Способ проведения тепломассообменных, химических и микробиологических процессов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 151) 4 В 01 О 11 ОПИСАН К А ВТОРСКОМ ИЭОБ ТЕНИ ВИДЕТЕЛЬСТ У о-технологический инвав, С. И. Поникаров, акарычев и А. П. Аноновы массопередачи,слуимер, убки; ОСУДАРСТВЕННЫИ НОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИРИ ГКНТ СССР(21) 420571531-26 (22) 06.03.87 (46) 15.12.89. Бюл.(71) Казанский химик ститут им. С. М, Киро (72) И. И. Г 1 оникаро В. С. Гасилов, В. М. М хин (53) 66.061.5 (088.8)(56) Кафаров В. В. О 1979, с. 419 425. Изобретение относится к процессам, включающим массопередачу в системах жидкость - -жидкость, и может быть приме. нено в химической, нефтехимической и родственным им отраслям промышленности при проведении тепломассообменных, химических и микробиологических процессов в данных системах.Цель изобретения - интенсификация процессов тепломассообмена за счет увеличения скорости обновления поверхности контакта фаз.На фиг. 1 изображена принципиальная схема аппарата для осуществления предлагаемого способа; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - принципиальная схема аппарата для осу 1 цествления предлагаемого способа с предварительным эмульгированием фаз.(54) СПОСОБ ПРОВЕДЕНИЯ ТЕПЛОМАССООБМЕННЫХ, ХИМИЧЕСКИХ И МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ (57) Изобретение относится к процессам, включающим массопередачу в системах жидкость - жидкость, может быть применено в химической, нефтехимической и родственных им отраслях промышленности при проведении тепломассообменных, химических и микробиологических процессов в данных системах и позволяет интенсифициро. вать процессы теплом ассооб мена за счет увеличения скорости обновления поверхности контакта фаз. Способ заключается в том, что после диспергирования тяжелой фазы в газовом объеме ее направляют на поверхность контакта легкой фазы и газа, Фазы перед диспергированием и взаимным контактом подвергают эмульгйрованию.1 з.п. флы,Зил. Аппарат для осуществления предлагаемого способа представляет собой ротор, содержащий цилиндрическую обечайку 1 с торцовыми днищами 2 и 3 и размещенную параллельно днищам перегородку 4. Перегородка 4 укреплена в цилиндрической обечайке 1 с зазором к днищу 3, которые образуют карман 5 для подачи и распределения сплошной фазы. В зазоре между перегородкой 4 и днищем 2 коаксиально укреплены (на некотором расстоянии друг к другу) цилиндры 6, снабженные вводными устройствами 7.Примером вводных устройств могут жить переточные устройства (напр отверстия в цилиндрах, каналы, патр сопла и т. и.) простой или сложной формы, диспергаторы, различные по устройству и другие устройства, способные к диспергиро 1528525ванию жидкости. Вводные устройства могут быть выполнены в теле цилиндров или укреплены на них.Перегородки 4, днище 2 и цилиндры 6 образуют полости - конта ктные зоны 8. 5 Перегородки 4 снабжены отверстиями 9 для входа сплошной фазы.На днище 2 соосно отверстиям 9 выполнены отверстия 10, предназначенные для перетоков фаз. Кроме того, на днище 2 укреплено выносное сепарационное устройство Под такими устройствами понимаются сепарационные устройства различных конструкций и типов (например, тарельчатые, криволинейные, центробежные отстойники и т. п. встроенного или выносного типов, 15 включая сепарационные устройства, применяемые отдельно от центробежных аппаратов, т. е. те конструкции, которые могут быть использованы без нарушения основной идеи технологического решения) .20На фиг. 1 изображено трехсекционное выносное сепарационное устройство, каждая секция которого содержит корпус 11, выполненный в виде плоского кольца с отбортовкой. При этом в отбортовке корпуса (параллельно к плоскому кольцу и с зазором 25 к нему и друг к другу, и соосно плоскому кольцу корпуса) укреплены две кольцевые перегородки (кольца) 12 и 13, между которыми укреплены радиально размещенные криволинейные пластины 14. Каждая из трех секций укреплена на днище 2 торцом отбортовки так, что между днищем 2 и кольцом 13 образуется замкнутая тороидальная полость 15 плоской формы. Г 1 ри этом кольцо 13 снабжено двумя отверстиями 16 и 17. Отверстия 16 размещены у направленной к центру аппарата кромки кольца 13 и служат для сообщения контактных зон с атмосферой. Отверстия 17 размещены вблизи центральной части криволинейных пластин 14 и служат для перетока жидкости из тороидальной полости 15 в зазор между кольцами 12 и 13. 4 пКольцо 12 снабжено отверстиями8, выполненными вблизи крепления кольца 12 к отбортовке корпуса 11. Отверстия 18 служат для перетока отсепарированной тяжелой фазы.Пространство между плоским кольцом 12 4 Ь и кольцевой отбортовкой корпуса 1 представляет собой камеру 19 для сбора тяжелой фазы, куда с некоторым зазором к корпусу 11 и кольцу 12 введен отборник 20. По конструкции отборник 20 может быть дисковым, трубчатым и т. п. Такой же отборник 20 для отбора легкой фазы введен в пространство между плоскими кольцами2 и 13.