Барботажное устройство для дегазации жидкостей
Изобретение относится к области химической технологии, в частности к процессам десорбции из жидкости растворенных газов. Целью изобретения является повышение производительности устройства и снижение затрат газа. Барботажное устройство содержит смеситель в виде струйного газового эжектора с соплом и камерой смешения. В газовом сопле эжектора на стержне установлен цилиндрический резонатор, образующий со срезом сопла газоструйный ультразвуковой излучатель. Соотношение размеров в устройстве выбрано из условий D<SB POS="POST">O</SB>/(D<SB POS="POST">C</SB>-D<SB POS="POST">CT</SB>)=300-600 ΔН/D<SB POS="POST">O</SB>=0,2,1,0, где D<SB POS="POST">O</SB> - минимальный диаметр камеры смещения эжектора D<SB POS="POST">C</SB> - диаметр газового сопла D<SB POS="POST">CT</SB> - диаметр стержня ΔН - OCEBOE РАССТОяНиЕ МЕжду ТОРцОМ гАзОВОгО СОплА и плОСКОСТью МиНиМАльНОгО СЕчЕНия КАМЕРы СМЕшЕНия. 1 ТАбл., 2 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИН
m 4 B 01 Р 19 00 („((," (1
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
H А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ
= 300 — 600;
Ы(дед г
ЛН/йо = 0,2 — 1,0, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР (21) 4228545/23-26 (22) 02.03.87 (46) 15.04.89. Бюл. № 14 (72) Н. А. Бахтинов, М. А. Спирин и С. К. Урбазаев (53) 66.069.84 (088.8) (56) Патент США № 4070279, кл. 210 — 14, 1979. (54) БАРБОТАЖНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ
ДЕГАЗАЦИИ ЖИДКОСТЕЙ (57) Изобретение относится к химической технологии, в частности к процессам десорбции из жидкости растворенных газов. Целью изобретения является повышение производительности устройства и снижение затрат
Изобретение относится к химической технологии и может быть использовано в процессах десорбции из жидкости растворенных газов, а также при деаэрации и обезвоживании жидких углеводородов и масел.
Целью изобретения является повышение производительности устройства и снижение затрат газа.
На фиг. 1 изображено барботажное устройство для дегазации жидкостей; на фиг. 2 — узел 1 на фиг. 1 (увеличено).
Барботажное устройство содержит бак 1 для обводненного керосина и масла, заправочно-сливной 2 и дренажно-надувной 3 коллекторы.
В нижней части бака 1 на газовом коллекторе 4 установлен газовый ультразвуковой эжектор, содержащий профилированную камеру 5 смешения, газовое сопло 6, в котором на стержне 7 установлен цилиндрический резонатор 8, образующий с соплом газоструйный стержневой излучатель ультразвука. Для улучшения циркуляции выходная часть камеры смешения выполнена в виде перфорированной газлифтной трубы 9.
„„SU„„1472088 А1 газа. Барботажное устройство содержит смеситель в виде струйного газового эжектора с соплом и камерой смешения. В газовом сопле эжектора на стержне установлен цилиндрический резонатор, образующий со срезом сопла газоструйный ультразвуковой излучатель. Соотношение размеров в устройстве выбрано из условий дoо/d < —
d =300 — 600; AH/до — — 0,2,1,0, где с4 минимальный диаметр камеры смешения эжектора; d, — диаметр газового сопла;
d — диаметр стержня; ЛН вЂ” осевое расстояние между торцом газового сопла и плоскостью минимального сечения камеры смешения. 2 ил. I
Размеры резонатора и эжектора выбраны из условий где do — минимальный диаметр камеры смешения эжектора;
d, — диаметр газового сопла;
d — диаметр стержня;
ЛН вЂ” осевое расстояние между торцом газового сопла и плоскостью минимального сечения камеры смешения.
Устройство работает следующим образом.
После заправки жидкости (керосин, трансформаторное масло) в бак 1 в сопло 6 из коллектора 4 подают газ (азот с точкой росы — 50 С) под давлением 4х10 Па. Истекая из сопла 6, сверхзвуковая недорасширенная струя газа за счет взаимодействия с резонатором 8 генерирует интенсивные ультразвуковые колебания, которые распыляют весь газ в виде мелкодисперсных (d(1,0 мм) пузырьков непосредственно вблизи излучателя (внутри зоны низ1472088
do/dc — д, „,=300 — 600;
ЛН/do=0,2 — 1,0
15
25
30 7 C
> 3 „ 0
Средняя величина в серии
Разброс величин
51-63
64-74
70-73 н серии
Раз брос величин кого давления, т. е. вблизи минимального сечения камеры смешения) . В результате пульсаций пузырьков, акустической турбулизации среды, сочетания эффектов выпрямленной диффузии и струйного снижения давления керосин (масло) интенсивно (в 20—
30 раз быстрее, чем известным способом) обезвоживается до минимальной остаточной концентрации в течение времени прохож-. дения потока по камере 5 смешения. Всплываюшие к поверхности пузырьки, выйдя из зоны озвучивания, не успевают восстановить диффузионное равновесие с керосином за время всплытия (низок коэффициент массоотдачи) и уносят избыток влаги, что приводит к более глубокому обезвоживанию.
При этом за счет сокращения длительности процесса затраты газа уменьшаются в 10 — 15 раз.
После окончания процесса подачу газа выключают, а обезноженный керосин из бака сливают.
