Способ контактирования жидкостей и газов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 119) (11) РЗ/20, В 01 Р 1)5 НИЯ ПАТЕНТУ 17таланош Инновациош Лехел Кох (НО) 0785,Ж особу конв котором жидкость ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБР(56) Патент ВР Рв 19кл. В 01 ЕЗ/04, 1984(57) Изобретение относится к сптактирования жидкостей и газовподлежащая контактирование 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,подается в форме струи жидкости, выходящей из сопла через пространство, заполненное подлежащим контактированию газом, в контактирующую жидкость. Цель изобретения - повышенйе 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 ст руи жидкости и ри обретает шероховатость, и струя при ее соударении с наружной поверхностью жидкости может захватить с собой большее количество газа. 2 ил,. 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 поверхностьструи наддувается подлежащий контактугаэ или часть газа и/или жидкости. Подлежащая контактированию жидкость в форместруи, выходящей из сопла, вводится в контактирующую жидкость, проходя через пространство, заполненное подлежащимконтактированию газом, Часть жидкостии/или газа или суммарное количество газа,или часть жидкости и суммарное количествогаза направляется на наружную поверхность струи жидкости.Что касается придания шероховатостиповерхности струи жидкости, то при наддуве газа достигается тот же эффект, что и при"наддуве жидкости.Применение струи газа имеет преимущество тогда, когда контактирование газа ижидкости происходит в закрытом резервуаре, в котором газ должен находитьсяподдавлением. Применение струи газа сжидкостью целесообразно тогда, когдаколичество и давление подлежащего контактированию газа недостаточны для получения соответствующей шероховатости. струи.Получение шероховатости поверхностиструи жидкости вообще имеет преимущество тогда, когда контактирование происходит в открытых системах и подлежащийконтактированию газ является атмосферным газом (биологическая очистка сточныхвод, аэрация водоемов и рыбных прудов).Для получения шероховатости струюгаза или жидкости получают в том случае,когда газ или жидкость подают из расположенных равномерно вокруг когерентнойструи жидкости, например, круговых отверстий или из зазора.Для получения шероховатости на поверхности когерентной струи жидкости несущественно, в какой точке пути, которыйструя проходит от выхода из сопла до входав жидкость, происходит наддув ееструямигаза и/или жидкости. Целесообразно получать шероховатость на поверхности струикак 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 бытьнаправлены как по направлению потокацентральной струи жидкости, так и противнего. Целесообразно чтобы струя газа и/илижидкости составляла с центральной струейжидкости угол по меньшей мере 5, чтобыдостигнуть . соответствующей шероховатости,На фиг,1 показано устройство, реализующее предлагаемый способ, разрез; нафиг,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 вотдельных процессах существенно шире исвободный путь струи жидкости можно су 10 щественно уменьшить, что дает возможность лучшего использования объемареактора.П р и м е р 1, В открытом резервуареквадратного сечения шириной 0,5 м и высо 15 той 2 м циркулирует 0,3 м раствора спомощью насоса через сопло диаметром20 мм. Раствор содержит 0,5 кмоль/м сульфата натрия и 0,001 кмоль/м сульфата кобальта, Температура поддерживается 30 С.20 Свободный путь, струи жидкости 0,3 м.Объем потока, проходящего через насос,20,4 мэ/ч 4 мас.%.циркулирующей жидкости подводится перпендикулярно наружнойповерхности струи жидкости иэ.отверстий 3,25 выполненных в медной трубке диаметром10 мм и размещенных на кольце 2, огибающем струю жидкости, исходящую из сопла1 (фиг,1). Кольцо имеет расположенные наравных расстояниях 12 отверстий диамет 30 ром 1,2 мм, Отверстия удалены от поверхности струи жидкости на 40 мм, расстояниекольца от нижнего края сопла 10 мм,Скорость растворения кислорода наединицу объема измеряется известным35 методом оксидации сульфата натрия исоставляет 27,2 кг О/м ч. Гидравлическаяпроизводительность насоса 0,091 кВт, энергетическая эффективность внесения кислорода 8,97 кг 02/кВт ч,40 Сравнительный пример к примеру 1.