Массообменный аппарат



Массообменный аппарат
Массообменный аппарат
Массообменный аппарат

 


Владельцы патента RU 2576056:

Общество с ограниченной ответственностью "ВКМ Пенза" (RU)

Изобретение относится к области конструкций массообменных аппаратов для газожидкостных систем, применяемых в химической, горнорудной, микробиологической промышленностях и других отраслях, и может быть использовано для биологической очистки природных, сточных и промышленных вод, газификации питьевых вод, флотации различных пульп посредством аэрации жидких сред различными газами. Массообменный аппарат содержит цилиндрический корпус, магистраль подачи жидкой среды в корпус, выполненную в виде кольцевого коллектора, смонтированного во внутренней полости корпуса в нижней его части, узел ввода газа, охватывающий корпус с наружной стороны и патрубки вывода отработанных газа и жидкой среды. При этом коллектор снабжен двумя вихревыми аэраторами, установленными радиально противоположно друг другу и тангенциально к круговой оси коллектора, а также патрубками ввода жидкой среды в корпуса аэраторов, а узел ввода газа снабжен патрубками подачи газа, проходящими через стенку корпуса и подсоединенными к аэраторам. Изобретение обеспечивает интенсификацию массообменных процессов между жидкой средой и газом и снижение энергозатрат. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области конструкций массообменных аппаратов для газожидкостных систем, применяемых в химической, горнорудной, микробиологической промышленностях и других отраслях, и может быть использовано также для биологической очистки природных, сточных и промышленных вод, газификации питьевых вод, флотации различных пульп посредством аэрации жидких сред различными газами (воздух, кислород, углекислый газ и т.д.).

Известно устройство для насыщения жидкости газом по а.с. СССР №528110 [1], содержащее корпус с крышкой и патрубками для подачи в корпус жидкости и газа. Внутри корпуса размещена мешалка с приводом вращения и барботер. Барботер, выполненный в виде перфорированного диска с пульсатором, смонтирован в газоподводящем патрубке.

Недостатками известного устройства являются низкая интенсивность процесса массообмена между жидкостью и газом из-за низкой степени диспергирования пузырьков газа, а также достаточно высокие энергозатраты на перемешивание жидкости и газа.

Известно устройство для аэрации жидкости по патенту РФ №2189365 [2], содержащее вертикально расположенную трубу, воздуховод, подсоединенный к воздушной камере с перфорированным корпусом, и вихревую камеру, смонтированную в нижней части устройства. К вихревой камере тангенциально подсоединен патрубок для подвода жидкости. В данном устройстве аэрация жидкости осуществляется за счет «срезания» потоком жидкости пузырьков воздуха, выходящих из отверстий перфорированной воздушной камеры.

Недостатками известного устройства является низкая степень диспергирования пузырьков воздуха в связи с несовершенством предложенного механизма диспергирования газовой фазы. В известном устройстве применяют сжатый воздух, что приводит к увеличению энергозатрат. В целом указанные недостатки обусловливают недостаточно высокую эффективность аэрации жидких сред.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является массообменный аппарат по а.с. СССР №978901 [3], содержащий цилиндрический корпус с отверстиями для выхода газа внутрь корпуса, магистраль подачи жидкой среды в корпус, узел ввода газа в корпус, охватывающий корпус с наружной стороны. Аппарат снабжен патрубками вывода отработанных газа и жидкой среды. В корпусе выполнены отверстия в виде просечек под переменным углом к вертикальной оси аппарата. Просечки выполнены в виде полуокружностей, кромки просечек отогнуты наружу или внутрь корпусас целью перемешивания жидкой среды и увеличения времени контакта газовой и жидкой фаз.

Недостатками изобретения, взятого за прототип, являются:

- низкая степень диспергирования газа, обусловленная ламинарным характером движения жидкой среды и отсутствием условий для тонкого диспергирования пузырьков газа;

- малая площадь контакта жидкой среды и газа;

- низкая интенсивность процесса массообмена между жидкостью и газом в связи с отсутствием конструктивных и технологических приемов, способствующих интенсификации процесса.

Предлагаемое изобретение направлено на интенсификацию массообменных процессов между жидкой средой и газом за счет высокой степени диспергирования газа, увеличения времени и площади контакта сред и увеличения скорости насыщения жидкости газом.

