Пристрій для контактування фаз

1. Пристрій для контактування фаз, який складається з контактних ступенів з завихрювачами, що виконані у вигляді тороїдальних секторів, утворюючих S-подібні канали, і з'єднані між собою криволінійними перетічними трубами, сепаратор 3 ступінь й зменшенню рухомої сили процесу сорбції. Задачею даного пристрою є підвищення ефективності процесу змішування фаз при контактуванні, за рахунок створення зони попереднього змішування газу та рідини перед аксіальним лопатевим закручувачем, покращення умов змішування, максимального диспергування газової фази у рідині та збільшення міжфазної поверхні. Для рішення поставленої задачі пристрій для контактування фаз, що складається з контактних ступенів з завихрювачами, що виконані у вигляді тороїдальних секторів, утворюючих S-подібні канали і з'єднані між собою криволінійними переточними трубами, сепаратор на виході з контактного ступеня, перед вводом газорідинного потоку в контактний ступінь потік проходить зону змішування газу і рідини яка має прискорюючий конфузор, циліндричний патрубок з встановленим в ньому аксіальним лопатевим закручувачем та дифузор, при цьому при виході газорідинної суміші з контактного елементу, остання тангенціально вводиться в сепаратор, де дегазується від інертного газу. Крім того профіль конфузору в зоні змішування газу і рідини виконаний по функції синуса. Фіг.1 - Загальний вид трьохзонного завихрувача Фіг.2 - Контактна ступень із завихрувачами Фіг.3 - Установка із двома контактними ступенями Пристрій складається із трьохзонного завихрувача, завихрувача у вигляді тороїдальних секторів, утворюючих S-подібні канали і з'єднані між собою криволінійними переточними трубами та сепаратору на виході. Трьохзонний завихрувач (Фіг.1) складається із зони попереднього змішування газу та рідини 1 (конфузора), циліндричної зони 2 де встановлено аксіальний лопатевий закручувач 3 та зони дифузора 4. Конфузор 1, виконаний по функції синуса, для того, щоб ліквідувати кавітації на стінках. Аксіальний лопатевий закручувач 3 характеризується кількістю лопаток Z≥3, шириною лопатки Н, відносним шагом лопаток H/D, де D - діаметр циліндричної частини 2, кутом встановлення лопаток φ=arctg(H⁄πD), товщиною лопатки ē0. З цими показниками тісно пов'язані гідродинамічні характеристики: коефіцієнт гідравлічного опору, кут закрутки потоку за лопатками α2, частота пульсацій f кавітаційних зон. На Фіг.2 наведено контактну ступень із трьохзонного завихрувача та завихрувача у вигляді тороїдальних секторів, утворюючих S-подібні канали і з'єднані між собою криволінійними переточними трубами 5. На Фіг.3 зображено схему пристрою (абсорбера), який містить аксіальний лопатевий закручувач 3. Пристрій являє з себе набір контактних елементів, які складаються з тороїдальних секторів 5, з'єднаних між собою з утворенням S - подібного каналу, зону змішування газу і рідини 3 (Фіг.1), сепаратор 8 з конічним закручувачем 9 і вихлопною трубою для відпрацьованого газу 10, переточний пристрій рідини з одного контактного ступеню 50143 4 на другий, виконаний у вигляді криволінійної труби 11, патрубки для вводу рідини (або суспензії) 7 та вводу газу 6. Пристрій працює наступним чином. Похідний розчин, наприклад водний розчин Nа2СО3, надходить в пристрій через патрубок 7. Прямотоком через парубок 6 подається газ вапнякових печей з концентрацією СО2~40%. Після попереднього контакту газу та рідини суміш проходить зону змішування газу і рідини 3, де реалізується фізикомеханічна модель процесу диспергування, що наведена нижче. Високо турбулізований газорідинний потік направляється далі по криволінійних каналах, які складаються з тороїдальних секторів 5, де реалізується додаткове значне підвищення інтенсивності масообміну за фізичних ефектів, що наведені нижче. Газорідинна суміш на виході з контактного елементу подається в сепаратор 8 де з рідини видаляються інертні гази. Рідинна фаза по криволінійній трубі 11 перетікає на наступний контактний пристрій. При вході рідини на наступний контактний ступінь, який по конструкції ідентичний першому, через штуцер 6 подається свіжий газ з концентрацією СО2~40%. Процес на наступних ступенях проходить аналогічним чином. Фізико-механічна модель процесу складається з кількох взаємопов'язаних етапів. Робочий потік (газ та рідина) прискорюючись в конфузорі 1, набігає на нерухому крильчатку (аксіальний лопатевий закручувач 3) і обтікає її з утворенням газорідинної суміші у вигляді кульок газу, розподілених в об'ємі рідини і утворенням каверн оптимальних розмірів. Каверни нестаціонарно замикаються за лопатками з утворенням зони кавітаційних кульок. Кавітаційні кульки схлопуються з утворенням кумулятивних мікроструменів, які вступають у взаємодію з рідиною і твердими частками. Це явище веде до значної додаткової інтенсифікації процесів змішування і диспергації. При подальшій течії газорідинної суміші у контактному каналі реалізується нестаціонарний режим з інерційним ефектом гальмування, який характеризується циклічністю гальмування, тобто спостерігається пульсаційний режим, що дозволяє не тільки підтримувати відносно стабільний розподіл газових кульок по об'єму рідини, але й постійно оновлювати міжфазну поверхню та збільшувати між фазну турбулентність, що суттєво збільшує основні складові процесу масопереносу: коефіцієнти масовіддачі і міжфазну поверхню. Якщо однієї ступені не досить для завершення процесу хемосорбції, то газорідинна суміш подається після проходження першого ступеню в сепаратор для видалення інертних газів із суміші і при подачі на другу ступінь свіжого газу підвищення рушійної сили процесу хемосорбції. Для інтенсифікації видалення інертних газів пропонується тангенційне уведення газорідинної суміші в сепаратор 8. Після сепаратора дегазована рідина знову подається на наступний контактний рівень де вступає в контакт зі свіжим газом, який в основному своєму складі має компоненти, що хемосорбуються рідиною або твердими частками. 5 Використання даного пристрою при проведенні процесів між газом та рідиною підвищить ефективність процесу змішування фаз при контактуванні, за рахунок створення зони попереднього змішування газу та рідини перед аксіальним лопатевим закручувачем, покращення умов змішуван 50143 6 ня, максимального диспергування газової фази у рідині та збільшення міжфазної поверхні. Пристрій для контактування фаз може бути використаний для проведення процесів між газом та рідиною в хімічній, нафтохімічній та інших галузях переробної промисловості. 7 Комп’ютерна верстка О. Рябко 50143 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601