Способ осуществляют следующим образом.55При вращении ротора в карман 5 подают легкую фазу, которая через отверстия 9 заполняет контактные зоны 8 до уровня нижнего среза отверстий 10, оставляя часть контактной зоны, размещенную от отверстий 9 и 10 до находящегося ближе к центру, ци линдра 6, свободной от контактирующих фаЪТяжелая фаза во вращающемся роторе попадает на внутреннюю поверхность первого (от центра аппарата) цилиндра 6 и истекает из вводного устройства 7 в контактную зону 8. Далее дисперсную фазу подают через свободный от контактирующих фаз объем контактной зоны 8, т. е. направляют фазу в воздушную прослойку контактной зоны 8. При истечении тяжелой фазы в воздух скорость истечения возрастает (согласно формуле Бернулли) за счет разности плотностей воздуха и дисперсной фазы в несколько раз.Подача жидкости в воздух приводит к изменению и улучшению режима диспергирования, т. е. к образованию обширного факела с его улучшенной структурой.Далее дисперсную фазу, обладающую большой скоростью и улучшенной дисперсной структурой, направляют на свободную поверхность легкой фазы. Частицы тяжелой фазы не просто попадают на поверхность легкой фазы, а бомбардируют эту поверхность и углубляются в нее. При своем падении капли захватывают и воздух и, углубившись в толщу жидкости, турбулизуют ее, Образуется пенно-эмульсионный слой тяжелой и легкой фаз и воздуха.В результате повышенная скорость истечения, улучшенная дисперсность и структура факела и бомбардировка свободной поверхности и турбулизация толщи контактирующих фаз приводит к интенсификации процесса, а возрастание скорости позволяет увеличить производительность аппарата.При установившемся режиме процесса дисперсная фаза бомбардирует не поверхность контактирующих фаз, а поверхность пенно-эмульсионного слоя, приводя к некоторому увеличению интенсификации процесса. Далее пенно-эмульсионную смесь фаз, содержащую малую часть дисперсной фазы, из контактной зоны 8 через отверстие 10 выводят в тороидальные полости 15 сепарационного узла и, минуя отверстие 16, сепарируют неподвижными Криволинейными пластинами 14, отделяя легкую фазу от остатков тяжелой, После этого легкую фазу выводят из аппарата, а тяжелая фаза поступает в зазор между плоским кольцом корпуса 1 и плоским кольцом 12 и оттуда по перепускному каналу 18 подается на следующую ступень. Аналогичным образом осуществляют сепарацию и вывод фаз из всех трех секций, при этом часть отконтактировавшей дисперсной фазы выводят отборником 20.Аналогичным образом из области, заключенной между плоскими кольцами 12 и 13 и отборником 20 выводят сплошную отсепарированную фазу.1528525 формула изобретения 20 Рыков Преимущество предлагаемого способа аллюстрируется приведенными ниже конкретными примерами осуществления способааппарат, изображенный на фиг. 3 и обеспечивающий осуществление способа с предварительным эмульгированием фаз, незначительно отличается от аппарата, изображенного на фиг. 1: в аппарате, изображенном на фиг. 3, в качестве вводного устройства используются не вводное сопловое устройство, а инжектор.Способ с предварительным эмульгированием фаз осуществляют следующим образом, Тяжелую фазу подают на внутреннюю поверхность первого цилиндра 6 вращающегося ротора. Тяжелая фаза поступает в инжектор 7 и начинает истекать из сопла инжектора 7. При этом тяжелая фаза заполняет до нижней кромки отверстия 1 О контактную зону и перетекает в тороидальную полость5, затем через отверстие 16 по каналу 18 тяжелая фаза поступает в инжекционную камеру второго цилиндра 6. Таким же образом тяжелая фаза заполняет весь ротор. После этого в карман 5 подают легкую фазу, поступающую через отверстия 9 в инжектор 7, откуда она инжектируется высокоскоростным потоком тяжелой фазы.При осуществлении предлагаемого способа по п. 1 формулы изобретения был подробно рассмотрен процесс контактирования фаз, приводящий к интенсификации массо- обмена, вследствие увеличения скорости истечения диспергированной жидкости, что вызвало улучшение дисперсности и структуры факела, бомбардировку свободной поверхности контактирующих жидкостей, положительное влияние больших капель факела на процесс тепломассообмена. Все это справедливо и для способа по п. 2 формулы изобретения, однако при осуществлении предлагаемого способа по п. 2 формулы изобретения фазы предварительно эмульгируют и подают через свободный от контактирующих фаз объем контактной зоны, а уже затем фазы направляют на свободную поверхность 10контактирующих фаз. При этом допускается эмульгировать фазы как вне центробежного аппарата, например в отдельном эмульга.торе, так и в самом центробежном аппарате (фиг. 3). В результате инжекции структура факела становится более однородной и более 15 мелкодисперсной, что еще больше улучшаетусловия протекания процесса массотеплообмена и одновременно повышает произво.дительность аппарата по обеим фазам. 1. Способ проведения тепломассообменных, химических и микробиологических процессов в поле центробежных сил, включающий диспергирование тяжелой фазы в газо вом объеме и разделение фаз, отличающийсятем, что, с целью интенсификации процессов тепломассообмена за счет увеличения скорости обновления поверхности контакта фаз, тяжелую фазу после диспергирования направляют на поверхность раздела легкой 30 фазы и газа. 2 Способ по и, 1, отличающиися тем, что фазы перед диспергированием и взаимным контактом подвергают эмульгированию.. , ли 1 л чцингн,р 1 н лгцр . " иии11 яи, ияцл;н гияч ири ГЕЧи 5, л 4,5