Способ проведения тепломассообменных процессов в системах газ-жидкость и устройство для его осуществления

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Институт проблем механикиАН СССР(56) Соколов В.Н Долманский И,В,Газожидкостные реакторы. - Л,: Машиностроение, 1976,(54 ) С 11 ОСОЬ 11 РОВЕДЕНИЯ ТЕ 11 ЛОМАССООБМЕННЫХ 11 РОЦЕССОВ В СИСТЕМАХ ГАВ-ЖИДКОСТЬ И УСТРОИСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУ 11(ЕСТВПЕНИЯ(57) Изобретение относится к областихимической технологии и предназначается для проведения Физико-химических процессов в гетерогенных сисивБО(в 1 357 29 А 1 темах газ - жидкость. Цель - увеличение эффективности за счет повьшения скорости тепломассообмена. Жидкий реагент через патрубок 4 вводятв корпус с герметически закрытойкрышкой 2 и выводят через патрубок 3.11 одают 0,75 Ц газа через вентиль 15в коллектор, а из него в системубарботажных труб 7 и барботируют газчерез слой жидкости непрерывно. Газрасходом 0,25 Ц подают через вентиль13, устройство 12, создающее пульсируюшую подачу газа с отношением между длительностью импульсной подачи ивременем задержки, равным 2-10 с, вколлектор, а из него - в систему соосных корпусу сегментных барботажныхтруб 9, Нрореагировавший газ удаляется из аппарата через патрубок 6.Внутри аппарата возникает интенсивноедвухциркуляционное течение. 2 с.п.Ф-лы, 4 ил.13Изобретение относится к областихимической технологии и предназначается для проведения физико-химических процессов н гетерогенных системах гаэ - жидкость,Целью изобретения янляется увеличение эффективности за счет повышения скорости тепломассообменных процессов.Б способе проведения тепломассообменных процессов в системе газжидкость в аппарате непрерывногодействия осуществляют непрерывныйбарботаж газа н область лппяратя,поверхность основания которой симметрична относительно проекции на днопрямой, проходящей через патрубкиввода и вывода жидкого реягентя ипримыкает к ней, а барботаж черезслои, находящиеся между боковой стенкой аппарата и областью непрерывногобарботажа, осуществляют импульсно,при этом отношение между длительностью импульсной подачи и временем задержки 3-5, а время задержки составляет 2-10 с, причем в область непрерывного барботяжя подается 0,75 й., ав область импульсной подачи газа -0,25 Ц., где Я - расход газа,В устройстве, содержащем корпус спатрубками подвода и отвода газа вжидкости, систему бярботажных труб,устройство для импульсной подачи газа, при этом центральные барботажныетрубки расположены перпендикулярнои симметрично проекции на дно прямой,проходящей через пятрубки подвода иотвода жидкого реягента, концы этихбарботажных труб установлены на расстоянии от центра, равном г = В хх ( 1 - ц + О, 418 ), где г - радиус,В - радиус аппарата, Ч - азимутальный угол, а количество отверстий наодин погонный метр труб определяетсявыражением И/И, =,0,48+0,311-0,9931 ) , где 1 = 1,/Б, 1, - расстояние от линии симметрии барботажныхтруб до отверстия, барботажные трубыв зазоре между стенкой корпуса ицентральными барботажными трубамивыполнены в виде сегментов и расположены соосно корпусу и связаны с помощью коллекторов с устройством дляимпульсной подачи газа,Нл фиг.1 показан аппарат с изображением структуры потока в нем, боковой разрез; на фиг,2 - сечение А-Ана фиг,1; нл фиг.3 - распределение4045 5055 импульснои подачи и временем задержки, равным 2-10 с, в коллектор 10, я из него - н систему 9 соосных корпусу сегментных барботажных труб, Прореагировавший гаэ удаляется иэ аппарата через пятрубок 6, Внутри аппарата возникает интенсивное двухциркуляционное течение,Таким образом, непрерывная подача газа в область, имеющую основанием поверхность, которая примыкает к прямой, соединяющей патрубки ввода и вывода жидкого реагента, позволяет осуществлять контакт между основной массой жидкой и газовой фаэ, так как через эту область проходит подавляющая часть жидкости, В двух зазорах между областью непрерывного бярботажа и стенками аппарата проходит незначительная часть жидкого реягента, Согласно расчету, проведенному в рамках модели ненязкой жидкости для по 57029линий тока в аппарате, вид сверху;ня фиг,4 - график распределения расхода жидкого релгента вдоль радиуса(кривая 1, при р = 45 , лппроксими 5рующая ее кривая 2),Аппарат состоит из корпуса 1 скрышкой 2, в корпусе установлены плтрубки отвода 3 и подводя 4 жидкогорелгентл, а также штуцер 5 подводагаза, н крышке установлен патрубок6 отводя газа, вблизи дна аппаратаустановлена система 7 параллельныхбарботажных труб, связанная с коллектором Я, и система 9 соосных корпусусегментных труб, соединенных с коллектором 10, соединенным с газопроводом 11, в котором установлено устройство 12 для импульсной подачи газа, газопровод далее через нентиль13 связан с магистралью высокогодавления, Коллектор 8 с помощью трубопровода 14 и вентиля 15 связан смагистралью высокого давления,25 Способ осуществляется н аппаратеследующим образом,Жидкий реягент через плтрубок 4вводят в корпус 1 с герметическизакрытой крышкой 2 и выводят через30 патрубок 3, 11 одлют 0,75 Г газа черезвентиль 15 н коллектор 8, а из него -в систему 7 барботлжных труб и барботируют газ через слой жидкости непрерывно, Глз расходом 0,25 Ц подают3. через вентиль 13, через устройство12, создающее пульсирующую подачугаза с отношением между длительностьютенпиального