Кавитационный газожидкостный реактор

 

Использование: осуществление массообменных процессов в системе жидкость-газ в пищевой, химической промышленности. Сущность изобретения: кавитационный газожидкостной реактор содержит цилиндрический корпус, в котором радиально размещены чередующиеся полые и цельные кавитаторы. Полые кавитаторы имеют отверстия со стороны патрубка отвода среды. Из-за перепада давления в газовых и кавитационных кавернах прослойки жидкой фазы между ними насыщаются газообразным компонентом, что приводит к усилению процесса массообмена, уже начиная с границы каверны. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГО(ПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (Л

С 4

О

О

В

Ы () (л) (21) 4936833/26 (22) 16,05,91 (46) 23,01.93. Бюл. ¹ 3 (75) О.В, Козюк и А.А. Литвиненко (73) О,В. Козюк (56) Авторское свидетельство СССР

¹1287928,,кл. В 01 F 5/00, 1987. (54) КАВИТАЦИОННЫЙ ГАЗОЖИДКОСТНОЙ РЕАКТОР (57) Использование: осуществление массообменных процессов в системе жидкость-газ в пищевой, химической

Изобретение относится к устройствам для осуществления массообменных процессов в системе жидкость-газ и может быть использовано в пищевой, химической промышленностисти.

Наиболее близким к изобретению является кавитационный смеситель, содержащий цилиндрический корпус с возможностью подвода и отвода обрабатываемой среды, внутри которого радиально размещены кавитаторы, закрепленные на внутренней поверхности корпуса.

Недостаток указанного устройства заключается в недостаточной эффективности массообменных процессов в обрабатываемой среде, Целью изобретения является интенсификация процесса массообмена в системе жидкость-газ, Поставленная цель достигается тем, что кавитационный газожидкостной реактор, содержащий цилиндрический корпус с патрубками подвода и отвода обрабатываемой среды, в котором радиально размещены закрепленные на внутренней поверхности

„„ЯЦ „„1790437 А3 (я)5 В 01 F 5/00, В 01 J 19/00 промышленности, Сущность изобретения: кавитационный газожидкостной реактор содержит цилиндрический корпус, в котором радиально размещены чередующиеся полые и цельные кавитаторы, Полые кавитаторы имеют отверстия со стороны патрубка отвода среды. Из-за перепада давления в газовых и кавитационных кавернах прослойки жидкой фазы между ними насыщаются газообразным компонентом, что приводит к усилению процесса массообмена, уже начиная с границы каверны. 2 ил. корпуса кавитаторы, снабжен установленным на наружной поверхности корпуса и связанным с источником газообразного компонента коллектором, внутренняя полость которого соединена с внутренней полостью корпуса посредством полых кавитаторов, имеющих отверстия со стороны патрубка отвода обрабатываемой среды, причем полые кавитаторы установлены между цельными кавитаторами, В предлагаемом реакторе поток обрабатываемой среды через патрубок подвода поступает в цилиндрический корпус и натекает на радиально размещенные закрепленные на его внутренней поверхности кавитаторы. При этом за каждым кавитатором образуется присоединенная каверна.

Часть кавитаторов выполнена полыми, сообщающимися с внутренней полостью корпуса и внутренней полостью установленного на его наружной поверхности коллектора, связанного с источником газообразного компонента, а часть кавитаторов— цельнотелыми. Поэтому образующиеся за ними каверны различны по характеру L

1790437 мена на границе газовый пузырек — жидкость также оказывает влияние широкий спектр акустических колебаний, образующихся при схлопывании паровых кавитационных пузырьков, а также пульсации кавитационных каверн, которые интенсифицируют дробление более длинных газовых каверн, увеличивая количество газовых пузырьков. При этом равномерному распределению газовых и кавитационных каверн в корпусе реактора способствует предложенное размещение кавитаторов — между каждой парой полых кавитаторов установлены дополнительные цельные кавитаторы. Таким образом обесгечивается вовлечение в

55 строению. При обтекании полых кавитаторов, за ними возникают вакуумные каверны, в полость которых через отверстия в кавитаторе из коллектора, связанного с источником газообразного компонента, за счет всасывания (или принудительно) подается газ. Газовые каверны в хвостовой части пульслруат;::генерируя поле газовых пузырьков размером 50 — 300 мкм, создавая этим развитую поверхность контакта фаз для эффективного проведения реакций массообмена. При обтекании цельных кавитаторов за ними возникают вакуумные кавитационные каверны, образующие при распаде голе паровых кавитационных микропузырьков, насыщающих обрабатываемую среду по всему сечению корпуса реактора. Таким образом в корпусе реактора создается нестационаоное поле паровых л газовых пузырьков в потоке обрабатывае- 20 мой среды. При этом паровые кавитационные пузырьки, в отличие от газовых, имеют большую склонность к схлопыванию в зоне повышенного давления и при их схлопыванил возникают высокие локальные давления (до 1000 МПа), оказывающие диспергирующее воздействие на распределенные в объеме обрабатываемой среды газовые пузырьки, При этом газовые пузырьки интенсивно дробятся. деформируются, сжимаются, начинают пульсировать, тем самым увеличивается удельная поверхность контакта фаз и разрушаются диффузионные слои на поверхности их раздела, интенсифицируется циркуляция газа в объеме пузырька. Благодаря этому ускоряется протекание реакции массообмена в системе газ-жидкость. Возникающие также при схлопывании паровых кавитационных пузырьков поличастотные волны давления 40 оказывают интенсивное перемешивающее воздействие на обрабатываемую среду, разрушая диффузионные пограничные слои жидкости, и перераспределяют ее в корпусе реактора. На протекание процесса массообреакцию массообмена практически всего объема газообразного компонента, Кроме того, из-за перепада давления в газовых и кавитационных присоединенных кавернах, прослойки жидкой фазы обрабатываемой среды насыщаются газообразным компонентом, что приводит к существенному усилению процесса массообмена в системе газ-жидкость, начиная уже с гранлцы каверны.