Задача решена тем, что в массообменном аппарате магистраль подачи жидкой среды выполнена в виде кольцевого коллектора, смонтированного во внутренней полости корпуса в нижней его части и снабженного, по меньшей мере, двумя вихревыми аэраторами, установленными радиально противоположно друг другу и тангенциально к круговой оси коллектора, при этом коллектор дополнительно снабжен патрубками ввода жидкой среды в корпуса аэраторов, а узел ввода газа - патрубками подачи газа, проходящими через стенку корпуса и подсоединенными к аэраторам. Задача решена также тем, что корпус дополнительно снабжен коническим полым сужающимся кверху отбойником, установленным соосно с корпусом выше уровня аэраторов, при этом на боковой поверхности отбойника выполнены продольные пазы общей площадью (0,2-0,5) от площади боковой поверхности отбойника.

Изобретение иллюстрируется чертежами. На фиг. 1 изображена схема массообменного аппарата в продольном вертикальном разрезе. На фиг. 2 представлен поперечный разрез аппарата. На фиг. 3 изображена схема вихревого аэратора в продольном разрезе. На всех фигурах представлена также схема движения потоков взаимодействующих фаз.

Предлагаемый массообменный аппарат состоит из цилиндрического корпуса 1, магистрали 2 подачи жидкой среды, узла 3 ввода газа, патрубка 4 выдачи отработанной жидкой среды, патрубка 5 удаления отработанного газа. Аппарат снабжен системой трубопроводов с запорной арматурой. Трубопровод 6 служит в качестве байпасной трубы, трубопровод 7 предназначен для слива излишков жидкой среды. Для нагнетания жидкой среды в корпус имеется насос 8.

Магистраль подачи жидкой среды снабжена кольцевым коллектором 9, установленным в нижней части корпуса непосредственно в его внутренней полости. Кольцевой коллектор 9 снабжен, по меньшей мере, двумя вихревыми аэраторами 10, установленными радиально противоположно друг другу и тангенциально к круговой оси коллектора. Вихревые аэраторы предназначены для аэрации жидкой среды, диспергирования жидкой и газовой фаз, турбулизации их потоков.

На коллекторе имеются патрубки 11 для подачи жидкой среды в корпуса аэраторов 10. Для подачи газа в аэраторы предусмотрены патрубки 12, проходящие через стенку корпуса и подсоединенные к аэраторам.

Корпус массообменного аппарата дополнительно снабжен коническим полым сужающимся кверху отбойником 13, служащим для сужения водогазового потока к оси корпуса и дополнительной его турбулизации. Отбойник смонтирован соосно с корпусом выше уровня аэраторов 10. На боковой поверхности отбойника выполнены продольные пазы 14, суммарную площадь которых рекомендуется выдерживать в пределах (0,2-0,5) от площади боковой поверхности отбойника.

Конструкция вихревого аэратора представлена на фиг. 3. Он содержит корпус 15, патрубок 11 для подачи в аэратор жидкой среды, патрубок 12 для подачи газа. Патрубок 11 смонтирован тангенциально к корпусу и соединен с улиткой 16 для закручивания потока (на фиг. 3 улитка не показана). Патрубок 12 смонтирован в зоне разрежения, что обеспечивает 1 самопроизвольный подсос газа из узла 3 ввода газа без использования насосов и воздуходувок. Вывод аэрированной жидкой среды осуществляется через патрубок 17.

Предлагаемый массообменный аппарат работает следующим образом. При загрузке аппарата включают насос 8 и подают жидкую среду в кольцевой коллектор 9, откуда по патрубкам 11 она поступает в аэраторы 10. В аэраторах (см. фиг. 3) поток жидкой среды интенсивно закручивается с образованием кольцевого вихревого потока, концентрирующегося вдоль стенок аэратора и движущегося вдоль стенок с высокой скоростью по винтовой линии. Далее вихревой поток жидкой среды поступает в торцевую часть корпуса аэратора, сужается к оси, меняет направление движения на противоположное и поступает внутрь кольцевого потока жидкой среды.

В зоне поворота возникает зона пониженного давления и в эту зону подсасывается газ из патрубка 12 за счет эжектирующего воздействия скоростной струи жидкости, при этом количество поступающего в аэратор газа напрямую зависит от расхода жидкой среды. В корпусе аэратора в результате описанных явлений образуется многослойный вихревой поток жидкой среды и газа. По продольным и поперечным границам слоев за счет встречного движения и высокой скорости потоков происходит интенсивная взаимная турбулизация потоков жидкой среды и газа сначала поверхностных участков, а затем и внутренних зон, что в конечном итоге приводит к турбулизации взаимодействующих фаз по всему их объему.

