IT8224898A1 - Procedimento per mettere a contatto dei liquidi con dei gas - Google Patents
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Description
D E SCR IZ IONE
dell 'invenzione avente il titolo:
"Procedimento per mettere a contatto dei liquidi con dei gas"
RIASSUNTO DELL'INVENZIONE
L'invenzione si riferisce ad un procedimento per mettere a contatto dei liquidi con dei gas mediante introduzione di un getto di liquido coerente attraverso un ugello ad alta velocit? nel liquido attraverso lo strato di gas. Secondo l'invenzione il get to liquido ? emesso dall'ugello ad una velocit? di 20-38 m/s e con un numero di-Reynolds di almeno 400 '000 e la lunghezza del percorso libero del getto liquido ? mantenuto ad un valore di almeno 15 volte il diametro del getto liquido.
Il procedimento secondo l'invenzione consente di mettere a contatto dei liquidi con dei gas in una maniera semplice e poco costosa e con un aumentato tasso di trasferimento di massa nonch? con un consu mo pi? basso di energia di quanto fosse possibile finora.
SPIEGAZIONE PELI'INVENZIONE
L'invenzione si riferisce ad un procedimento per mettere dei liquidi a contatto con dei gas, mediante introduzione,di un getto liquido coerente per il tramite di un ugello attraverso lo strato di gas a velocit? elevata dentro al liquido.
Principalmente come conseguenza della crescente quantit? di effluenti da depurare, e dei progressi della biotecnologia, in anni recenti vi ? una richijs sta sempre pi? impellente di procedimenti nuovi per la messa a contatto fra gas liquidi i quali possono rispondere dal punto di vista economico alle varie esigenze per aumentare la capacit? delle apparecchia ture, per diminuire gli investimenti specifici ed i costi energetici, e per ridurre i tempi di reazione e di sosta, relativi ai r?attori misti generalmente usati finora. Nemmeno uno dei procedimenti noti pu? in pratica soddisfare tutte queste esigenze.
K. Sdiliger1 (Chem.-Ing. Tech.52_, 951-965 /1980/) fornisce una buona rassegna dei metodi noti . Secondo qiesto autore, i contattori gas-liquido noti si possono classificare a seconda del metodo del trasferimento di energia nei gruppi seguenti:
- sistemi meccanici,
- sistemi a compressore,
- sistemi a pompa,
e loro combinazioni
Un raffronto fra i differenti sistemi di contattazione gas-liquido.lo si eseguisce in pratica in ba se al tasso di trasferimento di massa, in base al consumo specifico di energia del trasferimento di' massa, i e in base alla dipendenza dalla viscosit? di que.sti I due fattori. In generale si pu? dire dei sistemi Loti che nel caso dei liquidi ad alta viscosi, t?, essi sistemi non possono simultaneamente soddisfare le esigenze di elevati tassi di trasferimento di massa e il requisito di consumo di energia minima
Nella maggior parte dei sistemi basati sul contatto gas-liquido, il tasso del trasferimento di massa fra la fase gassosa e la fase liquida equivale al procedimento pi? lento e questo tasso detenni, na anche i tempi delle altre reazioni. Un aumento nel tasso del trasferimento di massa consente una diminuzione significativa dei tempi di reazione, ac compagnata in molti casi da una riduzione del .volume operazionale del sistema. In casi in cui un aumento della concentrazione ? reso possibile da un aumen to del tasso di trasferimento di massa ed ? ac compagnato da un aumento della viscosit?, ? molto importante assicurare che il funzionamento del sisterna dipenda soltanto in una misura limitata dalla viscosi t? della fase liquida. Generalmente i sistemi noti non possono soddisfare questa esigenza.
