Массообменный аппарат

 

Область использования: изобретение относится к области химического машиностроения и позволяет повысить производительность из-за увеличения времени контакта сред и обеспечить расширение использования аппарата. Сущность изобретения: массообменный аппарат содержит вертикально установленный корпус с патрубками подачи и отвода сред, насадку, установленную на оси корпуса, и барботер, расположенный под насадкой. Насадка выполнена из двух усеченных конусов, меньшие основания которых соединены с противоположными торцами цилиндра, в котором по периметру выполнены два ряда отверстий, расположенных в шахматном порядке , насадка снабжена расположенными на оси и внутри насадки усеченным конусом , меньшее основание которого обращено вверх и расположено по высоте между рядами отверстий, при этом все отверстия верхнего ряда ориентированы по радиусу, а нижнего - под одним углом к радиусу. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК(19) (11) (я)э В 01 DÇ/26,3/30ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4857128/26 (22) 06.08.90 (46) 23.12.92. Бюл. ¹ 47 (71) Институт проблем механики АН СССР (72) С.С.Новиков. Н:).В.Мартынов, И.Б.Светличный, В.Ф.Марков и Н.П.Шипанов (56) 1. Брагинский Л.Н. и др. Перемешиванйе в жидких средах, Л., Химия, 1984, стр.

323-324, рис. 14.3а

2. То же, стр. 323 — 324, рис. 14.3г (прототип). (54) МАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ (57) Область использования: изобретение относится к области химического машиностроения и позволяет повысить производительность из-за увеличения времени контакта сред и обеспечить расширение исТехническое решение относится к области химического машиностроения.

Целью заявленного технического решения является повышение производительности и области-использований аппарата.

На черт, представлен продольный разрез общего вида а и и а рата.

Аппарат содержит вертикально установленный корпус 1 с патрубками 2, 3 подвода среды и патрубками 4, 5 отвода среды, трубопровод 6, цилиндрическую насадку 7, под которой установлен барботер 8. Патрубок 2 соединен с помощью трубопровода 6 с барботером 8. Насадка 7 состоит из усеченного конуса 9. обращенного большим основанием вниз, цилиндра 10 и усеченного конуса 11. обращенного большим основанием вверх. В цилиндре 10 выполнены отверстия в. два ряда по периме1ру цилиндра на пользования аппарата. Сущность изобретения: массообменный аппарат содержит вертикально установлеííый корпус с патрубками подачи и отвода сред, насадку, установленную на оси корпуса, и барботер, расположенный под насадкой. Насадка выполнена из двух усеченных конусов, меньшие основания которых соединены с противоположными торцами цилиндра, в котором по периметру выполнены два ряда отверстий, расположенных в шахматном порядке, насадка снабжена расположенными на оси и внутри насадки усеченным конусом, меньшее основание которого обращено вверх и расположено по высоте между рядами отверстий, при этом все отверстия верхнего ряда ориентированы по радиусу, а нижнего- под одним углом к радиусу. 1 ил. равном расстоянии одно от другого в ряду.

Отверстия 12 выполнены в шахматном порядке. На оси насадки 7 внутри нее установлен полый усеченный конус 13, меньшее основание которого обращено вверх и расположено по высоте между рядами отверстий 12. Все отверстия 12 нижнего ряда ЬЭ выполнены под одинаковым углом к радиу-,,0 су, а отверстия 12 верхнего ряда ориенти- )с рованы радиально. и

Аппарат работает опедующим образом, Жидкая фаза и газовая фаза подаются через патрубки 3, 2. Газ из патрубка 2 через трубопровод 6 подается в барботер 8, а из него в виде пузырьков в насадку 7. Пузырьки поднимаются вверх в насадке 7, при этом просиходит массообмен между пузырьком и жидкой средой. Одновременно с массообменом, происходит образование

