки или волокон.

Пример 4. Кольцевой элемент (внут0 ренний радиус 4,5 см, наружный радиус 9,2 см, глубина 2,54 см, поверхность раздела приблизительно 350 м2/м3 и пористость 98% (изготовлен из тканой ленты из проволоки нержавеющей стали диаметром 120

5 мкм, он установлен в полом диске, как это показано на рис.1 и 2. Диск вращается при 2000 об/мин, при зтом раскисленная сода с расходом 8,33 м/с и воздух с расходом 8,33 м/с подаются в проницаемый.элемент, как это показано в примере 1. Концентрация кислорода в воде на входе и выходе измерялась как в примере 1, а объемный коэффициент массообмена подсчитывался по формуле, приведенной в примере 1.

В сраэнительных экспериментах использовались проницаемые элементы, имеющие вышеупомянутые радиусы, глубины и поверхности раздела, они выполнены из тканной ленты из проволоки нержавеющей стали диаметром 150 и 250 мкм, соответственно. Результаты опытов представлены п табл.4, из которых следует, что вращающее- ся массообменное устройство, в котором проницаемый элемент имеет волокна диаметром менее 150 мкм, обеспечивает более высокие коэффициенты массообмена, по сравнению с таким устройством, у которого проницаемый элемент состоит из волокон диаметром равным 150 мкм и более.

При м е р 5. Опыты, приведенные в примере 4. повторили, используя проницаемый элемент, изготовленный но материала Ретммет 00 (внутренний радиус 4,5 см, наружный радиус 9,2 см, глубина 1,37 см.

емый элемент, выполненный из материала Ретимет 45, поверхность раздела 2400 м2/м3, эквивалентный диаметр волокон 160 мкм. Объемный коэффициент массообмена 5 Составил 0,795 .

Формула изобретения 1, Устройство для реализации процесса массопередачи между двумя текучими фаза10 мм, из которых по крайней мере первая фаза явгдется жидкостью, содержащее, проницаемый элемент,поверхности стенок которого образуют извилистый канал для прохождения текучих фаз, установленный с возмож15 ностью вращения относительно оси, средство для подачи и выпуска текучих фаз, отличающееся тем, что. с целью увеличения пропускной способности жидкости и обеспечений надежности, проница20 емый элемент выполнен из прядей волокон, фиорил или нитей, взаимосвязанных между собой в трехмерную основу, при этом элемент имеет пористость по меньшей мере 90% и межфазную поверхность по меньшей

I

25 мере 1000 .

2,Устройство по п.1, о т л и ч а ю-щ е е- с я тем. 4tо пряди, волокна, фибрилы или sun и имеют точечные связи.

3.Устройство по пп.1 и2, отл и ч а ю ще- П р и м о р 6. Опыты, приведенные з 30 е с я гем, что трехмерная основа выполен|-:й из металла.

поверхность раздела 5600 м /м , эквивалентный диаметр волокон 80 мкм). Объединенный коэффициент маосообмена составил 1,503 с

-1

примере Ь. повторили, используй протидпемый элемент, выполненный из материала Ретимет 45, поверхность раздела 2400 м2/м3, эквивалентный диаметр волокон 160 мкм. Объемный коэффициент массообмена Составил 0,795 .

Формула изобретения 1, Устройство для реализации процесса массопередачи между двумя текучими фазамм, из которых по крайней мере первая фаза явгдется жидкостью, содержащее, проницаемый элемент,поверхности стенок которого образуют извилистый канал для прохождения текучих фаз, установленный с возможностью вращения относительно оси, средство для подачи и выпуска текучих фаз, отличающееся тем, что. с целью увеличения пропускной способности жидкости и обеспечений надежности, проницаемый элемент выполнен из прядей волокон, фиорил или нитей, взаимосвязанных между собой в трехмерную основу, при этом элемент имеет пористость по меньшей мере 90% и межфазную поверхность по меньшей

I

мере 1000 .

Использование: для осуществления массообмена между текучими фазами, по крайней мере одна из которых является жидкостью. Сущность изобретения: устройство для реализации процесса массопере- дачи между двумя текучими фазами содержит проницаемый элемент, поверхности стенок которых образуют извилисты канал для прохождения текучих фаз, установленный с возможностью вращения и выполненный из прядей, волокон, фибрил или нитей, взаимосвязанных между собой в трехмерную основу, при этом элемент имеет пористость по меньшей мере 90% и межфазную поверхность по мерей мере 1000 м /м . пряди, волокна, фибрилы или нити имеют точечные связи. Трехмерная основа может быть выполнена из металла. 2 з.п; ф-лы, 4 ил., 4 табл.

Объемные коэффициенты массообмена системы вода/кислород

Скорость вращения,

об/мин

3350

35Т а б л и ц а 2

Объемные коэффициенты массообмена среднее ускорение

Скорость вращения, об/мин

вреднее ускорение, м/с1

7Т

1450 2200 2550 2950

3350

Та бл и ца 1

/с1

7Т

г arst-9iiM Au0 rx«oi H

Объемные коэффициенты массообмена.

1,040

1,070

1,070

1,135

.1.730

Зависимость объемного коэффициента от диаметра волокна

ТаблицаЗ

Таблица4

фиг1

ф№ 4

58

31

1

-ZT -26

11

л

28

l