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

 

Изобретение относится к химической технологии, а именно к технологии экстракционной очистки и разделения металлов. Цель изобретения - интенсификация массообмена и уменьшение взаимного уноса фаз Способ проведения массообмена заключается в попеременной подаче водного и органического раствора в колонну с инертной зернистой насадкой с удельной поверхностью 102-104 м2/м3 и последующее разделение 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 (вызод) легкой фазы находится выше свободного среза патрубков, а ввод (вывод) тяжелой фазы - ниже свободного среза патрубков. 2 с п. ф-лы, 3 ил..З табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1620111 А1 (si>s В 01 Р 3/32

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ апг г< 1с х ж го pm

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4621455/26 (22) 1 6, 12,88 (46) 15.01,91. Бюл. ¹ 2 (71) Институт прикладной физики АН МССР (72) M.Ê, Болога, Ф.M. Сажин, О;В, Моторин и Е.П. Максимук (53) 66.015.23(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 971392, .кл, .В 01 D 3/32, 1982.

Авторское свидетельство. СССР

¹ 319318, кл. В 01 0 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 массообмена 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 противоточного 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 разделе2 4 2 3 ние 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, состоя.:eh 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 ил..З табл. кости в автоколебательном режиме движения дисперсной фазы, а в зонах формирования жидкодисперсных потоков на дисперсную фазу воздействуют переменным электрическим полем с частотой где f — частота изменения индукции переменноГО поля, Гц, апг — коэффициент температуропроводности или диффузии в парогазовой смеси, м /c;

ro — среднее значение радиуса пузырьков жидкодисперсного потока в отсутствии поля, м;

1620111

20

30

40

50

55 х — эффективный показатель политропы парогазовой смеси (1 х 1,4);

P — давление жидкости, Па; р — плотность жидкости, кг/м; з.

k — коэффициент пропорциональности, определяемый из эксперимента (10 < k< 12), Пример. Проверку предлагаемого способа осуществляют на одной ступени колонны, представленной на фиг, 1. В качестве основной используют систему фреон-113-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 парогазбвой смеси.

Расчет частоты индукции поля по крайним формулам неравенства (1) составляет для данного примера (табл. 3) 26 (f 10 Гц.

Из табл. 3 видно, что при резонансном значении (10 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, П М С-5-воздух, ге ксан-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 р источника питания. На обкладках конденсаторов с помощью диэлектрических вставок 6 закреплены высоковольтные игольчатые электроды 7 с вершинами, расположенными на уровне верхнего среза сливных стаканов

8, подключенные к клемме а стационарного потенциала р < источника питания. Внутри в корпусе колонны закреплены противоэлектроды 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 газодисперсные13 потоки, причем осаждение дисперсной фазы на противоэлектроды 9 ведет 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 движения между обкладками конденсатора 3 и 4 пузырьки пара подвергаются воздействию переменного электрического поля заданной частоты. B результате этого воздействия диаметр пузырьков становится меньше, чем в отсутствии поля и они колеблются, изменяя свою форму.

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 поле переменное, то воздействием на эти заряды

Оно вызывает радиальные колебания пузырьков. В отличие от колебаний пузырьков в 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, 1620111

Интенсификация тепломассообмена происходит в сущности при любой частоте поля, но наиболее целесообразно использование переменных полей с частотами в диапазоне а« ж (f (— го рж что объясняется следующим образом. Для эффективного тепломассообмена необходимо, чтобы температурный и диффузионный пограничные слои вокруг пузырька имели малую толщину, что и выполняется а« при частотах f > . Верхняя граница

2 го диапазона частот определяется собственной частотой механических колебаний пу—

1< х ж зырька и равна f> = — . При совго падении 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 k 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 мас5 сообмена за счет увеличения межфазной поверхности, в зонах формирования газодисперсных потоков проводят дополнительноее электростатическое диспергирование жидкости в автоколебательном режиме

10 движения дисперсной фазы, а в зонах формирования жидкодисперсных потоков на дисперсную фазу воздействуют переменным электрическим полем с частотой

15 апг k x ж . 2 го рж го

20 где f — частота изменения индукции переменного поля, Гц; ૠ— коэффициент температуропровод-ности или диффузии в парогазовой смеси. м /c;

lo — среднее значение радиуса пузырьков жидкодисперсного потока в отсутствии поля, м;

k — коэффициент пропорциональности, определяемый из эксперимента (10< k 12); .: - эффективный показатель политропы парогазовой смеси (1 х = 1,4);

Рж — давление жидкости, Ра; р„- плотность жидкости, кгlм, з

2. Устройство для взаимодействия парогазовой смеси с высокоомной жидкостью, выполненное в виде противоточной газожидкостной колонны с барботажными тарелками и системой электродов, подключенных к источнику питания, со сливным стаканом, о тл и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью интенсификации тепло- и массообмена за счет увеличения межфазной поверхности, система электродов выполнена в виде

4, многосекционных плоскопараллельных кон45 денсаторов 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

55 электродам, 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 — воздух

Таблица 2

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-воздух

П р и м е ч а н и е. В табл,1 и 2 в верхних строках указана интенсивность тепло-и массообмена для газодисперсного,а в нижних — для жидкодисперсного потока.

Таблица 3

Влияние частоты переменного поля на интенсивность-тепло — и массообмена в жидкодисперсном потоке при напряженности поля 25 кВ/см скорости газа 0,1 м/с для системы фреон †113 †во

1620111!

8

1620111

b-b

Составитель А,Сондор

Техред М,Моргентал Корректор С.Шевкун

Редактор С.Лисина

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

Заказ 4203 Тираж П одписн ое

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035,!москва,Ж-35, Раушская наб.; 4/5