Работают описанным в примере 1 способом, но без подведения жидкости к струеВ этом случае скорость растворения кислорода на единицу объема 16,8 кг 02/м ч,45 объемный поток переноса кислорода 5,04 кг02/ч и энергетическая эффективность переноса кислорода 5,54 кг 02/кВтч,Таким образом, достигается улучшениена 61,9; для скорости растворения кисло 50 рода на единицу объема, т.е. для интенсивности контактирования газа и жидкости идля энергетической эффективности,П р и м е р 2. Работают как и в примере1, но объемный поток циркулирующей55 жидкости 18,9 м ./ч, производительностьнасоса 0,74 кВт. Вместо примененного впримере 1 метода подведения к струе жидкости струя выполняется шероховатой с помощью воздуха. Воздух подводится через50 55 огибающее струю кольцо, выполненное измедной трубки диаметром 10 мм. В кольцена равных расстояниях выполнены 6 отверстий диаметром 1,5 мм. Отверстия накл нены вниз от горизонтали на 15, Отверстияотстоят от струи на 21.мм, а расстояниекольца от нижнего края сопла 50 мм. Воздухподводится через отверстия потока объемом 4,6 м /ч, для чего требуется помимозгидравлической мощности насоса дополнительная мощность 0,1 кВт.Скорость растворения кислорода наединицу объема замеряется как в примере1 и составляет 21,7 кг Ог/м ч, что соответствует массопотоку передачи кислорода6,52 кг 02/ч, так что энергетическая эффективность переноса кислорода составляет7,82 кг 02/кВт ч,Сравнительный пример к примеру 2.Работают как в примере 2, но не подаютвоздух на струю. Соответственно характерные величины составляют 12,03.кг О,/м 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 на58,9%,П р и м е р 3. В баке диаметром 0,45 м,высотой 1,5 м, закрытом сверху, с помощьюнасоса через сзопло диаметром 10 мм циркулирует 0,1 м жидкости определенного впримере 1 состава. Объемный поток циркулирующей жидкости составляет 6,84 м /ч.Насос имеет. мощность 0,56 кВт. В резервуар подводится воздух объемным током16 м /ч через зазор 4, который образованвокруг изготовленного из полиамида сопла 5 навинчиваемым на кожух соплакорпусом 6, также изготовленным на полиамиде (фиг.2),.Зазор удален на 5 мм от по. верхности струи жидкости и вытекающийвоздух образует с поверхностью струи уголоколо 15. Для подвода воздуха необходимамощность 0,18 кВт. Из резервуара воздухвыходит через отверстие диаметром 20 мм,которое размещено на поверхности, закрывающей резервуар сверху, на расстоянии200 мм от оси резервуара. Свободный путьструи жидкости 0,4 мм.Скорость растворения кислорода наединицу объема 41,2 кг О.,/м ч. Соответственно массопоток ввода кислорода 4,12 кг02/ч и энергетическая эффективность введения кислорода 5,57 кг 02/кВт ч,5 10 15 20 25 30 35 40 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/м ч, что соответствует массопотоку переноса кислорода 2,9 кг 02/ч или энергетической эффективности 3,92 кг Ог/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 Ог/м ч, Это соответствует массопотоку передачи кислорода 9,27 кг Ог/ч или энергетической эффективности 9,18 кг 02/кВтч.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 изобретенияСпособ контактирования жидкостей и газов, включающий подачу жидкости в форме струи, выходящей из сопла, и направление ее через заполненный контактирующим с ней газом объем вжидкость, отл ич а ющ и й с я тем, что, с целью повышения энергетического КПД поглощения газа жидкостью и увеличения скорости массопередачи, 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.1732812 Составитель Л, СуханоТехред М. Моргентал тор Т, Палий Редактор И. Горна о-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 1 Производств аказ 1592 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Рауаская наб 4/5