Способ взаимодействия парогазовой смеси с высокоомной жидкостью и устройство для его осуществления

20111 А 1 СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19) В 01 Р 3/32 РЕТЕНИЯ П И ВТОРСКО ВИДЕТЕЛЬСТ ом режиме движозонах формироваых потоков на йствуют переменм с частотойвел авва апг г- г Рж я индукции перен пературопроводроазовой смеси,ее значени ерсного по радиуса пузырьока в отсутствии ОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР(71) Институт прикладной физики АН МССР (72) М.К, Болога, Ф,М. Сажин, О;В, Моторин и Е.П. Максимук(56) Авторское свидетельство СССР М 971392, кл, В 01 Р 3/32, 1982.Авторское свидетельство. СССР М. 319318, кл. В 01 Р 3/32, 1971.(54) СПОСОБ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПАРОГАЗОВОЙ СМЕСИ С.ВЫСОКООМНОЙ ЖИДКОСТЬЮ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ Е( О ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к химической технологии, а именно к технологии экстракционной очистки и разделения металлов. Цель изобретения - интенсификация массо- обмена и уменьшение взаимного уноса фаз. Изобретение относится к химической: нефтяной, газовой, пищевой промышленности; а также может быть использовано в других областях техники для организации процессов тепло- и массообмена при наличии высоковольтных электрических полей,Цель изобретения - интенсификация тепло- и массообмена путем увеличения межфазной поверхности.Способ включает организацию противо- точного движения фаз через чередующиеся зоны формирования жидко- и газодисперсных потоков, зарядки и воздействия на дисперсную фазу электрическим полем, при этом в зонах формирования газодисперсных потоков проводят дополнительное электростатическое диспергирование жидСпособ проведения массообмена заключается в попеременной подаче водного и органического раствора в колонну с инертной зернистой насадкой с удельной поверхностью 10 -10 .м /м и последующее разделе 2 4 2 3ние фаз. При противоточном движении жидкостей насадка состоит из смеси элементов с гидрофобной и гидрофильной поверхностью с соотношением 20:1 - 1:20. Для осуществления способа предложено устройство в виде вертикальной колонны, состоящей из насадочной части и двух (верхней и нижней) отстойных камер, внутри .:оторых параллельно оси колонны находятся патрубки, одним концом опирающиеся на насадочную часть, причем ввод (вывод) легкой фазы находится выше свободного среза патрубков, а ввод(вывод) тяжелой фазы - ниже свободного среза патрубков, 2 с:и. ф-лы, 3 илЗ табл. кости в автоколебательн ния дисперсной фазы, а в ния жидкодисперсн дисперсную фазу возде ным электрическим поле де 1 - частота изменеенного поля, Гц;апг - коэффициент тости или диффузии в их - эффективный показатель политропы парогазовой смеси (1х1,4);Рж - давление жидкости, Па;р - плотность жидкости, кг/м;з.1 - коэффициент пропорциональности, определяемый из эксперимента (10М 12),П р и м е р, Проверку предлагаемого способа осуществляют на одной ступени колонны, представленной на фиг, 1, В качестве основной используют систему фреон-воздух, При этом определяют влияние приведенной. скорости газа, напряженности и частоты изменения индукции поля, Полученные результаты представлены в табл, 1 - 3. При этом использован высоковольтный импульсный источник питания конструкции СКТБ ИПФ АН МССР.Из полученных данных видно, что электрическое поле ведет к существенной интенсификации межфазного тепло- и массообмена. Степень интенсификации тем больше, чем меньше скорость парогазовой смеси.Расчет частоты индукции поля по крайним формулам неравенства (1) составляет для данного примера (табл. 3) 26 ( 1 ЫО Гц. Из табл, 3 видно, что при резонансном значении (1 0 Гц) частоты поля (когда частота поля совпадает с собственной частотой колебаний пузырьков) интенсивность межфазного тепло- и массообмена в жидкодисперсной системе достигает максимального значения, далее падает.