Способ аэрации жидкости

 

Изобретение может быть использовано в химической, микробиологической и пищевой отраслях промышленности для проведения аэрации жидкости. Целью изобретения является повышение эффективности аэрации жидкости. Способ аэрации жидкости заключается в том, что при стекании жидкостной пленки по поверхности трубы 1 осуществляется кратковременное местное уменьшение среднерасходной скорости в 1,5-3,5 раза путем установки ускорителей газа 9. По мере достижения установившейся среднерасходной скорости процесс уменьшения толщины жидкостной пленки и увеличения ее среднерасходной скорости повторяется неоднократно. Применение изобретения позволяет снизить энергозатраты и высоту трубчатой насадки. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1498717 А 1 (51) 4 С 02 F 3 02 В 01 D 3/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ.И ОТНЕЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4297224/31-26 (22) 04.07.87 (46) 07.08.89. Бюл. В 29 (71) Сибирский технологический институт (72) Н.М. Коновалов, Н.А. Войнов, А.А, Веретнов, В.А. Марков и Н,А. Николаев (53) 628.356(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1180036, кл. В 01 D 3/26, 1984. (54) СПОСОБ АЭРАЦИИ ЖИДКОСТИ (57) Изобретение может быть исполь.зовано в химической, микробиологической и пищевой отраслях промьппленности для проведения аэрации жидкости.

Целью изобретения является повышение эффективности аэрации жидкости. Способ аэрации жидкости заключается в том, что при стекании жидкостной пленки по поверхности трубы 1 осуществляется кратковременное местное уменьшение среднерасходной скорости в 1,5-3,5 раза путем установки ускорителей 9 газа. По мере достижения установившейся среднерасходной скорости процесс уменьшения толщины жидкостной пленки и увеличения ее среднерасходной скорости повторяется неоднократно. Применение изобретения позволяет снизить энергозатраты и высоту трубчатой насадки. 5 ил.

3 1498717

Изобретение 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- 10 кости на насадке и увеличения коэффициентов массообмена.

На фиг. 1 представлены экспериментальные зависимости значений коэф" фициентов массообмена по длине труб- 15 чатой насадки; на фиг. 2 и 3 - схема осуществления. увеличения среднерасходной скорости и уменьшения толщины жидкостной пленки; на фиг. 4 — .график зависимости изменения толщины 20 жидкостной пленки от скорости воздуха в трубчатой насадке; на фиг.5схема экспериментальной установки, на которой реализован способ аэрации жидкости. 25

Способ аэрации жидкости путем перемещения ее по поверхности насадки

s виде пленки вниз заключается в том, что по длине насадки осуществляют кратковременное местное умень- 30 шение толщины жидкостной пленки и одновременное увеличение ее среднерас-. ходной скорости в 1, 5-3, 5 раза, а по мере достижения постоянной среднерасходной скорости процесс уменьшения толщины жидкостной пленки и увеличения ее среднерасходной скорости повторяют неоднократно.

Кратковременное местное уменьшецие толщины жидкостной пленки и одно- 40 временное увеличение ее среднерасходной скорости позволяет на одной и той же насадке осуществить неодно-. кратное увеличение среднего коэффи» циента массообмена (за счет получения 45 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; и (кривые I и II) - коэффициенты массоотдачи в случае стекания жидкостной пленки по поверхности

55 трубы прн осуществлении аэрации жидкости известным и предлагаемым способами соответственно.

По экспериментальным данным при создании жидкостной пленки по поверхности трубчатой насадки в начальный момент на верхнем участке трубы наблкдаются максимальные значения коэффициента массоотдачи (которые больше средних), а затем коэффициент становится постоянным (фиг. 1, кривая I).

Уменьшение коэффициента 5» по длине насадки обусловлено снижением скорости течения жидкостной пленки, вызванное силами трения, поэтому среднерасходная скорость жидкостной пленки изменяется только на .небольшом участке насадки, а затем движет-. ся с постоянной среднерасходной скоростью (этот участок трубы называется участком стабилизации), что и обуславливает постоянство коэффициента массоотдачи

Кратковременное местное уменьшение толщины жидкостной пленки и уве- . личения ее скорости по длине насадки позволяет увеличить средний коэффициент массопереноса за счет создания неоднократных увеличений коэффициентов (фиг. 1, кривая II), которая получена экспериментально). Согласно полученным зависимостям видно, что средний коэффициент массоотдачи существенно больше коэффициента массоотдачи р1, полученного известным способом.

Кратковременное местное увеличение толщины жидкостной пленки (при постоянстве расхода) приводит к снижению среднерасходной скорости течения жидкостной пленки, а следовательно, к уменьшению коэффициента массоотдачи, Неоднократное повторение уменьшения толщины жидкостной пленки и увеличение ее среднерасходной скорости обеспечивает неоднократное увеличенн коэффициента массообмена по длине насадки, что способствует увеличению среднего коэффициента

Уменьшение толщины жидкостной пленки и одновременное увеличение ее среднерасходной скорости s 1,5—

3,5 раза позволяет существенно увеличить коэффициент массопереноса в

1,5 ии ббооллеее е ррааззаа, Уменьшение талщйны и увеличение скорости более чем в

3,5 раза на практике трудно осуществимо, так как толщина жидкостной пленки в инженерной практике на участке стабилизации не обеспечива35

149871 ется выше чем 4 мм — 0,5 мм, поэтому уменьшение ее ниже, чем 0,1 мм, практически трудно осуществимо °

Изменение же скорости и толщины пленки меньше, чем в 1 5 раза, не

5 приводит к существенному увеличению коэффициентов массопереноса, Сам диапазон изменения скорости и толщины жидкостной пленки 1,5—

3,5 зависит от физических свойств жидкости 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 наружной поверхностью удерживающего стакана, причем ширина кольцевого зазора 20 должна быть меньше толщины жидкостной пленки на участке стабилизации в 1, 5-3, 5 раза.

