RU1801540C - Пленочный аппарат - Google Patents

Abstract

Использование: дл  проведени  абсорбции , биохимической реакции в химической, микробиологической и других отрасл х промышленности . Сущность изобретени : жидкость в виде жидкостной пленки стекает по внутренней поверхности подн тых цилиндрических труб и интенсивно насыщаетс  газом , поступающим в патрубки и подн тую поверхность цилиндрических труб. 3 з.п, ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к пленочным аппаратам дл  проведени  тепло-массооб- менных процессов и может быть использовано в химической, микробиологической и других отрасл х промышленности.

Целью изобретени   вл етс  увеличение эффективности аппарата.

Дл  достижени  указанной цели в пленочном аппарате состо щем из корпуса со штуцерами разделенного горизонтальными перегородками на секции дл  ввода и вывода жидкости, теплообменной секции через которые пропущены цилиндрические трубы снабженные распределител ми жидкости и винтовой полой спиралью: аппарат снабжен дополнительной секцией дл  ввода сжатого газа, часть длины труб выполнена пористой, с размером пор 10-500 мкм, причем полость цилиндрических труб сообщена с полостью дополнительной секции посредством всей пористой поверхности части трубы.

Винтова  пола  спираль выполнена перфорированной, верхний конец спирали герметично соединен с дополнительной секцией дл  ввода сжатого газа, а нижний снабжен заглушкой.

Поверхность пористых цилиндрических труб и перфорированной винтовой спирали покрыта полупроницаемой мембраной, например тефлоном.

Штуцер дл  ввода сжатого газа в дополнительную секцию размещен в верхней ее части.

Наличие дополнительной секции дл  ввода сжатого газа, пористых труб с размером пор 10-500 мкм, размещенных своей пористой поверхностью в полости дополнительной секции позвол ет увеличить эффективность аппарата. Под эффективностью аппарата понимаетс  увеличение коэффициента массоотдачи, что позвол т снизить высоту насадки, а следовательно уменьшить габариты аппарата, металлоемкость, затраты на перекачивание жидкости.

Увеличение эффективности в аппарате, предлагаемом авторами, обусловлено повышением поверхности контакта газа с жидкостной пленкой и времени контакта, увеличением перемешивани  жидкостной пленки. Так как газ поступающий в дополнительную секцию дл  ввода газа, затем проходит через поры пористых труб и в виде

ел

с

со

О

ел

4 О

мельчайших пузырьков внедр етс  в жидкостную пленку стекающую по винтовой спирали размещенной на внутренней поверхности цилиндрических труб. Повышение поверхности контакта фаз в этом случае обусловлено тем, что контакт газа с жидкостью осуществл етс  не только через наружную поверхность пленки, но и поверхность образованную мельчайшими газовыми пут зырьками.

Увеличение времени пребывани  жидкостной пленки в зоне контакта обусловлено увеличением средней толщины пленки жидкости (за счет наличи  пузырьков газа), а следовательно уменьшением скорости течени .

Улучшение перемешивани  жидкостной пленки обусловлено тем, что жидкость перемешиваетс  не только за счет ее стека- ни  по виткам винтовой спирали, но и за счет мельчайших пузырьков газа.

Как установлено экспериментально коэффициенты массоотдачи при наличии пар с размером 10-500 мкм позвол ют увеличить коэффициенты массоотдачи. Так, на- пример в случае абсорбции водой кислорода из воздуха при ее стекании в виде пленки по виткам винтовой спирали (высота выступа 2 мм и диаметр трубы 51 мм) при числе Рейнольдца 45000 коэффициент массоотдачи, в исследуемом диапазоне пор, 10-500 мкм составил равным 2,8 3,5 м/с, тогда как в аппарате прин том за прототип эта величина равна 0,9 10

,-з

Выполнение пор размером менее 10 мкм не эффективно по причине резкого увеличени  сопротивлени  газу при проходе его из дополнительной камеры в полость цилиндрических труб, что в конечном итоге увеличивает энергозатраты на крмпремиро- вание газа. При выполнении пор размером более 500 мкм происходит снижение коэффициентов массоотдачи, вследствие увеличени  диаметра пузырьков газа и уменьшени  поверхности и времени контакта фаз, а также образовани  пены. Так например при числе Рейнольдса пленки 45000 (высоте выступа витков спирали 2 Мм и диаметре цилиндрической трубы 51 мм) коэффициент массоотдачи, при диаметре пор 600 мкм составил равным 1,3 10 м/с, что значительно ниже.

Наличие полой винтовой спирали с перфорированными отверсти ми, верхний конец которой герметично сообщен с дополнительной камерой дл  ввода газа, а нижний конец заглушен позвол ет увеличить количество пузырьков газа в стекаю

щей жидкостной пленке. Так как в этом случае газ поступает в пленку не только через пористую поверхность труб, но и через перфорации полой винтовой спирали, чтоулуч5 шает перемешивание жидкостной пленки, увеличивает поверхность контакта фаз и эффективность .

