Способ аэрации жидкости

. ьЦ .,/1 Т кии ин Войнов, и Н.А. Н тво СССР6, 1984.ТИь испольбиологичесмьппленносжидкости,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И отНЕЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(54) СПОСОБ АЭРАЦИИ ЖИДКОС(57) Изобретение может бытзовано в химической, микрокой и пищевой отраслях проти для проведения аэрации Целью изобретения является повышениеэффективности аэрации жидкости. Способ аэрации жидкости заключается втом, что при стекании жидкостнойпленки по поверхности трубы 1 осуществляется кратковременное местноеуменьшение среднерасходной скоростив 1,5-3,5 раза путем установки ускорителей 9 газа. По мере достиженияустановившейся среднерасходной скорости процесс уменьшения толщиныжидкостной пленки и увеличения еесреднерасходной скорости повторяетсянеоднократно. Применение изобретенияпозволяет снизить энергозатраты ивысоту трубчатой насадки. 5 ил.3 1498717Изобретение относится к способам насыщения газом жидкости, стекающей в виде пленки по насадке, и может быть использовано в химической, пищевой и других отраслях промьппленности.Цель изобретения - повышение эффективности аэрации жидкости путем увеличения времени пребывания жид кости на насадке и увеличения коэффициентов массообмена.На фиг. 1 представлены экспериментальные зависимости значений коэф" фициентов массообмена по длине труб чатой насадки; на фиг. 2 и 3 - схема осуществления. увеличения среднерасходной скорости и уменьшения толщины жидкостной пленки; на фиг. 4 - .график зависимости изменениятолщины 20 жидкостной пленки от скорости воздуха в трубчатой насадке; на фиг.5- схема экспериментальной установки, на которой реализован способ аэрации жидкости. 25Способ аэрации жидкости путем перемещения ее по поверхности насадки в виде пленки вниз заключается в том, что по длине насадки осуществляют кратковременное местное умень шение толщины жидкостной пленки и одновременное увеличение ее среднерас-. ходной скорости в 1, 5-3, 5 раза, а по мере достижения постоянной средне- расходной скорости процесс уменьшения толщины жидкостной пленки и увеличения ее среднерасходной скорости повторяют неоднократно.Кратковременное местное уменьшецие толщины жидкостной пленки и одно временное увеличение ее среднерасходной скорости позволяет на одной и той же насадке осуществить неодно-. кратное увеличение среднего коэффи циента массообмена (за счет получения 15 нескольких зон формирования профиля скорости жидкостной пленки по длине насадки, фиг. 1)фа фиг, 1 "-О-" - опытные данные, полученные в случае стекания жидкостной пленки по.поверхности трубы при реализации предлагаемого способа; 1 и е(кривые 1 и 11) - коэффициенты массоотдачи в случае стекания жидкостной пленки по поверхности55 трубы прн осуществлении аэрации жидкости известным и предлагаемым способами соответственно. По экспериментальным данным присоздании жидкостной пленки по поверхности трубчатой насадки в начальныймомент на верхнем участке трубы наблюдаются максимальные значения коэффициента массоотдачи (которые большесредних), а затем коэффициент становится постоянным (фиг. 1, кривая 1).Уменьшение коэффициента 5 подлине насадки обусловлено снижениемскорости течения жидкостной пленки,вызванное силами трения, поэтомусреднерасходная скорость жидкостнойпленки изменяется только на .небольшом участке насадки, а затем движет-.ся с постоянной среднерасходной скоростью (этот участок трубы называется участком стабилизации), что иобуславливает постоянство коэффициента массоотдачнКратковременное местное уменьшение толщины жидкостной пленки и уве-:личения ее скорости по длине насадкипозволяет увеличить средний коэффициент массопереноса за счет созданиянеоднократных увеличений коэффициентов (фиг, 1, кривая 11), котораяполучена экспериментально). Согласнополученным зависимостям видно, чтосредний коэффициент массоотдачисущественно больше коэффициента массоотдачи р , полученного известнымспособом.