Местное увеличение среднерасходной скорости и уменьшение толщины 25 пленки возможно и за счет, например, изменения скорости воздуха в зоне контакта фаз и т.д.

Известно, что с увеличением скорости газа увеличивается среднерасходная скорость жидкостной пленки или уменьшается ее толщина (фиг. 4), Экспериментальная установка (фиг. 5), на которой реализован способ, состоит из контактной трубчатой насадки 1, верхней приемной камеры 2, емкости 3, насоса 4, баллона 5 с азотом. Для создания жидкостной пленки на внутренней поверхности трубчатой насадки 1 установлена

40 втулка 6 и выполнены отверстия 7. По длине трубчатой насадки при помощи стержня 8 установлены ускорители 9 газа, которые уменьшают площадь сечения трубчатой насадки 1. Для равномерного барботирования жидкости азотом в емкости 3 установлен барботер 10, для измерения расхода жидкости используют счетчик жидкости 11.

Установка работает следующим образом.

Жидкость из емкости 3, обедненная кислородом, вследствие вытеснения кислорода азотом, поступающим из баллона 5 и барботера 10, центробежным насосом 4 подается в приемную камеру

2, где, пройдя через отверстия 7, поступает в кольцевой зазор, образованный втулкой 6 и внутренней поверх7 6 ностью трубчатой насадки 1, где, сформировавшись в виде ж лкостного кольца, поступает на внутреннюю поверхность трубчатой насадки и стекает по ней в виде жидкостной пленки, По мере достижения установившейся среднерасходной скорости жидкостная пленка по тупает в зазор, образованный внутренней поверхностью трубы и наружной поверхностью ускорителя, где приобретает высокую скорость и уменьшает свою толщину. Далее при выходе из зазора ускорителя 9 газа жидкостная пленка устремляется к своему равновесному состоянию (происходит снижение скорости жидкостной пленки и увеличение ее толщины). При этом происходит интенсивная аэрация жидкостной пленки (жидкостная пленка интенсивно поглощает кислород из воздуха). Проконтактировавшая жидкость с трубчатой насадки 1 стекает в емкость 3.

Параметры установки, на которой реализован способ, следующие: внутренний диаметр трубчатой насадки

27 мм, длина ее 3000 мм, число ускорителей газа равно трем.

Эксперименты проводились на системе воздуховода. Расход жидкости поддерживался равным 1, 5 и /ч, что соответствует Rg„„ = 20000. Расход воздуха поддерживался равным 14 м /ч, что обеспечивает среднерасходную скорость по сечению трубчатой насадке 6 м/с.

Пример 1, Способ аэрации проводился без местного уменьшения толщины жидкостной пленки и увеличения ее среднерасходной скорости при скорости газа1равной 6 м/с, т.е. без установки ускорителей 9 газа, средняя толщина жидкостной пленки ! составила О = 3 мм, а коэффициент массоотдачи < = 7 м/с.

Пример 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 толщины жидкостной пленки позволили сущест1498717

Ю венно (в 1,6 и более раз) увеличить эффективность аэрации.

Пример 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.

Пример 4. Способ аэрации жидкости осуществлялся так же, как в примере 2, но при этом производили увеличение среднерасходной скорости 2р 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 .

Таким образом, согласно полученным экспериментальным данным только увеличение среднерасходной скорости 3р и уменьшение толщины жидкостной пленки в 1,5-3,5 раза приводит к существенному увеличению коэффициентов массообмена (эффективности). Уменьшение толщины жидкостной пленки более, Э чем в 3,5 раза, приводит к срыву и уносу жидкостной пленки с поверхности трубчатой насадки 1, что снижает коэффициент массообмена, Следовательно, наличие неоднократного уменьшения толщины жидкостной пленки и увеличения ее среднерасходной скорости по длине насадки а

1,5-3,5 раза позволяет более, чем в

1,6 раза увеличить эффективность процесса аэрации, чем снижаются энергетические затраты, высота трубчатой насадки и, в конечном итоге, уменьшается себестоимость выпускаемого продукта. формулаизобретения

Способ аэрации жидкости газом, включающим взаимодействие стекающей пленки с газом, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью повышения эффективности аэрации жидкости путем увеличения времени пребывания жидкости и увеличения коэффициентов массообмена, осуществляют кратковременное местное уменьшение толщины жидкостной пленки и одновременное увеличение ее среднерасходной скорости в 1,5-3,5 раза, а по мере достижения установившейся среднерасходной скорости процесс уменьшения толщины и увеличения скорости повторяют не-, однократно, 1498717

ЩИ,2

1б

Составитель Г. Месхи

ТехредЛ.Сердюкова Корректор Н. Король

Редактор Е. Папп

Заказ 4509/16 Тираж 828 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãîðîä, ул. Гагарина,101

У t7+llm Pb

8ОЛУ

15 (Рог.4

Удержобаюа т

СI77ОКОИ