Кавитационный реактор

 

Сущность изобретения: кавитационный реактор содержит проточную камеру с установленным в ней кавитирующйм элементом с патрубком подвода газа/диффузор, дополнительную проточную камеру с дополнительным кавитирующйм элёмёнтЪм; перфорированного диска, и дополнительный диффузор. Дополнительная протонная камера установлена за основным диффузором и площадь его выходного сечения совпадает с площадью проходного сечения дополнительной проточной камеры. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з С 02 F 1/78

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

1 (21) 4933495/26 (22) 05.05,91 (46) 23.01.93. Бюл. М 3 (75) О.В.Козюк, В.Ф,Боев, В,B.Áåðåçèí и

А.А.Литвиненко (76) О.В.Козюк (56) Авторское свидетельство СССР М

1125041, кл. В 01 J 19/00, 1984. (54) КАВИТАЦИОННЫЙ РЕАКТОР (57) Сущность изобретения: кавитационный реактор содержит проточную камеру с устаИзобретение относится к очистке сточных вод методом озонирования и может быть использовано при окислении трудно- . окисляемых.компонентов в воде.

Наиболее близким к предлагаемому является гидродинамический кавитационный реактор, содержащий проточную камеру с установленным в чей кавитирующим элементом с патрубком подвода газа, и диффузор.

Недостатком рассмотренного устройства является недостаточно интенсивное растворение газов, а в случае растворения труднорастворимых токсичных газов, например озона, возможен унос потоком непрореагировавшей части газа, что приводит к дополнительным затратам энергии на обработку и загрязнению атмосферы. Высокое содержание токсичных газов в воздухе (например, предельно допустимая концентрация озона 0,0001 мг/л) опасно для жизни.

Цель изобретения — интенсификация процесса растворения труднорастворимых . токсичных газов.

„„5U„, 1790558 А3 новленным в ней кавитирующйм элементом с патрубком подвода газа, диффузор, допол- нительную проточную камеру с дополнительным кавитирующим элементом в виде перфорированного диска, и дополнительный диффузор. Дополнительная проточная камера установлена за основным диффузором и площадь его выходного сечения совпадает с площадью проходного сечения дополнительной проточной камеры. 2 ил.

В предлагаемом устройстве поток обрабатываемых компонентов поступает в проточную камеру с установленным в ней кавитирующим элементом. При его обтекании за ним образуется вакуумная присоединенная каверна. При этом, через патрубок подвода газа, соединенный с источником «д газа и связанный с кавитирующим элементом, газ принудительно или за счет всасыва-. ния подается в каверну.. Кавитационная каверна в хвостовой части пульсирует, генерируя поле газовых кавитационных пузырь- (Л ков с размерами 50-300 мкм. Этим Ql создается развитая поверхность контакта Q(} фаз (газ-жидкость) и протекает реакция массообмена. Реакция массообмена интенсивно протекает лишь на границе раздела фаз, т.е. по поверхности пузырька, а газ, находя- щийся ближе к центру пузырька, в процессе массообмена практически не участвует, В процессе движения двухфазный поток поступает в диффузор, установленный за проточной камерой, где его скорость снижается, в результате чего повышается гйдростатйческое давление. Под его воздей1790558 ствием газовые кавитационные пузырьки сжимаются, начинают пульсировать. Это приводит к разрушению пограничных слоев на поверхности раздела фаз, а также циркуляции газа в объеме пузырька. Тем самым ускоряется протекание массообменной реакции с вовлечением в нее практически всего объема газа. Поскольку за диффузором установлена дбпблнительная проточная ка- мера с размещенным в ней дополнительным кавитирующим элементом, то в потоке, содержащем"йузырьки с остатками непрореагировавшего газа, за дополнительным кавитирующим элементом, генерируется вторая вакуумная каверна, Вследствие резкого снйжения давления, газовые пузырьки разрушаются, а непрореагировавший газ выделяется в полость каверны. Так как ка-. витирующий элемент выполнен в виде перфорированного диска, часть потока через отверстия перфорации поступает в виде

Струй в полость вакуумной каверны, Гаэовые пузырьки, также содержащиеся в этих струях, в полости вакуумной каверны мгновенно расширяются, распыляя жидкие струи в виде мелкодисперсных капель по . всему объему каверны. Тем самым создается новая поверхность контакта фаз газ-жидкость и интенсифицируется протекание массообменной реакции. Кроме того капли разрушаемых струй воздействуют на кавитационную каверну, способствуя более интенсивному разрушению ее хвостовой части . и создавая тем самым условия для образования нового пузырькового поля с пузырьками меньших размеров. Остатки . непрореагировавшего газа из каверны попадают в новые пузырьки, образующиеся за каверной, B результате этого снова происходит обновление поверхности контакта, что способствует практически полному

40..: вступлению остатков непрореагировавшего газа в реакцию. Далей поток поступает в, дополнительный диффузор, размещенный за дополнительной проточной камерой, в 45 котором происходят процессы, аналогичные процессам в основном диффузоре. При этом достигается полное протекание реакции в тех пузырьках, в которых еще осталось некоторое количество непрореагировавше- 50 го газа. Из дополнительного диффузора отводится поток, в котором уже не содержится непрореагировавший гаэ.

