Газожидкостный аппарат

 

Изобретение относится к газожидкостным аппаратам и может быть использовано в пищевой, химической и других отраслях промышленности. Цель изобретения состоит в увеличении производительности аппарата путем интенсификации рециркуляции газа из наджидкостного пространства в жидкую среду. Газожидкостный аппарат (ГЖА) состоит из корпуса 1 с входными и выходными патрубками 2, 3, барботера 8, перемешивающего устройства 11, теплообменника 7 и отражательных перегородок 13. Перегородки установлены на оптимальном расстоянии от стенки корпуса, определяемом соотношением, приведенном в тексте описания. При работе ГЖА у пер городки создаются поверхностные вихри максимальной интенсивности, что увеличивает скорость рециркуляции газа из наджидкостного пространства и повышает производительность ГЖА 3 ил.

ГОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si >s В 01 F 7/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ (21) 4781344/26 (22) 12.01.90 (46) 15.10.92. Бюл. N. 38 (75) Е. А. Боровик (56) Васильцов Э, А., Ушаков В. Г, Аппараты для перемешивания жидких сред, — Л.: Машиностроение, 1979, с. 26. (54) ГАЗОЖИДКОСТНЫЙ АППАРАТ (57) Изобретение относится к газожидкостным аппаратам и может быть использовано в пищевой, химической и других отраслях промышленности. Цель изобретения состоит в увеличении производительности àïïàрата путем интенсификации рециркуляции

„„5U ÄÄ 1768264 А1 газа из наджидкостного пространства в жидкую среду. Газожидкостный аппарат (ГЖА) состоит из корпуса 1 с входными и выходными плтрубками 2, 3, барботера 8, перемешивающего устройства 11, геплообменника 7 и отражательных перегородок 13.

Перегородки установлены на оптимальном расстоянии от стенки корпуса, определяемом соотношением, приведенном в тексте описания. При работе ГЖА у перегородки создаются поверхностные вихри максимальной интенсивности, что увеличивает скорость рециркуляции газа из наджидкостного пространства и повышает производительность ГЖА. 3 ил.

1768264

Изобретение относится к газом<идкостным аппаратам для проведения реакционных и массообменных процессов в системе газ-жидкость и газ — жидкость — твердое тело и может быть использовано в химической, микробиологической, пищевой и других отраслях промышленности.

Известен газожидкостный ап парат, включающий вертикальный цилиндрический корпус с патрубками для ввода исходных жидких веществ и газа, отвода отработанного газа и продуктов реакции, перемешивающее устройство с приводом, барботер газа, теплообменное устройство и отражательные перегородки, установленные на расстоянии от корпуса (прототип).

В этом аппарате газ подае ся B барботер, диспергируется мешалкой и в виде пузырьков поднимается в жидкости и сосредотачивается в наджидкостном пространстве. При вращении мешалки в жидкости создаются окружные потоки жидкости.

Обтекая вертикальные отражательные перегородки, струи жидкости образуют поверхностные вихри, через которые газ из наджидкостного пространства засасывается снова в жидкость, таким образом происходит рециркуляция (возврат) газа из наджидкостного пространства в жидкость, увеличивается газосодер>кание жидкости в аппарате и, таким образом. повышается скорость переноса вещества из газовой фазы в жидкость.

Однако, газожидкостный аппарат имеет недостаток, состоящий в том, что расположение отражательных перегородок относительно корпуса (расстояние их от стенки) не является оптимальным для дости>кения лаксимального количества газа засасывае лого (рециркулируемого) из над>кидкостного пространства в жидкость.

Таким образом, газожидкостный ànïàрат не позволяет достичь значительной скорости рециркуляции газа из наджидкостного пространства и, соответственно, создать высокую скорость переноса вещества из газовой фазы в жидкость, что и определяет основной недостаток газожидкостного аппарата — его недостаточную производительность.

Целью изобретения является повы:.иение производительности газо>кидкостного аппарата путем интенсификации рециркуляции газа из пространства над жидкостью

В жидкость.

Поставленная цель достигается тем, что в известном газожидкостном аппарате, содер>кащем вертикальный цилиндрический корпус с патрубками для ввода исходных жидких веществ и газа. отвода продуктов реакции и отработанного газа, перемешивающее устройство с приводом, барботер газа, теплообменное устройство и отражательные перегородки, установлен5 ные на расстоянии от стенки корпуса, согласно изобретения, отражательные перегородки установлены на расстоянии от корпуса, определяемом соотношением:

D 0,126(D ) 056(0 — 0,077) где а — расстояние отражательной перегородки до стенки корпуса;

D — диаметр корпуса;

15 dM — диаметр мешалки;

S — ширина отражательных перегородок.

