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

 

Изобретение относится к области химической технологии и предназначается для проведения физико-химических процессов в гетерогенных системах газ - жидкость. Цель - увеличение эффективности за счет повьшшния скорости тепломассообмена, йСидкий реагент через патрубок 4 вводят в корпус с герметически закрытой крышкой 2 и выводят через патрубок 3, Подают 0,75 Q газа через вентиль 15 в коллектор, а из него в систему барботажных труб 7 и барботируют газ через слой жидкости непрерывно. Газ расходом О,25 Q подают через вентиль 13, устройство 12, создающее пульсирующую подачу газа с отношением между длительностью импульсной подачи и временем задержки, равным 2-10 с, в коллектор, а из него - в систему соосных корпусу сегментных барботажных труб 9. Прореагировавший газ удаляется из аппарата через патрубок 6.Внутри аппарата возникает интенсивное двухциркуляционное течение, 2 с.п, фг-лы, 4 ил. SS (Л со, сд о Ьэ со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 В 01 В 3 20

ВСЕГОЮЗНАЯ

13,, „13

1НБЛИОТЕКА

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3938432/31-? 6 (??) ?9.05.85 (46) 07.1?..87. Бюл. ¹ 45 (71) Институт проблем механики

АН СССР (7?) В.А.Линев, А.Г.Липкин, 10.В.Мартынов, А,А.Демидчик, Н.А.Голубев, В.M.Èâ÷åíêo и В.Н.Обухов (53) 66.015.23.05(088.8) (56) Соколов В.Н,, Долманский И.В, Газожидкостные реакторы. — Л,: Машиностроение, 1976. (54) СПОСОБ ПРОВЕДЕНИЯ ТЕПЛОМАССООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ В СИСТЕМАХ ГАВ-ЖИДКОСТЬ И УСТРОИСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУ111ЕСТВПЕНИЯ (57) Изобретение относится к области химической технологии и предназначается для проведения физико-химических процессов в гетерогенных сис„„SU 1357 29 А1 темах газ - жидкость. Цель - увеличение эффективности за счет повьш ения скорости тепломассообмена. Жидкий реагент через патрубок 4 вводят в корпус с герметически закрытой крынкой ? и выводят через патрубок 3.

Подают 0,75 Ц газа через вентиль 15 в коллектор, а из него в систему барботажных труб 7 и барботируют газ через слой жидкости непрерывно. Газ расходом О,?5 Ц подают через вентиль

13, устройство 12, создающее пульсирующую подачу газа с отношением между длительностью импульсной подачи и временем задержки, равным 2-10 с, в коллектор, а из него — в систему соосных корпусу сегментных барботажных труб 9. Прореагировавпий газ удаляет» ся из аппарата через патрубок 6.Внутри аппарата возникает интенсивное двухциркуляционное течение. 2 с.п. ф-лы, 4 ил.

13

Изобретение относится к области химической технологии и предназначается для проведения физико-химических процессов в гетерогенных системах гаэ - жидкость.

Целью изобретения является увеличение эффективности за счет повышения скорости тепломассообменных процессов.

В способе проведения тепломассообменных процессов в системе газжидкость в аппарате непрерывного действия осуществляют Heïðåрывный барботаж газа в область лпплратл,поверхность основания которой симметрична относительно проекции на дно прямой, проходящей через патрубки ввода и вывода жидкого релгентл 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 временем задержки 3-5, а время задержки составляет 2-10 с, причем в область непрерывного барботлжл подается 0,75 Р, а в область импульсной подачи газа0,25 0),, где Q — расход газа, В устройстве, содержащем корпус с патрубками подвода и отвода газа в жидкости, систему блрботажных труб, устройство для импульсной подачи газа, при этом центральные барботажные трубки расположены перпендикулярно и симметрично проекции на дно прямой, проходящей через плтрубки подвода и отвода жидкого релгента, концы этих барботажных труб установлены íà расстоянии от центра,равном г = В х х (! — tg + 0,418 Lt ), где г — радиус, R — радиус аппарата, (g — азимутальный угол, а количество отверстий на один погонный метр труб определяется выражением N/N, =<,0,48+0,311-0,9931 ), где 1 = I/R, I. — расстояние от линии симметрии барботажных труб до отверстия, барботажные трубы в зазоре между стенкой корпуса и центральными барботажными трубами выполнены в виде сегментов и расположены соосно корпусу и связаны с помощью коллекторов с устройством для импульсной подачи газа.

Нл фиг.l показан аппарат с изображением структуры потока в нем, боковой разрез; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.l; н;. фиг.3 - распределение

HMIIvJII cHoH подачи и временем задержки, равным ?.-10 с, в коллектор 10, л из него - в систему 9 соосных корпусу сегментных барботажных труб. Прореагировавший гаэ удаляется иэ àïïàрата через плтрубок 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 фаз, так как через эту область проходит подавляющая члсть жидкости. В двух зазорах между областью непрерывного блрботажа и стенками аппарата пр6ходит незначительная часть жидкого релгента.

Согласно расчету, проведенному в рамках модели невязкой жидкости для по570?9 линий тока в аппарате, вид сверху; нл фиг,4 — график распределения расхода жидкого релгента вдоль радиуса .о (кривая 1, при (р = 45, лппроксими5 рующая ее кривля ?), Аппарат состоит из корпуса 1 с крышкой 2, в корпусе установлены плтрубки отвода 3 и подвода 4 жидкого () релгентл, а также штуцер 5 подвода газа, II крышке установлен патрубок

6 отводя газа, вблизи дна аппарата установлена система 7 параллельных барботажных труб, связанная с коллектором Я, и система 9 соосных корпусу сегментных труб, соединенных с коллектором !О, соединенным с газопроводом ll в котором установлено устройство 12 для импульсной подачи га о.зл, газопровод далее через вентиль

13 связан с магистралью высокого давления. Коллектор 8 с помощью трубопровода 14 и вентиля 15 связан с магистралью высокого давления.