течения, функция токаописывается выражениемП1 1 1-г,ф"ф 2-г7(-д 7+1 1"11(-о 1)в--Оэ г г/Вз 11) Оф- 1 о-ц эгде г - радиус, с - азимутальныйугол, В - радиус аппарата,Из расчета следует, что на поверхности, определяемой выражениемг = Б (1 - Ц + 0,418 ср),происходит резкое уменьшение расходажидкого реагента, причем в центральной части проходит 75 , а н двух периферийных - 25% жидкого реагента,следовательно, н центральную частьследует подавать 0,75 Ц, а в обе периферийные части - 0,25 Ц где-расход газа, 20Скорость массообменных процессовзависит от эффективности перемешивания, Восходящие потоки жидкости вцентральной части будут заворачиватьв периферийные части и опускатьсявниз, образуя циркуляционное течение,Импульсная подача газа позволит увеличить интенсивность этого течения,так как ныплавляющие пузыри препятствуют развитию течения, а также 030создать в поперечном сечении, проходящем через ось аппарата, двухциркуляционное течение, Поток жидкого реагента, движущийся вниз вдоль боковой стенки, сталкивается с выходящим 35потоком жидкого реагента, созданнымвосходящими пузырями. В результатестолкновения оба потока поворачиваютвнутрь аппарата образуя двухциркуляционное течение. Эффективность пе 40ремешинания будет максимальной, еслипонорот потока будет осуществлятьсяпосредине аппарата, Согласно экспе- .риментальным данным скорость потокав центральной части составляет 1- 451,5 м/с, а скорость потока, обусловленная всплывающими пузырями, в периферийной части аппарата равна 0,20,3 м/с.Таким образом, для создания одииаковых циркуляционных течений повысоте аппарата необходимо, чтобыотношение между импульсной подачейгаза и временем задержки составляло3-5, При этом созданное двухциркуляционное течение не должно разрушатькрупномасштабные вихри в аппарате,которые способствуют перемешиванию,Следовательно, время задержки подачи газа должно быть равно временипрохождения вихрей Т, определяемомувыражениемТ = Б/згде Ч+ - динамическая скорость, 7 -средняя скорость потока, 72,2 дю,кинематическая вязкость воды,гравитационная постоянная, Я -скорость движения газа. Учитывая, чтона практике используются аппаратырадиусом 0,5-5 м и жидкости вязкостью= 0,005-0,03 см /с, получимТ=2-10 с,В связи с тем, что в центральнойзоне барботажа расход жидкости неодинаков, то и количество отверстийна один погонный метр и барботажныхтрубах также должно быть неравномсрно и соответствовать расходу жидкогореагента. Аппроксимационная формула,учитывающая расход жидкого реагента,имеет вид:г г1/Мо=Оэ 48+Оэ 311 Оэ 993. ) з 11 =33 573.= Ь/В,где Ь - расстояние от линии симметрии центральных барботажных труб доотверстия.Максимальное количество отверстий 33-57 выбрано из наилучших условий барботажа, полученных из экспериментальных данных, согласно которым расстояние между отверстиями равно 2,5-5 диаметров отверстий, а диаметр отверстия 0,5 см, При этом нет коалеспенции пузырей при выходе из барботажной трубы и нет застойных зон, Трубы в периферийных областях следует размещать в виде соосных концентрических сегментов, при этом удается ликвидировать застойные зоны.Формула изобретения1, Способ проведения тепломассообменных процессов н системах газжидкость в аппаратах непрерывного действия путем барботажа газовых пузырей через слой жидкости и тепломассообменного взаимодействия газовых пузырей с жидким реагентом, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения эффективности за счет повышения скорости проведения тепломассообменных процессов, осуществляют непрерывный барботаж газа н область аппарата, поверхность которойсимметрична относительно проекции на дно прямой, проходящей через патрубки ввода и вывода жидкого реагента, и примыкает к ней, а барботаж через слои, находящиеся между боковой стенкой аппарата и областью непрерывного барботажа, осуществляют импульсно, при этом отношение между длительностью импульсной подачи и 10 временем задержки 3-5, а время задержки составляет 2-10 с, причем расход газа в область непрерывного барботажа составляет 0,75 Ц., а в область импульсной подачи - 0,25 Ц., где й - 15 расход газа,2. устройство для проведения тепломассообменных процессов в системах газ - жидкость, содержащее корпус с патрубками подвода и отвода газов и 20 жидкости, систему барботажных труб, установленных в центре и на периферии корпуса, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения эйфективности эа счет повьпления скорости проведения тепломассообменных процессов,оно снабжено устройством для импульсной подачи газа, а центральные бапботажные трубы расположены перпендикулярно и симметрично проекции надно прямой, проходящей через патрубки подвода и отвода жидкого реагента,при этом концы этих труб установленына расстоянии от центра, равном г == Б (1 - (р + 0,418(р 1, где Б - радиусаппарата,- изнмутальный угол, аколичество отверстий на один погонныйметр определяется выражением И/И==(0,48+0,311 - 0,9931 ) , где 1=Ь/Б,Ь - расстояние от линии симметриибарботажных труб до отверстия, а барботажные трубы в зазоре между стенкойкорпуса и центральными барботажнымитрубами выполнены в виде сегментов ирасположены соосно корпусу и связаны с помощью коллекторов с устройством для импульсной подачи газа/3 Тираж 657ВНИИПИ Государственногопо делам изобретений113035, Москва, Ж, Рау Подписноомитета СССР открытии кая наб д