Отличительныи ли существенными признаками предложенного технического ре20 шения является:

Отношение расстояния отражательных перегородок к диаметру корпуса составляет — = 0,126(1 — ") — 0,56(— — 0,077), D D D

25 При такой установке отражательных перегородок скорость обтекания жидкостью отра>кательных перегородок достигает максимального значения, следовательно турбулентные завихрения у перегородок имеют

30 максимальную интенсивность и перенос веществ из газа из газо>кидкостного пространства в обьем жидкости наиболее эффективен. Это повышает газосодержание, жидкости, и тем самым увеличивает

35 скорость массопереноса и производительность газо>кидкостного аппарата, Таким образом, существенный отличительный признак сообщает заявленному техническому решению новое качество, 40 обеспечивая интенсивную турбулизацию жидкости у отра>кательных перегородок, что увеличивает интенсивность рециркуляции газа из над>кидкостного пространства в жидкость, повышает газосодержание жид45 кости, увеличивает скорость массопереноса и в конечном и1оге увеличивает производительность газожидкостного аппарата, На фиг. 1 изобоа>кен газожидкостный аппарат, общий вид; на фиг. 2 — разрез А — А

50 на фиг.. 1; на фиг, 3 — график скорости обтекания жидкосгью отра>кательных перегородок VI с их внутренней стоооны в зависимости от относигельного расстояния перегородки от стенки корпуса а/D и отно55 сительной ширины отрам<ательной перегородки S/О.

Газожидкестный аппарат состоит из вертикального цилиндрического корпуса 1 с патрубками 2, 3 для вводa исходной жидко1768264 сти, патрубком 4 для ввода газа, патрубками

5, 6 для отвода продукта и отработанного газа соответствен lo. Внутри корпуса 1 установлены теплообменники 7 и барботер 8, коаксиально корпуса 1 установлен вал 9 с приводом вращательного движения 10. На валу 9 укреплены перемешивающие устройства 11. У стенки корпуса 1 на кронштейнах

12 укреплены отражательные перегородки

13 шириной S, Расстояние а от отражательной перегородки 13 до стенки корпуса 1 определяется зависимостью — = 0,126(1 — — ") — 0,56(— — 0,077), где 0 — диаметр корпуса 1;

dM — диаметр мешалки 11.

Газожидкостной. аппарат работает следующим образом, Корпус 1 через патрубки 2, 3 заполняют исходной жидкостью, подают по патрубку 4 газ и включают привод 10 перемешивающего устройства 11. Перемешивающее устройство 11 диспергирует пузырьки газа и перемешивает содержимое газожидкостного аппарата, создавая тем самым диффузионный поток вещества из газовой фазы в жидкую. Избыточное количество газа, не израсходованное в результате абсорбции или реакции хемосорбции скапливается в наджидкостном пространстве. При вращении перемешивающего устройства 11 в объеме жидкости создаются окружные потоки жидкости, которые, обтекая радиально расположенные перегородки 13, создают поверхностные завихрения, Поверхностные завихрения захватывают газ из наджидкостного пространства и транспортируют его в объем жидкости, осуществляя таким образом рециркуляцию газа и увеличивая его общую подачу в газожидкостной аппарат.

Интенсивность вихреобразования и величина пульсаций скорости у отражательных перегородок 13, которые определяют скорость рециркуляции газа из наджидкостного пространства, линейно зависит от скорости обтекания перегородок жидкостью, B связи с этим рассмотрим движение жидкости у отражательных перегородок 13 (см. фиг. 2).

Используя уравнение неразрываности и равнение Бернулли для потока, движущегося между мешалкой 11 и перегородкой 13 и потока, движущегося между перегородкой

13 и стенкой корпуса 1 запишем;

Ь Р:-- =„,Ы:=-"

=Ч1

2 — S-а) +V a;

Ч1 ь1=Ч2 ь2 (2) (3) где V1 — скорость потока между перегородкой и мешалкой;

Ч2 — скорость потока между перегородкой и корпусом;

5 (1, — коэффициенты сопротивления потоку жидкости, обтекающего перегородку

13 соответственно со скоростью V1 и V2, Коэффициенты сопротивления 1 и -,2 находим из табл, 1 и 2, 10 Скорость набегающего на отражательную перегородку потока Чо находим по зависимости