Следовательно, образование поля газовых пузырьков и паровых кавитационных пузырьков, оказывающих при схлопывании диспергирующее воздействие на газовые пузырьки, пульсации вакуумных присоединенных каверн, интенсивно дробящих более длинные газовые каверны, увеличивая количество газовых пузырьков, и усиление процесса массообмена, начиная уже с границы каверны, а также акустические колебания от схлопывания паровых кавитационных пузырьков и поличастотные волны давления — в совокупном воздействии на обрабатываемую среду позволяют значител ьно инте нсифи ци ровать массообменные реакции в системе жидкость-газ

Обработанная среда выводится из корпуса через патрубок отвода.

Подача газа в вакуумную каверну в зависимости от условий процесса осуществл яется непрерывно, либо дозированно.

На фиг. 1 изображен продольный разрез реактора; на фиг, 2 — вид со стороны патрубка отвода обрабатываемой среды.

Кавитационный газожидкостной реактор состоит из цилиндрического корпуса 1 с патрубками подвода 2 и отвода 3 обрабатываемой среды. В корпусе 1 ради льна размещены закрепленные на его внутренней поверхности и, например, на оси 4 кавита:opbi 6-13. На наружной поверхности корпуса 1 установлен коллектор 5, связанный с источником газообразного компонента.

Внутренняя полость коллектора 5 связана с полыми кавитаторами, например, 6--9; имеющими отверстия со стороны патрубка отвода обрабатываемой среды 3. Между каждой парой полых кавитаторов, например

6 и 7, 7 и 8, 8 и 9, 9 и 6, установлены дополнительные цельные кавитаторы, например, 10 — 13, Для подвода и дозиоования газообразного компонента служит устройство 14.

Кавитационный газожидкостной реактор работает следующим образом. Обрабатываемая среда через патрубок 2 поступает в корпус 1 реактора с размещенными в ней радиально закрепленными на внутренней поверхности корпуса 1 и, например, на оси

1790437

55

4 кавитаторами 6-13. Так как часть кавитаторов, например, 6 — Q выполненная полыми, имеет отверстия со стороны патрубка отвода обрабатываемых компонентов 3 и сообщается с внутренней полостью коллектора

5, установленного на наружной поверхности корпуса 1 и связанного с источником газообразного компонента, а часть — цельными, например, 10 — 13, размещенными между каждой парой полых кавитаторов, при обтекании потоком обрабатываемой среды за ними генерируются вакуумные присоединенные каверны соответственно газовые и кавитационные, различные по форме и строению. Газовые каверны пульсируют в хвостовой части, образуя поле газовых пузырьков с размерами 50 — 300 мкм и развитой поверхностью контакта фаз в системе газ-жидкость. Пульсирующие кавитационные каверны образуют при распаде паровые кавитационные пузырьки, интенсивно насыщающие обрабатываемую среду по всему обьему корпуса 1, Предложенное размещение кавитаторов 6 — 13 способствует равномерному распределению газовых и кавитационных каверн в корпусе ", реактора, Из-за перепада давлений в присоединенных газовых и кавитационных кавернах, прослойки жидкой фазы между ними интенсивно насыщаются газообразным компонентом и реакция массообмена в системе газ-жидкость начинается уже с границы каверны. Таким образом в корпусе 1 реактора образуется трехфазный поток, включающий распределенные в обрабатываемой среде

Формула изобретения

Кавитационный газожидкостной реактор, содержащий цилиндрический корпус с патрубками подвода и отвода обрабатываемой среды, в котором радиально размещены закрепленные на внутренней поверхности корпуса цельные кавитаторы. о т л и ч э ю шийся тем, что, с целью интенсификации процесса массообмена в газовые пузырьки и паровые кавитационные пузырьки, при схлопывании которых возникающие высокие локальные давления (до 1000 МПа) оказывают эффективное дис5 пергирующее воздействие нэ газовые пузырьки, Газовые пузырьки при этом дробятся, деформируются, сжимаются, начинают пульсировать. Удельная поверхность контакта фаз существенно

10 возоастает, диффузионные пограничные слои на поверхности их раздела разрушаются, интенсифицируется циркуляция газа в объеме пузырька и таким образом ускоряются реакции массообмена. На протекание

15 реакции массообмена на границе раздела фаз "газовый пузырек-жидкость" воздействуеттакже широкий спектр акустических колебаний, возникающих при схлопывании паровых кавитационных пузырьков, и пуль20 сации вакуумных кавитационных каверн, интенсифицирующих дробление более длинных газовых каверн, увеличивая количество .газовых пузырьков и обеспечивая вовлечение в реакцию массообмена прак25 тически всего объема газообразного компонента. Возникающие при этом поличастотные волны давлений оказывают интенсивное перемешивающее воздействие на обрабатываемую среду, разрушают

30 диффузионные пограничные слои жидкости, перераспределяют компоненты среды в корпусе 1 реактора. Обработанный поток отводится через патрубок 3. Для подвода и дозирования газообразного компонента

35 служит устройство 14. системе жидкость-газ, он снабжен полыми кавитаторами и установленным на наружной поверхности корпуса, связанным с источником газообразного компонента

45 коллектором, полость которого соединена с полостью корпуса посредством полых кавитаторов, при этом последние имеют отверстия со стороны патрубка отвода обрабатываемой среды и установлены меж50 ду цельными кавитаторами.

1790437

Составитель О.Козюк

Редактор И.Мельникова Техред М.Моргентал Корректор И, Шмакова

Заказ 358 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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