1782621 пенного продукта (например, если в жидкости содержатся органические вещества, ПА Вы). При подъеме пузырьков образуется восходящий поток среды (эрлифт). По мере подъема среды происходит процесс нарастания массы пены, которая уже на входе в цилиндр 10 занимает значительную часть объема среды. При этом скорость массообмена между жидкой и газовой фазами резко снижается. Пузырьки коалесцируют между собой и размер их увеличивается, что также снижает скорость массообмена. Часть пенного продукта попадает в внутрь конуса 13 и движется с ускорением вверх внутри ко-: нуса 13. Так как насадка 7 состоит из сужа ющегося и расширяющегося участков, то из-за эжекции в отверстия 12 будет всасываться жидкая фаза, находящаяся вне насадки 7. Жидкость через отверстия 12 нижнего ряда попадает на внешнюю поверхность усеченного конуса 13 и движется спиралевидно вдоль нее (так как отверстия нижнего ряда ориентировань| под углом к радиусу, то струи будут. подходить к внешней поверхности конуса 13 тангенциально), Пена данным спиралевидным потоком будет оттесняться к внутренней стенке насадки 7, а осевой обеим будет заполняться поступающей жидкость из нижнего ряда отверстий. Жидкость, выходящая из отверстий 12 верхнего ряда движется радиально к центру (отверстия ориентированы радиально), где происходит столкновение струй, Таким образом, над верхним основанием усеченного конуса 13 образуется область сталкивающихся струй с высокими сдвиговыми напряжениями, турбулентные пульсации в этой области раз 5 — 8 превосходят турбулентные пульсации в остальном объеме. Над усеченным конусом 13 образуется область, заполненная сплошным потоком жидкости, поступающей из отверстий 12 (верхнего ряда). Среда из усеченного конуса

13 устремляется в облэсть сталкивающихся струй, где происходит дробление газовых пузырьков, разрушение пенного продукта.

Большая часть пенного продукта обходит область столкновения струй; попадает на перифериюдэнной области, гле наблюдается спиралевидное течение жидкости сошедшей с верхней кромки (верхнего основания) усеченного конуса 13. Пенный продукт спиралевидным потоком будет сносится к внутренней стенке насадки 7.

В предложенном аппарате массообменный процесс протекает в три этапа, На первом этапе происходит интенсивный мас.сообмен между жидкой и газовой фазами во

Ф о р мул а из о б р ете н и я

Мэссообменный аппарат, содержащий вертикально установленный корпус с патрубками подачи и отвода сред, насадок, установленный по оси корпуса, и барботер, расположенный под ним, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения производительности и расширения области использования аппартат, насадок выполнен из двух усеченных конусов, меньшие основания которых соединены с противоположными торцами цилиндра, в котором по периметру выполнены отверстия, и снабжен направляющим усеченным конусом. большее основание которого ориентировано вниз, а конус установлен на внутренней стороне насадка, насадок имеет дополнительный ряд отверстий, расположенных по отношению к основному в шахматном порядке, при этом все отверстия верхнего ряда расположены по радиусу, а нижнего — под углом к радиусу-, при этом меньшее основание направляющего конуса расположено по высоте между рядами отверстий. время их подъема в насадке, На втором этапе происходит подача "свежей" .жидкости через отверстия 12, которая заполняет всю центральную часть насадки 7. В этой

5 области также происходит дробление пузырьков и сепарация пенного продукта в пристеночную область насадки. На третьем этапе происходит снова интенсивный процесс массобмена (в конусе.11), Газовая

10 фаза выходит из насадки 7 и отводится через патрубок 4, а жидкая фаза переливается через край насадки, опускается вниз аппарата и снова засасывается внутрь насадки.

При этом образуется циркуляционное тече15 ние в аппарате. Часть жидкой среды выводится из аппарата через патрубок 5, Для определения эффективности предложенного аппарата были проведены . сравнительные эксперименты на лабора20 торной модели объемом 0,1 м . В качестве рабочей среды использовалась вода и СОг.

Расход и концентрация СО2 подавалась одинаковая во всех опытах. Эксперименты показалй, что концентрация СО2 в отходя25 щих газах была в предложенном аппарате на 20-25 j(, меньше, чем в аппарате-прототипе (с цилиндрической насадкой). То есть скорость массообменных процессов в предложенном аппарате была на 20-25 выше

30 и следовательно производительность заявленного аппарата можно увеличить на 20257; без изменения качественных показателей.

1782621

Составитель С.Новиков

Техред М.Моргентал Корректор M,Øàðoøè

Редактор

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

Заказ 4472 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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