Таким образом создание эффекта постоянного обновления поверхности контак- 55 та фаз, образование мелкодисперсного поля газовых пузырьков за счет дробления каплями обрабатываемого потока хвостовой области кавитационной каверны в дополнительной проточной камере, воздействие градиента давления по ходу потока и интенсивные пульсации пузырьков, позволяют значительно ускорить массообменные реакции и интенсифицировать процесс растворения труднорастворимых токсичных газов.

Подачу реагировавшего газа в кавитационную каверну можно осуществлять непрерывно либо дозированно, в зависимости от условий технологического процесса, На фиг.1 дан продольный разрез реактора; на фиг.2 — вид со стороны дополнительного диффуэора.

Кавитационный реактор состоит из проточной камеры 1, в которой установлен кавитирующий элемент 2, связанный с патрубком подвода газа 3. На выходе из проточной камеры 1 находится диффузор 4, эа которым по ходу потока размещена дополнительная проточная камера 5. B дополнительной проточной камере установлен, например, на ступице 6, дополнительный кавитирующий элемент 7, выполненный в виде перфорированного диска. Площадь выходного сечения диффузора 4 совпадает с площадью проходного сечения дополнительной проточной камеры 5. На выходе из дополнительной проточной камеры 5 размещен дополнительный диффузор 8, Для подвода и дозирования реагирующего газа служит устройство 9. Патрубок 10 служит для подвода обрабатываемой среды в реак-. тор, Кавитационный реактор работает следующим образом. Обрабатываемая среда через патрубок 10 поступает в проточную камеру 1 с установленным в ней кавитирующим элементом 2, связанным с патрубком подвода реагирующего газа 3 и источником газа. При обтекании потоком среды кавитирующего элемента 2, за ним образуется вакуумная присоединенная каверна, в полость которой принудительно или за счет всасывания через патрубок 3 подается реагирующий газ, Кавитационная каверна в хвостовой части пульсирует, образуя поле газовых кавитационных пузырьков с размерами 50-300 мкм, Этим создается развитая поверхность контакта фаз (газ-жидкость) и протекает реакция массообмена. В процессе движения двухфазный поток поступает в диффузор 4, установленный за проточной камерой 1, где скорость снижается и поток подвертается воздействию повышенного гидростатического давления. При этом газовые кавитационные пузырьки деформируются, начинают пульсировать, что приводит к разрушению диффузионных пограничных слоев на поверхности раздела фаз, а также циркуляции непрореагировавшего газа в

1790558

35 обьеме пузырька. Тем самым ускоряется протекание реакции массообмена с вовлечением в нее практически всего объема газа. Поток обрабатываемых компонентов далее поступает в дополнительную проточ- 5 ную камеру 5, Причем площадь выходного сечения диффузора 4 совпадает в площадью проходного сечения дополнительной проточной камеры 5. При обтекании потоком, содержащим пузырьки с остатками непро- 10 реагировавшего газа, дополнительного кавитирующего элемента 7, размещенного в дополнительной проточной камере 5, эа ним генерируется вторая вакуумная каверна. Вследствие резкого снижения давления 15 газовые пузырьки разрушаются, а непрореагировавший газ выделяется в полость каверны. Тах как кавитирующий элемент 7 выполнен в виде перфорированного диска, часть потока через перфорацию поступает в 20 полость каверны в виде струй, а газовые пузырьки, содержащиеся в них, мгновенно расширяются, распыляя струй в виде капель по всему объему каверны. Тем самым создается новая поверхность контакта фаз газ- 25 капли жидкости и интенсифицируется протекание массообменной реакции. Кроме того капли разрушаемых струй способствует более интенсивному разрушению хвостовой части каверны, создавая условия для Зд образования нового пузырькового поля с пузырьками меньших размеров. Остатки непрореагировавшего перераспределенного

Формула изобретения

Кавитационный реактор, содержащий проточную камеру с установленным в ней кавитирующим элементом с патрубком подвода газа и диффузор, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса растворения труднорастворимых токсичных газов, он снабжен дополнительной проточной камерой газа из каверны попадают в новые пузырьки, образующиеся эа каверной, в результате чего снова происходит обновление поверхности контакта фаз и остатки непрореагировявшего газа практически полностью вступают в реакцию. Далее поток обрабатываемой среды поступает в дополнительный диффузор 8, размещенный за дополнительной проточной камерой 5, где происходят процессы. аналогичные процессам в основном диффуэоре 4, При этом достигается полное протекание реакции е тех пузырьках, в которых еще осталось некоторое количество непрореагировавшего газа, Из дополнительного диффуэора 8 отводится поток, в котором уже практически не содержится не- прореагировавшего газа, Подача или дозирование газа в случае технологической необходимости осуществляется устройством 9.

Применение предлагаемого реактора при очистке сточных вод методом озонирования и, в частности, при окислении трудноокисляемых компонентов в воде, позволяет интенсифицировать процесс растворения труднорастворимых токсичных газов. При этом существенно снйжаются или совсем исключаются дополнительйые затраты энергии на растворение и практически исключается возможность уноса потоком обрабатываемых компонентов непрореагировавшего газа, с установленным в ней дополнительным кавитирующим элементом, выполненным в виде перфорированного диска и дополнительным диффузором, при этом дополнительная проточная камера установлена за основным диффузором, площадь выходного сечения которого равна площади проходного сечения дойолнительной проточной камеры.

1790558

Составитель А.Козюк

Техред.M.Моргентал Корректор Л.Лукач

Редактор Т.Куркова

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

Заказ 364 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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