Fra i sistemi noti "basati sul funzionamento a pompa, va trovando,crescente Impiego una variante aven te un getto liquido a tuffo o impatto. E' caratteri stico di tali sistemi che il gas e fatto passare nel liquido con l'aiuto dell'impatto di un getto tuffant Ie dall'alto, mentre il liquido stesso ? fatto circolare. Sono noti due tipi,di sistemi siffatti - il trascinamento del gas ? ottenuto con una pom pa a getto liquido; in questo caso, il gas ? disperso nel getto liquido prima dell'impatto (brevetto della Repubblica Democratica Tedesca K? 56763);
- il gas ? portato 'dentro al liquido meccanicamente per effetto della ruvidit? di superficie del getto liquido coerente libero passante attraverso lo strato di gas; in questo caso la dispersione primaria del gas ha luogo dopo l'impatto (X. Schtigerl:
Chem. -Ing. Tech. 52., 956 /198?/).
Lo svantaggio fondamentale'dei procedimenti noti ohe adottano quest'ultimo principio sta nel fatto che un aumento della velocit? del getto liquido cau sa una I riduzione repentina della quantit? del gas sciolta per unit? di energia (E. van de Sande e J.M. .Smith, Chem. Eng.J. jK), 225-233 /1975/, figura 6) mentre la.profondit? di penetrazione dei getto li' quido ? cos? piccolo, nell'intervallo delle velocit? basse energeticamente vantaggiose del getto li-, quido (al di sotto di 5 m/s) da far s? che l'uso pra tico, specie l'uso .su grande scala industriale, ne viene considerevolmente ristretto (Chem.Eng.J. 10, 231 /1975/). E' attribuibile a questo fatto che l'efficacia di tali procedimenti realizzati in pratica ? pi? bassa di quella dei contattori gas-liquido di altri tipi (Chem.Ing.Tech. _52_, 951-965 /1980/, Tabella II).
L'invenzione cerca di realizzare un procedimento che elimini o riduca gli svantaggi delle soluzioni note e renda possibile il mettere a contatto liquidi con gas in una maniera semplice e non dispendiosa pur raggiungendo maggiori tassi di trasferimento di massa e consumi di energia pi? bassi di quanto fosse possibile finora.
L'invenzione ? basata sulla scoperta che la effi cienza e le caratteristiche di un sistema si possono grandemente migliorare se la velocit? del getto liquido raggiunge o supera il valore di 20 m/s e se il numero di Reynolds del getto liquido nell'abbandonare l'ugello del getto raggiunge o supera il valore di 400'000. Questa scoperta ? sorprendente per che ih base alla nota relazione fra la velocit? del getto liquido e l'assorbimento specifico di gas c 'era da aspettarsi che con tali valori di velocit? del g?tto liquido la quantit? del gas scioglibile diminuisse anzich? aumentare.
Una base ulteriore dell'invenzione ? la scoperta che la quantit? di .che pu? essere sciolta per unit? di energia pu? essere ulteriormente aumentata se la'lunghezza del percorso libero del getto liqui^ do coerente raggiunge o supera 15 volte il diametro del getto liquido.
Pertanto l'invenzione si riferisce ad un procedi mento per portare a contatto dei liquidi con dei gas, in cui un getto liquido coerente ? introdotto ad alta velocit? da un ugello attraverso uno strato di gas e dentro al liquido. Secondo l'invenzione, il get o liquido ? emesso dall'ugello ad una veloci_ t? di 20-38 m/s, preferibilmente a 24-28 m/s, e con un numero di Reynolds di almeno 400'000, e la lunghezza, del percorso libero del getto liquido ? mantenuta ad un valore di almeno 15 volte, preferibilmente di 20-25 volte, il diametro del getto liquido, II procedimento dell'invenzione ? largamente applicabile per mettere a contatto intimo i pi? svariati ?liquidi, per esempio soluzioni o sospensioni, e gas o miscugli di gas. Come esempi di possibili applicazioni, si possono citare la fermentazione ae robica la purificazione aerobica di effluenti biologici) l'aerazione di 'vasche per pesci, le reazioni fra gas e liquidi catalitiche, per esempio la idrogenazione catalitica, e la purificazione di gas mediante assorbimento.