В результате интенсивной высокоскоростной турбулизации фаз в потоке наблюдается высокочастотная пульсация скоростей и давлений, благодаря чему достигается высокое диспергирование газовой фазы, образование множества динамически активных газовых пузырьков размером до 50 мкм, значительное увеличение площади контакта фаз и скорости растворения газа в жидкости. На выходе из патрубка 17 образуется высокоскоростная, закрученная струя максимально аэрированной водогазовой смеси. Водогазовая смесь, поступаемая в корпус из всех аэраторов, образует в нижней части корпуса 1 аппарата вращающуюся массу аэрированной однородной жидкой среды.

При вращении жидкой среды центральная область потока является разреженной зоной, концентрация газовых пузырьков здесь меньше, чем на периферии. Для обеспечения однородности потока и интенсивного взаимодействия фаз по всему сечению вращающегося потока в конструкции предусмотрен отбойник 13, который сужает поток жидкой среды к оси корпуса и увеличивает тем самым скорость потока, что также интенсифицирует процесс растворения газа в жидкости. Наличие на поверхности отбойника продольных пазов способствует проникновению в них струй жидкой струи, изменению направлений движения среды и образованию дополнительных вихрей, в результате чего в объеме аппарата образуется высокотурбулизированная водогазовая среда, в которой происходит дополнительная и окончательная аэрация жидкости.

Рекомендуемое соотношение площади пазов на поверхности отбойника ко всей площади боковой поверхности в пределах (0,2-0,5) является оптимальным. Если соотношение будет меньше 0,2, то влияние пазов на повышение турбулизации потока будет минимальным. Если соотношение будет больше 0,5, то отбойник будет неэффективным средством для сужения потока.

Ко времени окончания наполнения аппарата жидкой средой процесс аэрации заканчивается. Если требуется продолжение процесса, то с помощью байпасного трубопровода 6 организуется повторная или многократная аэрация жидкой среды.

По сравнению с прототипом предлагаемый массообменный аппарат обладает следующими технико-экономическими преимуществами:

- высокая скорость насыщения жидкой среды газом (в 1,5-2 раза больше) благодаря существенному увеличению площади контакта, времени взаимодействия фаз, высокой степени диспергирования газа, высокой степени турбулизации потоков;

- высокая интенсивность проведения процесса аэрации жидкой среды, а также других физико-химических процессов (выше в 1,5-2 раза);

- низкие энергетические затраты на проведение процесса аэрации (отсутствие необходимости использования перемешивающих устройств и насосов для подачи газа, простота конструкции аппарата и т.д.).

Предлагаемый массообменный аппарат может быть использован в различных отраслях для высокоэффективного проведения различных физико-химических и микробиологических процессов.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. АС СССР №528110 «Устройство для насыщения жидкости газом», кл. В01Р 3/04, 1976.

2. Патент РФ №2189365 «Устройство для аэрации жидкости», МПК С02Р 3/20, В01Р 3/04, 2002.

3. АС СССР №978901 «Массообменный аппарат», М. кл. В01D 53/18, БИ №45 от 07.12.1982.

1. Массообменный аппарат, содержащий цилиндрический корпус, магистраль подачи жидкой среды в корпус, узел ввода газа, охватывающий корпус с наружной стороны, патрубки вывода отработанных газа и жидкой среды, отличающийся тем, что магистраль подачи жидкой среды выполнена в виде кольцевого коллектора, смонтированного во внутренней полости корпуса в нижней его части и снабженного, по меньшей мере, двумя вихревыми аэраторами, установленными радиально противоположно друг другу и тангенциально к круговой оси коллектора, при этом коллектор дополнительно снабжен патрубками ввода жидкой среды в корпуса аэраторов, а узел ввода газа - патрубками подачи газа, проходящими через стенку корпуса и подсоединенными к аэраторам.

2. Массообменный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что корпус дополнительно снабжен коническим полым сужающимся кверху отбойником, установленным соосно с корпусом выше уровня аэраторов, при этом на боковой поверхности отбойника выполнены продольные пазы общей площадью, равной (0,2-0,5)Р, где Ρ - площадь боковой поверхности отбойника.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к очистке сточных вод. Очиститель (100) для очистки текучей среды включает: реакционный резервуар (10) для текучей среды, содержащий реакционную камеру (11) и дно (12), нисходящий элемент (14), имеющий верхний конец (91) и нижний конец (92), и устройство для отделения твердых веществ (20).

Изобретение относится к биологической очистке сточных вод с помощью активированного ила, в котором сточные воды сначала вводят в бак с активированным илом (В-бак), который может быть аэрируемым, и затем попеременно вводят в один из двух седиментационных и рециркуляционных баков (SU-баков), причем седиментационные и рециркуляционные баки постоянно гидравлически соединены с В-баком.