Кратковременное местное увеличение толщины жидкостной пленки (припостоянстве расхода) приводит к снижению среднерасходной скорости течения жидкостной пленки, а следовательно, к уменьшению коэффициентамассоотдачи,Неоднократное повторение уменьшения толщины жидкостной пленки и увеличение ее среднерасходной скоростиобеспечивает неоднократное увеличеннкоэффициента массообмена по длиненасадки, что способствует увеличениюсреднего коэффициента 1Уменьшение толщины жидкостнойпленки и одновременное увеличение еесреднерасходной скорости в 1,5 -3,5 раза позволяет существенно увеличить коэффициент массопереноса в1,5 и более раза, Уменьшение толщиныи увеличение скорости более чем в3,5 раза на практике трудно осуществимо, так как толщина жидкостнойпленки в инженерной практике научастке стабилизации не обеспечива 5149871ется выше чем 4 мм - 0,5 мм, поэтомууменьшение ее ниже, чем 0,1 мм, практически трудно осуществимоИзменение же скорости и толщиныпленки меньше, чем в 1 5 раза, не5приводит к существенному увеличениюкоэффициентов массопереноса,Сам диапазон изменения скоростии толщины жидкостной пленки 1,5 -3,5 зависит от физических свойствжидкости и режима движения,Местное увеличение среднерасходной скорости можно обеспечить,например, установкой удерживающих стаканов, которые в нижней части образуют кольцевой зазор между поверхностью трубчатой насадки и наружнойповерхностью удерживающего стакана,причем ширина кольцевого зазора 20должна быть меньше толщины жидкостной пленки на участке стабилизациив 1,5-3,5 раза.Местное увеличение среднерасходной скорости и уменьшение толщины 25пленки возможно и за счет, например,изменения скорости воздуха в зонеконтакта фаз и т,д,Известно, что с увеличением скорости газа увеличивается среднерасходная скорость жидкостной пленкиили уменьшается ее толщина (фиг, 4),Экспериментальная установка(Фиг, 5), на которой реализован способ, состоит из контактной трубча 35той насадки 1, верхней приемной камеры 2, емкости 3, насоса 4, баллона 5 с азотом, Для создания жидкостной пленки на внутренней поверхноститрубчатой насадки 1 установлена40втулка 6 и выполнены отверстия 7. Подлине трубчатой насадки при помощистержня 8 установлены ускорители 9газа, которые уменьшают площадь сечения трубчатой насадки 1. Для равномерного барботирования жидкостиазотом в емкости 3 установлен барботер 10, для измерения расхода жьщкости используют счетчик жидкости 11.Установка работает следующим образом.Жидкость из емкости 3, обедненнаякислородом, вследствие вытеснениякислорода азотом, поступающим из баллона 5 и барботера 10, центробежнымнасосом 4 подается в приемную камеру2, где, пройдя через отверстия 7,поступает в кольцевой зазор, образованный втулкой 6 и внутренней поверх 7 6ностью трубчатой насадки 1, где,сформировавшись в виде ждкостногокольца, поступает на внутреннюю поверхность трубчатой насадки и стекает по ней в виде жидкостной пленки,По мере достижения установившейсясреднерасходной скорости жидкостнаяпленка по. тупает в зазор, образованный внутренней поверхностью трубы инаружной поверхностью ускорителя,где приобретает высокую скорость иуменьшает свою толщину, Далее привыходе из зазора ускорителя 9 газажидкостная пленка устремляется ксвоему равновесному состоянию (происходит снижение скорости жидкостнойпленки и увеличение ее толщины). Приэтом происходит интенсивная аэрацияжидкостной пленки (жидкостная пленкаинтенсивно поглощает кислород извоздуха), Проконтактировавшая жидкость с трубчатой насадки 1 стекаетв емкость 3.