Эксперименты проводились также и с другими системами; трансформаторное масло-воздух, ПМС-воздух, гексан-воздух, Результаты отличаются только количественно, тогда как качественное изменение зависимостей интенсивности тепло- и массообмена от режимных параметров приблизительно одинаково.Способ осуществляют в следующем устройстве.На фиг. 1 схематически изображена предлагаемая массообменная колонна для осуществления способа, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг. 1.Массообменная колонна состоит из корпуса 1 и барботажных тарелок 2, на которых вертикально установлены многосекционные плоскопараллельные конденсаторы с чередующимися заземленными 3 и высоковольтными 4 обкладками, причем последние изолированы от корпуса с помощью диэлектрических вставок 5 и подключены к клемме переменного потенциала у г источника питания. На обкладках конденсаторов с помощью диэлектрических вставок 65 10 152025303540 455055 Воздействие электрического поля на зону барботажа ведет к поляризации пузырьков, т.е, на границах раздела, обращенных к электродам, возникают заряды вследствие разности диэлектрических проницаемостей парогазовой среды и жидкости. Если полепеременное, то воздействием на эти зарядыоно вызывает радиальные колебания пузырьков. В отличие от колебаний пузырьковв акустическом поле, электрическое поле воздействует непосредственно на межфазную границу раздела фаз, а не через изменение давления в жидкости как в акустическом полЕ), что повышает эффект воздействия и снижает энергетические затраты,закреплены высоковольтные игольчатые электроды 7 с вершинами, расположеннымина уровне верхнего среза сливных стаканов 8, подключенные к клемме а стационарногопотенциала р 1 источника питания. Внутри в корпусе колонны закреплены противо- электроды 9, установленные в зоне. брызг между тарелками 2 перпендикулярно игольчатым электродам 7.В донных стенках тарелок 2 выполнены перфорации 10 для барботирования газа. Соединительные провода электродов 4 и 7 проведены через проходные изоляторы 11. При противоточном движении фаз в колонне формируются жидкодисперсные 12 и газодисперсные 13 потоки, причем осаждение дисперсной фазы на противоэлектроды 9ведет к образованию подтеков 14 жидкости. Жидкость из сливного стакана попадает в межэлектродное пространство тарелки 2 через специальные отверстия в нижней части(не показано),Устройство работает следующим образом.Жидкость подается в колонну 1 сверху, растекается по тарелкам 2 и через сливные стаканы 8 стекает на нижележащую тарелку.Кроме того, часть жидкости диспергируется между высоковольтными игольчатыми электродами 7 и противоэлектродами 9, совершая автоколебательное движение, Парогазовая смесь поступает в колонну снизу и, пройдя через отверстия 10 тарелки 2, барботирует через слой жидкости, При этом в момент образования и во время движениямежду обкладками конденсатора 3 и 4 пузырьки пара подвергаются воздействию переменного электрического поля заданной частоты. В результате этого воздействия диаметр пузырьков становится меньше, чем вотсутствии поля и они колеблются, изменяясвою форму, 1620111Интенсификация тепломассообмена происходит в сущности при любой частоте поля, но наиболее целесообразно использование переменных полей с частотами в диапазонеапгж( (го /э жчто объясняется следующим образом. Для эффективного тепломассообмена необходимо, чтобы температурный и диффузионный пограничные слои вокруг пузырька имели малую толщину, что и выполняетсяапгпри частотах Е. Верхняя граница2годиапазона частот определяется собственной частотой механических колебаний пу -1( Х жзырька и равна 1 Р == . При совгопадении частоты переменного поля с этой частотой наступает резонанс и амплитуда колебаний поверхности пузырька.от равновесного значения максимальна. Радиальные колебания пузырька вызывают интенсивную турбулизацию фаз, что интенсифицирует межфазный тепло- и массообмен,Экспериментально определенный коэффициент К находится в пределах 10 - 12 в зависимости от свойств и термодинамического состояния жидкодисперсного потока.