Способ проведения массообменных и реакционных процессов

 

Изобретение относится к процессам химической технологии и может найти применение в химической, микробиологической и смежных с ними отраслях промышленности . Цель изобретения - повышение эффективности массообменных и реакционных процессов путем организации осцилляционных течений в жидких пленках. Способ предусматривает взаимодействие газовой и жидкой фаз с переводом их в пену, в которой размещают дополнительные электроды и прикладывают переменное электрическое напряжение синусоидальной формы с частотой в диапазоне 50-25000 Гц при напряженности электрического поля меньше напряженности пробоя для данной газожидкостной системы, но не более 600 В/см. I з. п. ф-лы, I табл. С КЛ

СОЮЗ СОВЕТСКИ)

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 5

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (2I) 4454732/26 (22) 04.07,88 (46) 15.02.91. Бюл. N 6 (7I) Московский институт химического машии н острое н и я (72) М. М. Измайлов, Д. А. Казенин, А. М. Кутепов и И. А. Цаблинова (53) 66.015.23 (088.8) (56) Задорский В. М, Интенсификация гаюжидкостных процессов в химической технологии. К.: Техника, 1979, с. 78 — 93.

Мухленов И. П., Тарат 3. Я. Пенный режим и пенные аппараты. Л.: Химия, 1977, с. 186 — 198.

Изобретение относится к процессам химической технологии и может найти применение в химической, микробиологической и смежных с ними отраслях промышленности при проведении массообменных и реакционных процессов.

Цель изобретения — повышение эффективности массообменных и реакционных процессов путем организации осцнлляционных гечений в жидких пленках.

Способ осуществляют следующим образом.

Газовую и жидкую фазу переводят в си< тему с пенной структурой. Способ перевода газа и жидкости в пену может быть различным: эжектировэнне смеси, барботаж жидкости газом, противоточная подача фаз

„„SU„„1627206 А 1

154) СПОСОБ ПРОВЕДЕНИЯ МАССООБMEHKblX И РЕАКЦИОННЫХ ПРОЦЕС СОВ (57) Изобретение относится к процессам химической технологии и может найти приМенение в химической, микробиологической и смежных с ними отраслях промышленности. Цель изобретения — повышение эффективности массообменных и реакционных процессов путем организации осцилляционных течений в жидких пленках.

Способ предусматривает взаимодействие газовой и жидкой фаэ с переводом их в пену. в которой размещают дополнительные электроды и прикладывают переменное электрическое напряжение синчсоидальной формы с частотой в диапазоне 50 — 25000 Гц при напряженности электрического поля меньше напряженности пробоя для данной газожидкостной системы, но не более 600 В/см.

I з. п. ф-лы, I табл. на массообменную тарелку — сверху жидкость, а снизу гаэ. Для улучшения вспенивания в жидкость можно добавлять поверхностно-активные вещества, такие как сульфонол. олеат натрия и другие, в зависимости от технологического процесса.

С целью использования общепромышленного напряжения в пределах 380 В пену разделяют разноименными электродами на отдельные участки. Через пену пропускают переменный электрический ток с частотой в и редела х 50 — 25000 Гц, в результате чего в тонких жидких пленках возникают электрокинетические осцилляционные течения. Неоднородное электрическое поле. создаваемое переменным электрическим полем, усиливает действие электрокинетических яв1627206

70 лений, приводящих к турбулизации жидкости внутри пленок и колебательным процессам пленок в целом. Указанные явления приводят к резкому увеличению количества молекул жидкости, контактирующих с молекулами газа, что ведет к ускорению протекания массообменных и реакционных процессов между молекулами жидкости и газа, а резонансные колебания пленок жидкости способствуют увеличению коэффициента массообмена не только за счет обновления верхних молекулярных слоев в тонких жидких пленках, но и за счет создания при этом конвективных потоков в газовых пузырьках, приводящих к поступлению новых молекул газа в зону контакта с жидкими пленками.

Использование переменного напряжения синусоидальной формы позволяет при меньших энергозатрата х сообщить элемента м газожндкостной системы в виде пены колебания с большой амплитудой, так как переход турбулизационных вихрей от мелкомасштабных течений к макромасштабным более эффективен при использовании внешних воздействий (в да ином случае переменного электрического поля) при монотонном изменении сильь и амплитуды внешних воздействий, тем более что эти воздействия имеют знакопеременный характер отдельных ими ул ьсов.

Методика осуществления способа заключалась в следующем.

Исследовали поглощение двуокиси углерода в водном растворе пенообразователя типа ПΠ— ЗА. Прн барботаже газа (двуокиси углерода) через слой раствора пенообразователя в пеногенератре получалась пена, которая по пенопроводу поступала в исследуемую ячейку, в которой она подвергалась воздействию электрических импульсов. После исследуемои ячейки пена скапливалась в сборной емкости. В ходе экспериментов изучали степень абсорбции газа жидкостью при различных значениях электрических параметров. Для этого жидкость, скопившуюся в сборной емкости за определенный промежуток времени, отбирали пробоотборником и подвергали исследованию на газовом хроматографе.