I vantaggi principali del procedimento dell'invenzione sono i'seguenti:
(a) Un aumento significativo nel tasso del trasfe rimento di massa rispetto ai procedimenti noti, diventa possibile col procedimento secondo l'invenzio ne che consente un tasso massimo di trasferimento dell'ossigeno dall'aria pari a.50?55 kg di O2/m<3>.ora, che e un multi-plo della quantit? di ossigeno che pu? essere fatta sciogliere con apparecchiature note.
(b) L'elevato tasso del trasferimento di massa consente di ridurre in misura significativa il volume del reattore e di aumentare in proporzione la concentrazione- del prodotto.
(c) l'invenzione rende possibile un consumo ener getico specifico vantaggioso; per sciogliere 1 kg di O2, si richiedono da 0,17 a 0,38 kWh di energia.
(d) Il trasferimento di massa diventa particolar mente indipendente dalla viscosit? del liquido, in un ampio intervallo.
(e) Diventa possibile un tasso estremamente elevato di utilizzazione del gas, col che un dato tasso di trasferimento di massa pu? essere raggiunto con un impegno di gas di molto minore e, quindi, con una migliore utilizzazione dei volumi.
(f) II procedimento si pu? utilizzare con una ap parecchiatura estremamente semplice, con costi di investimento e di manutenzione bassi.
(g?) Si pu? realizzare un aumento nelle dimensioni dell1apparecchiatura con una simultanea riduzione del consumo energetico specifico del trasferimen to di massa.
Nel procedimento pu? essere impiegato qualsiasi tipo di ugello atto a produrre un getto liquido coerente. Al fine di ridurre le perdite di flusso ? vantaggioso impiegare il cosiddetto "jet-pipe" ("tubo a getto") di profilo a paraboloide-iperboloide, in uso nelle turbine Pelton.
Il procedimento dell'invenzione a inoltre illustrato dai seguenti esempi non limitativi.
ESEMPIO 1
Si introdussero 0,2 m<3 >di una soluzione di solfi to di sodio-0,5 H in un recipiente avente una altez za di 2,5 m ed un diametro di 0,45 m e si fecero circolare attraverso un ugello di 0,02 m di diametro in presenza di .0,001 mol/litro di catalizzatore al solfakto di cobalto. Con l'aiuto di un getto liquido| avente- una velocit? di 22 , 5 m/s (????? = 450 ' 000) ed una lunghezza di percorso libero di 0,4 m, il tas so di trasferimento dell'ossigeno dall'aria a pressione atmosferica, era di 49?2 kg 02/m<3>.ora, misura to co In un metodo basato sull'ossidazione del solfito di sodio (V?. Linek e?V. Vacek, Chem. Eng. Sci.
36.? 1747-68 /l98l/). .Questo valore corrisponde ad un consumo energetico specifico di 0,18 kWh/kg 02< .ESEMPIO 2
Venne ripetuta la procedura descritta nell'Esempio 1, ma con la differenza che si impiegarono un getto liquido con una velocit? di 34,8 m/s (NRe
= 5561000) ed un ugello di 0,016 m di diametro. Il tasso di dissolvimento deLl'ossigeno era di
Claims (4)
1) Procedimento per mettere a contatto liquidi con gas mediante introduzione nel liquido di un get_ to liquido coerente di velocit? elevata da un ugello attraverso lo strato di gas,,caratterizzato dal fatto che-il getto liquido ? emesso dall'ugello ad una velocit? pari a dai 20 ai 38 m/s e con un numero di.Reynolds di almeno 400'000, e la lunghezza del percorso libero del getto liquido ? mantenuta ad un valore di almeno 15 volte il diametro del get to liquido.
2) Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il getto liquido ? emesso dall'ugello ad una velocit? da 24 a 28 m/s.
3) Procedimento secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che la lunghezza del percorso libero del getto liquido ? mantenuta ad un va lore pari a da 20 a 25 volte il diametro del getto liquido stesso.
4) Procedimento'per mettere a contatto liquidi con gas, in tutto o in parte sostanzialmente come descritto, con particolare riferimento agli Esempi da a 3, e per gli scopi specificati.
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