Параметры установки, на которойреализован способ, следующие:внутренний диаметр трубчатой насадки27 мм, длина ее 3000 мм, число ускорителей газа равно трем.Эксперименты проводились на системе воздуховода, Расход жидкостиподдерживался равным 1, 5 и /ч, чтосоответствует Кр = 20000. Расходвоздуха поддерживался равным 14 м /ч,что обеспечивает среднерасходнуюскорость по сечению трубчатой насадке 6 м/с,П р и м е р 1, Способ аэрациипроводился без местного уменьшениятолщины жидкостной пленки и увеличения ее среднерасходной скоростипри скорости газаравной 6 м/с, т,е,без установки ускорителей 9 газа,средняя толщина жидкостной пленкисоставила 8 = 3 мм, а коэффициентмассоотдачи= 7 м/с,П р и м е р 2, Способ аэрации осуществлялся так же, как в примере 1,однако в трубчатой насадке 1 устанавливались ускорители 9 газа, которые уменьшали среднюю толщину жидкостной пленки и увеличивали ее скорость в два раза, Как показали исследования, средний коэффициент массоотдачи при этом составил=11 м/ч.Таким образом, увеличение среднерасходной скорости и уменьшение толщиныжидкостной пленки позволили сущест 1498717венно (в 1,6 и более раз) увеличить эффективность аэрации.П р и м е р 3. Способ аэрации осу ществлялся так же, как в примере 2,5 однако уменьшение толщины жидкостной пленки и увеличение ее среднерасходной скорости производились менее чем в 1,5 раза, Как показывают экспериментальные данные, коэффициент массоотдачи при этом составил примерно 7,5 м/ч. Следовательно, уменьшение толщины жидкостной пленки и увеличение ее среднерасходной скорости менее чем в 1,5 раза не приводит к существенному увеличению эффективности.П р и м е р 4. Способ аэрации жидкости осуществлялся так же, как в примере 2, но при этом производили увеличение среднерасходной скорости 2 О жидкостной пленки и уменьшение ее толщины (путем установки ускорителей 9 газа различного диаметра) в 1,2; 1,5; 3; 3,5; 4 раза, Как показывают опытные данные, коэффициент 25 массообмена при этом составил соответственно 7,2; 8; 11,"; 12,7,4 м/ч,Такий образом, согласно полученным экспериментальным данным только увеличение среднерасходной скорости 30 и уменьшение толщины жидкостной пленки в 1,5"3,5 раза приводит к существенному увеличению коэффициентов массообмена (эффективности). Уменьшение толщины жидкостной пленки более, 3 чем в 3,5 раза, приводит к срыву иуносу жидкостной пленки с поверхности трубчатой насадки 1, что снижаеткоэффициент массообмена,Следовательно, наличие неоднократного уменьшения толщины жидкостнойпленки и увеличения ее среднерасходной скорости по длине насадки в1,5-3,5 раза позволяет более, чем в1,б раза увеличить эффективность процесса аэрации, чем снижаются энергетические затраты, высота трубчатой насадки и, в конечном итоге,уменьшается себестоимость выпускаемого продукта,Формула изобретенияСпособ аэрации жидкости газом,включающим взаимодействие стекающейпленки с газом, о т л и ч а ю щ и й -с я тем, что, с целью повышения эфФективности аэрации жидкости путемувеличения времени пребывания жидкости и увеличения коэффициентовмассообмена, осуществляют кратковременное местное уменьшение толщиныжидкостной пленки и одновременноеувеличение ее среднерасходной скорости в 1,5-3,5 раза, а по мере достижения установившейся среднерасходнойскорости процесс уменьшения толщиныи увеличения скорости повторяют не-,однократно,1498717 УслфюйФ й 7 Л 7 УдфжУбОк)ЦУО стакан 1 би/сСоставитель Г. Месх едактор Е. Папп ТехредЛ.Сердюковатор Н. Королаказ 4509/16 Тираж 828 Подписное НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035, Москва, Ж, Раущская наб., д, 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина,1