Пример 1. Длительность проведения эксперимента 500 с, расход пены 24 7Х

X10" м /с, кратность пены 72, напряжение на электродах отсутствует. Через 500 с после начала эксперимента из сборной емкости отбирают пробу жидкости объемом 0,0001 л и исследуют на хроматографе. Количество газа, абсорбированное жидкостью в ходе эксперимента без электрического воздействия, условно принимается за единицу.

Пример 2. Гидродинамические условия проведения эксперимента те же, что и в примере 1. Пена в исследуемой ячейке подвергается воздействию- электрических импульс сов. Напряженность на электродах 300 В/см, 25

55 пробой отсутствует (для данной газо-жидкостной системы он происходит при напряженности свыше 10000 В/см), плотность тока 8,1 ° 10" А/см, частота переменного тока 50 Гц. Через 500 с после начала эксперимента отобрана проба жидкости объемом

0,0001 л. Хроматографический анализ показал, что произошло увеличение коэффициента массоотдачи при наличии электрического воздействия (К ) по сравнению с коэффициентом массоотдачи при отсутствии электрического воздействия (К ) в 2,6 раза.

В ходе последующих экспериментов определяли соотношение коэффициентов массопередачи при наличии электрического воздействия и без него для различных значений параметров электрического воздействия напряженности и частоты переменного тока.

Результаты всех экспериментов представлены в таблице.

Как видно из таблицы, воздействие на пену переменным электрическим током позволяет повысить эффективность процесса массопередачи на всем диапазоне исследуемых частот от 0 до 200000 Гц. При этом наблюдается резкий скачок эффективности процесса при частотах порядка 500—

10000 Гц, которые являются оптимальными для ведения процесса. Из всего диапазона частот можно выделить частоты в интервале от 50 до 25000 Гц. Использование частоты воздействия менее 50 Гц нецелесообразно, так как это потребует применения специальной аппаратуры, в то же время при частотах менее 50 Гц эффективность процесса резко снижается

При частотах 25000 Гц и выше эффективность стабилизируется и остается практически на постоянном уровне (несколько снижается), Таким образом, при частотах около 25000 Гц происходит переход от резкого изменения эффективности процесса (при меньших частотах) к практически постоянной эффективности (при больших частотах), поэтому использование частот свыше

25000 Гц нецелесообразно. т.к. во-первых, не ведет к значительному изменению эффективности процесса, во-вторых, связано с трудностями технического и экономического характера, вызванными необходимостью использования специальной аппаратуры. В связи с этим можно указать наиболее предпочтительный диапазон использования частот 50 — 25000 Гц.

Необходимым условием для создания электрокинетических потоков и, следовательно, осцилляционных течений является наличие электродов разной полярности.

Выбор диапазона напряженности электрического поля обусловлен таким образом, чтобы исключить электрический пробой между электродами, который может сопровождаться изменением физико-химических свойств среды и нарушением пенной структуры. Все это может привести к резко1627206

Формула изобретения

Напряженность, В/см

Ьтноа>ение К=К /К при различных значениях частоты переменного тока, Гц

Серия опытов

По предложен- 1 ному способу 2

4

По прототипу 5

30000

1 1 1 1 1 1 l

1,8 5>2 10,1 22,5 6,1 5,8 5,3

2,3 6,5 13,7 28,4 7>9 7,3 6,8

2,5 6,5 13,5 26,1 7,9 7,2 6,8

Электрический пробой приводнт к резкому химических свойств среды, недопустимому

1 1

5,3 5, 1

6 7 6,6

6,5 6,3 изменению физикопо технологии

Состави гель С. Баранов

Редактор М Питкина Техред А. Кравчук Корректор Л Бескид

За ка з 299 Тираж 425 Подписное

ВНИИГ1И Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

l! 3035, Москва, )К вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Гlроизводственио-издательский комбинат «Патент>, г. Ужгород, уя. Гагарина, 1О! му снижению эффективности процесса. Использование напряженности свыше 600 В/см ведет к возникновению электрического пробоя, что ведет к резкому изменению физико-химических свойств, нарушению пенной структуры, снижению качества продукта, поэтому недопустимо по технологии. Таким образом, напряженность электрического поля должна быть меньше напряженности пробоя для данной газожидкостной среды, но не более 600 В/см.

Технико-экономическая эффективность указанного способа проведения массообменных и реакционных процессов обусловлена тем, что эффективность процесса массопередачи при этих процессах повышается в несколько десятков раз по сравнению с прототипом. Это позволяет существенно сократить время контакта фаз (и, следовательно, энергозатраты) с одновременным улучшением его качества, Кроме того, использование низкого напряжения приведет к улучшению условий труда и техники безопасности. так как отпадет необходимость использования высоковольтной аппаратуры (что также ведет к снижению себестоимости продукта).

l. Способ проведения массообменных и реакционных процессов, включающий взаимодействие газовой и жидкой фаз с переводом их в пену, в которой расположен один из электродов, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процессов путем органиэации осцилляционных течений в жидких пленках, в пене размещают дополнительные электроды и прикладывают переменное электрическое напряжение с частотой в диапазоне 50 — 25000 Гц при напряженности электрического поля меньше напряженности пробоя для данной гаэожидкостной системы, но не более

600 В/см.

20 2. Способ по и. ), отличающийся тем, что используют переменное электрическое напряжение синусоидальной формы.