Ч 0,33 — 011 — 025 05 — К

15 о

0,5 — Квн (4) D/dM + f г з где Квв = У р — сопроZM,,-,з стояния до стенки корпуса —. а

Как видно из графиков, скорость V1 достигает своего максимального значения при строго определенном расстоянии ее от тивление отражательных перегородок; (м — сопротивление мешалки;

ZM — число мешалок; р — коэффициент сопротивления отражательной перегородки 13; при а = 0 ф= 2 при а=0 ф=1,2;

f; — площадь отражательной перегородки13,1 — SH, где Н вЂ” высота перегородки;

r; — средний радиус перегородки, г =

= — — а — —;

2 2

R — радиус аппарата;

Таким образом, уравнения (2 — 4) представляют собой систему из трех уравнений

35 с тремя неизвестными Чо, V1, Ч2, решая которую можно для любого конкретного соотношения геометрических размеров D, dM, S, а найти скорости Vo, V1, Ч2.

Такие вычисления были выполнены для

40 большого массива данных в следующем диапазоне:

02 < <05 0077 < 0218

dM . S

0,77 0,0309;

Этот диапазон практически охватывает все используемые в промышленности газожидкостные аппараты с мешалками емкостью до 100 мз.

50 Н а фиг. 3 представлены резул ьтаты расчета скорости V1для аппарата емкостью

16 M и диаметром D = 2,2 м, диаметром з мешалки dM = 0,85 м и зависимости от отноS

55 сительной ширины перегородки — и ее рас0

1768264 где а — расстояние отражательной перегородки до стенки корпуса;

D — диаметр корпуса, dM — диаметр мешалки;

S — ширина отражательной перегородки.

Таблица 1

Зависимость коэффициента сопротивления 1 для потока жидкости между мешалкой 11 и перегородкой 13 от относительного расстояния ее до мешалки

1 2S 2а

D dM 1 D б. 0 б„

Таблица 2

Зависимость коэффициента сопротивления (2 для потока жидкости между мешалкой 11 и перегородкой 13 от относительного расстояния ее до стенки

2а

0 - бм стенки корпуса, причем это оптимальное расстояние зависит от относительной шириS ны перегородки —.

В результате математической обработки массива рассчетных данных по Ч1 получена аналитическая зависимость (1) для оптимального значения относительного а расстояния перегородки —, при котором

D 10 скорость V а, следовательно, и вихреобразование и рециркуляция газа достигают в газожидкостном аппарате максимального значения, Таким образом, в предложенном газожидкостном аппарате за счет установки отражательных перегородок 13 на оптимальном расстоянии от стенки корпуса аппарата достигается максимальная рециркуляция газа из наджидкостного простран- 20 ства в жидкость, что увеличивает газосодержание а, следовательно, и скорость массопереноса, В результате повышается производительность газожидкостного аппарата. 25

Содержимое газожидкостного аппарата термостатируется подачей хладоагента или теплоносителя в теплообменник 7, Газожидкостной аппарат может работать как в периодическом, так и в непрерывном режиме, Таким образом, положительный эффект от использования предложенного газожидкостного аппарата достигается за счет оптимального расположения отражательных перегородок в аппарате, при котором скорость обтекания их жидкостью максимальна, а, следовательно, максимальна рециркуляция газа в жидкую фазу.

Преимущество предложенного технического решения по сравнению с прототипом состоит в том, что оно позволяет за счет интенсификации рециркуляции газа повысить газосодержание жидкости в аппарате, скорость переноса вещества из газовой фазы в жидкую и в конечном итоге производительность аппарата, Формула изобретения

Газожидкостный аппарат, содержащий вертикальнblé цилиндрический корпус с патрубками для ввода исходных жидких веществ и газа, отвода продуктов реакции и отработанного газа, перемешивающее устройство с приводом вращения, барботер газа, теплообменное устройство и отражательные перегородки, установленные на расстоянии от стенки корпуса, о т л и ч а ю ш. и и с я тем, что с целью повышения производительности путем интенсификации рециркуляции газа из пространства над жидкостью в жидкость, расстояние от стенки корпуса до отражательных перегородок определяется выражением — = 0,126(1 — — ) — 0,56(— — 0,077), D D D

1768264

0О a/ä

Редактор В.Фельдман

Заказ 3603 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

yr У/С

Составитель Е. Боровик

Техред М Моргентал Корректор Н. Милюкова

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