Изобретение может быть использовано для очистки хозяйственно-бытовых сточных вод и близких к ним по составу сточных вод средних и малых населенных пунктов и отдельно стоящих домов.

Изобретение относится к комплексной очистке сточных вод и может быть использовано для очистки стоков домов и населенных пунктов. Устройство для очистки сточных вод содержит аэротенк-осветлитель 1 с трубопроводами подачи 3 сточных вод и отвода 4 осветленной жидкости и биореактор 9.

Изобретение относится к мембранному сепарационному устройству. Мембранное сепарационное устройство содержит мембранный элемент, погруженный в обрабатываемую жидкость, ванну для обработки, воздухораспределительное устройство, расположенное под мембранным элементом, и набор пластин, которые расположены между мембранным элементом и воздухораспределительным устройством, причем пластины расположены в многоступенчатой конфигурации и ширина каждой из пластин уменьшается по мере их удаления от воздухораспределительного устройства.

Изобретение относится к способу биологической очистки, включающему подачу рассматриваемой воды, содержащей компонент с химической потребностью в кислороде, где компонент с химической потребностью в кислороде представляет собой, по меньшей мере, одно из таких веществ, как фенол и тиоцианат, в резервуар для биологической очистки с илом, содержащим бактерии, способные разлагать компонент с химической потребностью в кислороде для ее биологической очистки от компонента с химической потребностью в кислороде посредством бактерий.

Изобретение касается способа очистки сточных вод с использованием активированного ила во взвешенном состоянии и установки для осуществления способа. В уравнивающий резервуар очистительной установки подводят сточные воды и после этого перекачивают в активационный резервуар.

Изобретение может быть использовано в устройствах порционной биохимической очистки сточных вод в жилых домах круглогодичного проживания. Для осуществления способа активный ил подвергают аэрации и подают в него питательный раствор, содержащий источник азота, источник фосфора и источник органического вещества.

Изобретение относится к биологической очистке сточных вод. .

Изобретение относится к способу получения полимера с использованием устройства блокировки. Устройство блокировки представляет собой инструментальную систему, которая сконструирована для действия в ответ на условия, указывающие на потенциальную опасную ситуацию или последовательность, и предназначено для применения в способе получения полимера, который включает стадии: полимеризацию мономера и необязательно сомономера в реакторе с получением полимера, необязательно в присутствии инертного углеводорода, и выгрузку полученного полимера из реактора, при этом блокировка основана на температуре в реакторе и включает стадии: измерение температуры в реакторе и сравнении измеренной температуры с пороговым значением температуры, которое находится ниже обычного интервала температуры в реакторе, ожидаемого для получения соответствующего полимера, при этом выгрузку допускают, если измеренная температура выше, чем пороговое значение, и предотвращают, если измеренная температура ниже, чем пороговое значение.

Настоящее изобретение относится к способу получения монофиламентного волокна или капель полимера, образованных из полилактона, полученного полимеризацией L-лактида, D-лактида, D,L-лактида, мезо-лактида, гликолида, ε-капролактона, триметилен карбоната или их смесей, которую проводят в реакторе периодического действия, снабженном по крайней мере одним перемешивающим элементом и поршнем с приводом для извлечения продукта реакции через минимум одну фильеру, включающему следующие стадии: а) приготовление реакционной смеси, содержащей L-лактид, D-лактид, D,L-лактид, мезо-лактид, гликолид, ε-капролактон, триметилен карбонат или их смесь, катализатор и опционально регулятор молекулярной массы и другие добавки, б) загрузка реакционной смеси в реактор в сухом или расплавленном виде, после которой рабочий объем реактора герметично закрывается поршнем, в) проведение полимеризации в нагретом выше температуры плавления мономера реакторе при перемешивании, причем перемешивающие элементы могут опускаться и подниматься на различную высоту независимо от поршня, г) извлечение продукта реакции из реактора посредством выдавливания расплава полилактона через минимум одну фильеру с получением монофиламентного волокна или капель полимера.

Изобретение относится к области очистки воды, в частности, к устройствам для очистки от взвешенных и коллоидных примесей, а также растворенных устойчивых органических соединений.

Изобретение относится к реактору вертикально-наборной конструкции. Реактор включает компонент реактора, такой как вентилятор, установленный на центральном стержне в камере реактора, содержащий радиальные каналы для направления потока флюида при его прохождении сквозь реактор, эффективно направляющие флюид в радиальном направлении для контакта со стенкой камеры реактора, и компонент реактора, такой как вентилятор, имеющий верхнюю поверхность, нижнюю поверхность и поверхность внешнего диаметра, так что радиальные каналы заканчиваются у поверхности внешнего диаметра вентилятора, образуя отверстия флюидных каналов, обращенные к реакторной камере.