? Способ осуществляется в аппарате следующим образом.

Жидкий релгент через плтрубок 4 вводят в корпус с герметически закрытой крышкой 2 и выводят через патрубок 3. Подают 0,75 Г газа через вентиль 15 в коллектор 8, а из негов систему 7 барботлжных труб и барботируют газ через слой жидкости непрерывно, Газ расходом 0,25 Ц подают через вентиль 13, через устройство

12, создающее пульсирующую подачу газа с отношением между длительностью

)357029 4 тенпиального течения, функция тока описывается выражением

II

) ) 1

2н г -?г соя -q )+1

1(la ) ) II -) 0э ri r/R; f(q )=0;

1о-" в где r — радиус, y — азимутальный угол, R — радиус аппарата.

Из расчета следует, что на поверх- 10 ности, определяемой выражением

r = R (1 — Ц + 0,418с ), происходит резкое уменьшение расхода жидкого реагента, причем в центральной части проходит 75, а н двух пе- 15 риферийных — ?5% жидкого реагента, следовательно, н центральную часть следует подавать 0,75 Ц, а в обе периферийные части — 0,25 Ц,, где — расход газа. 20

Скорость массообменных процессов зависит от эффективности перемешивания. Восходящие потоки жидкости в центральной части будут заворачивать в периферийные части и опускаться вниз, образуя циркуляционное течение, Импульсная подача газа позволит увеличить интенсивность этого течения, так как ныплавляющие пузыри препятствуют развитию течения, а также 0

30 создать в поперечном сечении, проходящем через ось аппарата, двухциркуляционное течение. Поток жидкого реагента, движущийся вниз вдоль боковой стенки, сталкивается с выходящим 35 потоком жидкого реагента, созданным восходящими пузырями. В результате столкновения оба потока поворачивают внутрь аппарата„ образуя двухциркуляционное течение. Эффективность пе40 ремешинания будет максимальной, если понорот потока будет осуществляться посредине аппарата, Согласно экспе- . риментальным данным скорость потока в центральной части составляет 1- 45

1,5 м/с, а скорость потока, обусловленная всплывающими пузырями, в периферийной части аппарата равна 0,20,3 м/с.

Таким образом, для создания оди- 50 иаковых циркуляционных течений по высоте аппарата необходимо, чтобы отношение между импульсной подачей газа и временем задержки составляло

3-5. При этом созданное двухциркуля- 55 ционное течение не должно разрушать крупномасштабные вихри в аппарате, которые способствуют перемешиванию.

Следовательно, время задержки подачи газа должно быть равно времени прохождения вихрей Т, определяемому выражением

У = R/V V где V+ — динамическая скорость, V— средняя скорость потока, 7 2,2 Тди, кинематическая вязкость воды, гравитационная постоянная, Q скорость движения газа. Учитывая, что на практике используются аппараты радиусом 0,5-5 м и жидкости вязкостью = 0 005-0,03 см /с, получим

Т=2-10 с, В связи с тем, что в центральной зоне барботажа расход жидкости неодинаков, то и количество отверстий на один погонный метр и барботажных трубах также должно быть неравномср-но и соответствовать расходу жидкого реагента. Аппроксимационная формула, учитывающая расход жидкого реагента, имеет вид: г г

ПNo=(0 48+0 3)1 0 99l ) зИ =33 57

1= Т/R, где L — расстояние от линии симметрии центральных барботажных труб до отверстия.

Максимальное количество отверстий

33-57 выбрано из наилучших условий . барботажа, полученных из экспериментальных данных, согласно которым расстояние между отверстиями равно

2,5-5 диаметров отнерстий, 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 изобретения

1. 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 шийся тем, что, с целью увеличения эффективности за счет повышения скорости проведения тепломассообменных процессов, осуществляют непрерывный барботаж газа н область аппарата, поверхность которой

1357029 симметрична 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 временем задержки 3-5, а время задержки составляет ?-10 с, причем расход газа в область непрерывного барботажа составляет 0,75 Ц., а в область импульсной подачи - 0,25 Ц,, где Ц— 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 эффективности эа счет повышения скорости проведения тепломассообменных процессов, оно снабжено устройством для импульсной подачи газа, а центральные бапботажные трубы расположены перпендикулярно и симметрично проекции на дно прямой, проходящей через патрубки подвода и отвода жидкого реагента, при этом концы этих труб установлены на расстоянии от центра, равном r =

= R (1 — (р + 0,418(p 1, где R — радиус аппарата, g - -изнмутальный угол, а количество отверстий на один погонный метр определяется выражением N/N

=(0,48+0,311 - 0,9931 ), где 1=Ь/R, Ь вЂ” расстояние от линии симметрии барботажных труб до отверстия, а барботажные трубы в зазоре между стенкой корпуса и центральными барботажными трубами выполнены в виде сегментов и расположены соосно корпусу и связаны с помощью коллекторов с устройством для импульсной подачи газа °

1357029

04 аз

02

Р,2

Составитель А.Сондор

Редактор А,Шандор Техред M.Дидык Корректор Л.Пилипенко

Заказ 5917/3 Тираж 657 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4