Пройдя через жидкость, пузырьки схлопываются, образуя дополнительный поток капель, а поток пара поступает к следующей тарелке по пути взаимодействия с диспергированной жидкостью, двигающейся в автоколебательном режиме между игольчатыми электродами 7 и противоэлектродами 9,Дополнительное электростатическое диспергирование жидкости в зонах формирования газодисперсных потоков увеличивает межфазную поверхность, а автоколебательное движение капель турбулизирует пограничные слои и увеличивает относительную скорость движения фаз. Все это ведет к интенсификации межфазного тепло- и массообмена.Таким образом, изобретение обеспечивает следующие преимущества; регулирует интенсивность тепло- и массообмена, а также интенсифицирует межфазный тепломассообмен в 2-3 раза.Формула изобретения 1, Способ взаимодействия парогазовой смеси с высокоомной жидкостью путем организации противоточного движения фаз через чередующиеся зоны формирования жидко- и гаэодисперсных потоков, зарядки и воздействия на дисперсную фазу электрическимполем, отличающийся тем, что, с целью интенсификации тепло- и мас сообмена за счет увеличения межфазной поверхности, в зонах формирования газодисперсных потоков проводят дополнительное электростатическое диспергирование жидкости в автоколебательном режиме 10 движения дисперсной фазы, а в зонах формирования жидкодисперсных потоков на дисперсную фазу воздействуют переменным электрическим полем с частотой15дпг 1( Х жго ржго20где 1 - частота изменения индукции переменного поля, Гц;апг - коэффициент температуропровод-ности или диффузии в парогазовой смеси,м /с;го - среднее значение радиуса пузырьков жидкодисперсного потока в отсутствииполя, м;К - коэффициент пропорциональности,определяемый из эксперимента (1012);эффективный показатель политропыпарогазовой смеси ( 1х1,4);Рж - давление жидкости, Ра;рж - плотность жидкости, кгlм,з2, Устройство для взаимодействия парогазовой смеси с высокоомной жидкостью, выполненное в виде противоточной газо- жидкостной колонны с барботажными тарелками и системой электродов, подключенных к источнику питания, со сливным стаканом, отл ича ю щееся тем,что, с целью интенсификации тепло- и массообмена за счет увеличения межфазной поверхности, система электродов выполнена в виде 4, многосекционных плоскопараллельных конденсаторов с чередующимися заземленными и высоковольтными обкладками, погруженными в жидкость барботажных тарелок перпендикулярно к свободным поверхностям жидкости, над которыми установлены высоковольтные игольчатые электроды с вершинами, расположенными на уровне верхнего среза сливных стаканов, и заземленные противоэлектроды, расположенные в зонах между тарелками перпендикулярно игольчатым 55электродам, при этом высоковольтные обкладки конденсатора подключены к клемме переменного, а игольчатые электроды - к клемме стационарного потенциалов источника питания.16201.11 Таблица 1 Влияние скорости газа на интенсивность межфазного тепло- и масообмена в отсутствии электрического поля для системы фреон - 113 - воздухТаблица 2 и е. В табл,1 и 2 в верхних строках указана интенсивность тепло-и массооба для газодисперсного,а в нижних - для жидкодисперсного потока,имеча а а яние частоты переменного поля на интенсивностьном потоке при напряженности поля 25 кВ/см скорон-воздух тепло - и массообмена в жидкодисости газа 0,1 м/с для системы фре и Влияние напряженности поля на интенсивность межфазного тепло-и массообмена при частоте переменного поля 50 Гц и скорости газа 0.1 м/с для системы фреон - 113-воздух1620111Составитель А,Сондор Редактор С.Лисина . Техред М,Моргентал Корректор С,Шевку Заказ 4203 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С113035, москва,Ж, Раушская наб.; 4/5изводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101