Наличие покрыти  из полупроницаемой мембраны, например тефлона, на пористой

Ю поверхности трубы и полой перфорированной винтовой спирали позвол ет увеличить коэффициент массоотдачи. Так например, при насыщении жидкости кислородом из воздуха (проведение биохимической реакции),

15 вследствие наличи  тефлонового покрыти  в жидкостную пленку будет внедр тьс  из воздуха только кислород (так как известно, что тефлон пропускает через свои поры только кислород), что увеличивает парциальное

20 давление газа над поверхностью пленки и повышает ее насыщение газом.

.Установка штуцера дл  ввода сжатого . газа в дополнительную секцию в верхней ее

25 части позвол етудал ть из камеры всю жидкость (попавшую туда во врем  запуска аппарата ) и тем самым обеспечивает равномерный подвод газа к пористой поверхности труб, обеспечива  эффективную

30 работу аппарата. В случае установки штуцера в нижней части секции, при заполнении ее жидкостью, газ будет барботировать через жидкость и неравномерно по поверхности пористых труб, что не эффективно.

35 На фиг. 1 изображен пленочный аппарат , общий вид, на фиг. 2 - цилиндрическа  труба аппарата.

Пленочный аппарат состоит из корпуса 1 на котором размещены штуцера дл  ввода

40 и вывода газа 2 и 3 дл  ввода и вывода теплоносител  4 и 5 и штуцера дл  жидкости 6 и 7. Корпус аппарата 1 разделен горизонтальными перегородками 8 на секции дл  ввода жидкости 9 и вывода жидкости 10,

45 теплообменную секцию 11 и дополнительную секцию дл  ввода сжатого газа 12, В горизонтальных перегородках 8 установлены цилиндрические трубы 13с распределител ми жидкости 14, а по длине труб 13

50 размещена винтова  пола  спираль 15 на поверхности витков которой выполнены сквозные отверсти  16 и одета тефлонова  трубка 17, а нижний конец полой винтовой спирали снабжен заглушкой 18. Часть дли55 ны цилиндрических труб 13 выполнена пористой 19 (например из керамики). На поверхности трубы 13 нанесено тефлоновое покрытие 20. На корпусе 1 в верхней части секции дл  ввода сжатого газа 12 установлен штуцер 21 дл  ввода газа и штуцер 22 дл  вывода отработанного газа.

Пленочный аппарат работает следующим образом.

Жидкость через штуцер б поступает в секцию дл  ввода жидкости 9, проходит через кольцевой зазор, образованный распределител ми жидкости 14 и в виде жидкостной пленки стекает по внутренней поверхности цилиндрических труб 13, обтека  при этом витки полой винтовой спирали 15 интенсивно перемешиваетс  и контактирует с газом, поступающим через штуцер 2 в секцию 10, а также с газом поступающим через штуцер 21 в дополнительную секцию 12, пористую часть трубы 19 и сквозные отверсти  16. На выходе из цилиндрических труб 13 насыщенна  газом жидкость поступает в секцию 10 и через штуцер 7 выводитс  из аппарата, а отработанный газ поступает в секцию 9 и через штуцер 3 удал етс  из аппарата.

Дл  поддержани  заданной температуры в аппарате в штуцер 4 подаетс  теплоноситель . При наличии на поверхности пористых цилиндрическитх труб 19 и полой перфорированной спирали 15с полупроницаемой мембраной, очищенный газ также барботирует жидкостную пленку интенсивно ее насыща . Отвод отработанного газа осуществл етс  через штуцер 22.

Таким образом использование предлагаемого авторами аппарата позвол ет повысить эффективность аппарата, тем самым снизить его металлоемкость, габариты, уменьшить энергозатраты на перекачивание жидкости, что в конечном итоге снижает себестоимость выпускаемого продукта.

Claims (4)

1. Пленочный аппарат содержащий корпус со штуцерами, разделенный горизонтальными перегородками на секции дл  ввода и вывода жидкости, теплообменную

секцию, через которую пропущены цилиндрические трубы, снабженные распределител ми жидкости и винтовой полой спиралью, отличающийс  тем, что, с целью увеличени  эффективности, аппарат снаб , жен дополнительной секцией дл  ввода сжатого газа, часть длины труб выполнена пористой с размером пор 10-500 мкм, при этом полость цилиндрических труб сообщена с полостью дополнительной секции посредством пористой части труб.

2.Аппарат по п.1. о т л и ч а ю щ и и с   тем, что винтова  пола  спираль выполнена перфорированной, верхний конец спирали герметично соединен с дополнительной сек- цией дл  ввода сжатого воздуха, а нижний снабжен заглушкой. .

3. Аппарат по п.1,отличающийс  тем, что поверхность пористых цилиндрических труб и перфорированной винтовой спи- рали покрыта полупроницаемой мембраной, например тефлоном.

4. Аппарат по. п. 1, о т л и ч а ю щ и и с   тем, что штуцер дл  ввода сжатого газа в дополнительную секцию размещен в верх- ней ее части.