Изобретение относится к способу и системе для выделения углеводородов, содержащихся в отходящем потоке процесса полимеризации. Способ включает снижение давления потока этилена от давления не менее 3,4 МПа до давления не более 1,4 МПа, охлаждение отходящего газа, включающего мономер, путем теплообмена с потоком этилена пониженного давления с получением первого конденсата, включающего часть мономера, захваченного первым легким газом, выделение первого конденсата и первого легкого газа, отделение первого конденсата от первого легкого газа, компримирование потока этилена пониженного давления до давления не менее 2,4 МПа и пропускание компримированного потока этилена в реактор полимеризации.
Изобретение относится к дегазации полимерного порошка. Описана блокировка для применения в способе дегазации полимерного порошка в сосуде для дегазации.
Изобретение относится к дегазации полимерного порошка. Описана блокировка для применения в способе дегазации полимерного порошка в сосуде для дегазации.

Изобретение относится к способу модификации аммиачного реактора с горячей стенкой, имеющего корпус с отверстием, занимающим только часть его сечения. Способ модификации аммиачного реактора с горячей стенкой, имеющего корпус с отверстием, занимающим только часть его сечения, при осуществлении которого: собирают каталитический картридж (7) из модульных элементов непосредственно внутри корпуса (2), при этом размеры модульных элементов подходят для их введения в корпус через имеющееся в корпусе отверстие (6), занимающее только часть его сечения, и каждый элемент имеет по меньшей мере одну панель (11); формируют посредством панелей (11) модульных элементов цилиндрическую наружную стенку (7а) картриджа (7) и кольцевое проточное пространство (8) между наружной стенкой картриджа и внутренней стенкой корпуса, при этом в панели (11) заранее, до их установки в корпус (2), введен теплоизолирующий слой (13).

Настоящее изобретение относится к способу приготовления олефинового продукта, содержащего этилен и/или пропилен, который содержит следующие этапы: a) выполняют паровой крекинг парафинового сырья, содержащего C2-C5 парафины, в условиях крекинга, включающих температуру в диапазоне от 650 до 1000°C, в зоне крекинга с получением отходящего потока установки крекинга, содержащего олефины; b) превращают оксигенатное сырье в системе конверсии оксигенат-в-олефины, содержащей реакционную зону, в которой оксигенатное сырье контактирует с катализатором превращения оксигената в условиях превращения оксигената, включающих температуру в диапазоне от 200 до 1000°C и давление от 0,1 кПа до 5 МПа, с получением отходящего потока конверсии, содержащего этилен и/или пропилен; c) объединяют, по меньшей мере, часть отходящего потока установки крекинга и, по меньшей мере, часть отходящего потока конверсии с получением объединенного отходящего потока и выделяют поток олефинового продукта, содержащий этилен и/или пропилен, из объединенного отходящего потока, где отходящий поток установки крекинга и/или отходящий поток конверсии содержит C4 фракцию, содержащую ненасыщенные соединения, и где данный способ дополнительно содержит, по меньшей мере, частичное гидрирование, по меньшей мере, части данной C4 фракции с получением, по меньшей мере, частично гидрированного C4 сырья, и возврат, по меньшей мере, части, по меньшей мере, частично гидрированного C4 сырья в качестве возвращаемого сырья рециркуляции на этап a) и/или этап b).

Изобретение относится к способу регулирования экзотермической реакции. Способ включает стадии: i) проведение экзотермической реакции в реакторе (1) с получением продукта, ii) измерение температуры и/или давления в реакторе, и iii) введение инертного продукта, уже полученного ранее в экзотермической реакции, в реактор (1) из контейнера для хранения (8), если температура и/или давление превышает(ют) критическую(ие) величину(ы), где инертный продукт представляет собой жидкий продукт и его теплота парообразования используется для понижения температуры реактора.

Изобретение относится к высокоскоростной аэрации для упрощения добавления газа в поток жидкости и касается способа высокоскоростной газовой диффузии. Включает стадии: расположение по меньшей мере одного диффузора в верхней части резервуара; заполнение верхней части резервуара газом для создания газовой зоны; пропускание необработанной жидкости по меньшей мере через один диффузор для создания по меньшей мере двух потоков жидкости, которые сталкиваются друг с другом в газовой зоне в сдвигающем действии, которое заставляет жидкость взаимодействовать с газом; сбор и удаление аэрированной жидкости из нижней части резервуара.
Наверх