Размещение на стержне в газовом сопле эжектора цилиндрического резонатора, образующего со срезом сопла стержневой газоструйный излучатель, позволяет при подаче барботируемого газа создать внутри камеры смешения эжектора интенсивные ультразвуковые колебания, которые за счет пульсаций, дробления, акустической турбулизации среды повышают коэффициент массопередачи (в 10--15 раз по результатам экспериментов), увеличивают удельную поверхность контакта фаз за счет дополнительного высокочастотного дробления всей газовой фазы в зоне, непосредственно примыкающей в излучателю (т. е. в зоне низкого давления камеры смешения).
Пульсации пузырьков помимо увеличения коэффициента массоотдачи приводят к эффекту выпрямленной диффузии (т. е. скорость дегазации в стадии расширения оказывается для них выше скорости газонасыгцения в стадии сжатия) .
Высокая скорость массообмена приводит к гому, что он завершается полностью в малом пп.üåìå камеры смешения, т. е. при низком давлении эжекции. Сочетание эффекта выпрямленной диффузии с высокоскоростным проведением массообмена в зоне
Средняя величина ah
Средняя вели« ьна соотношения лЙ/Йгж
Разброс величин
Средняя величина соотношения д, /(с1,» — с1,,„, )
Разброс величин низкого давления камеры смешения эжектора приводит к увеличению глубины дегазации даже при высоком уровне слоя жидкости (так как концентрационный напор в зоне интенсивного массообмена определяется не гидростатическим давлением столба, а давлением эжекции) .
Выбор соотношения размеров резонатора и камеры смешения из условий по результатам экспериментов позволил исключить захлебывание ультразвукового эжектора при максимальном расходе газа, определяемом при заданной плсгцади сечения сопла давлением подачи 3 — 4 ати.
При этом первое условие можно объяснить тем, что объем жидкости может быть заполнен газовыми пузырьками не выше некоторого максимального предела. При значении комплекса более 600 резко увеличивается давление эжекции, что уменьшает концентрационный напор. Снижение значения комплекса ниже 300 ограничено максимально возможным газосодержанием.
Второе условие определяется необходимостью, чтобы размер зоны интенсивной акустической турбулентности газожидкостной эмульсии не выходил в зону восстановления давления эжектора, т. е. чтобы интенсивный массообмен совершался в зоне пониженного давления.
Эксперименты проводились на прозрачной модели бака объемом 50 дмз (вода) и в баке V=15,3 м (керосин с высотой слоя 7 м).
В экспериментах на прозрачных моделях визуально по плоской прозрачной стенке измерялись диаметр газожидкостного шлейфа, =do и расстояние ЛЙ от торца газового сопла, на котором этот диаметр стабилизируется (длину начального участка дробления компактной кольцевой газовой струи) .
Результаты 3-х серий из 5 экспериментов для резонатора с размерами d,=5 мм, d 4 мм при подаче азота под давлением
3 — 5 кгс/см- представлены ниже.
39 56 63
15-30 21-64 21-73
05408509
0,2-0,6 0,3-1,0 0,3-1,0
385 586 595
298-450 460-600 550-598
1472088
Формула изобретения
do/ñÑ вЂ” d — 300 — 600;
ЛН/до=0,2 — 1,0, Фиг 1
Сост а витель О. Кал як и на
РедакторМ. Бандура Техред И. Верес Корректор О. Кравцова
Заказ 1410/7 Тираж 600 Г1одписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
1 1 3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4, 5
Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, угь Гагарина, 101
Значительный разброс параметров в сериях экспериментов объясняется наложенными пульсациями всего газожидкостного шлейфа.
Размеры устройства при опытной эксплуатации были выбраны по результатам экспериментов в прозрачной модели и составляли: do=0,72 мм; d,=5 мм; А,„=4 мм;
ЛО= 50 м м; 14= 150 м м — ди а метр ц ил и ндрической части камеры; О»=6000 мм — высота камеры.
Таким образом, проведенные эксперименты позволяют обосновать выбор оптимальных соотношений, которые не могли быть получены для излучателей ультразвука известными методами расчета.
В целом указанные особенности за счет использования сочетания эффектов выпрямленной диффузии, ультразвукового увеличения скорости массообмена и струйного снижения давления приводят к увеличению производительности и глубины дегазации.
Так, например, при барботажном удалении растворенной воды из керосина сухим (точка росы — 50 С) азотом ультразвуковое устройство на полупромышленной установке (объем V=15 м", высота слоя H=7 м) позволило достигнуть глубины обезвоживания в — 1,5 раза ниже, чем при использовании в этих условиях обычного барботажа (т. е. достигнуть температуры помутнения пробы керосина по ГОСТ 50б6 — 56 в колбе
V=2 дмз не Т», — — — 40 С как в известнзм устройстве, а T o (— 60 С). При этом производительность установки была увеличена в -30 — 20 раз (длительность обезвоживания сократилась со 100 до 3 — 5 ч).
Использование изобретения позволит повысить не менее чем в 20 раз производительность дегазационных установок и в 10
15 раз сократить затраты газа на процесс.
Барботажное устройство для дсгаза1гнп жидкостей, содержащее смесительиый элемент, выполненный в виде струйного газового эжектора с соплом и камерой смешения, установленного в нижней части емкости, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности и снижения затрат газа, устройство снабжено цилиндрическим резонатором, установленным в газовом сопле эжектора при помощи стержня, при этом раз20 меры резонатора и эжектора определяют из условия
25 где с4 — минимальный диаметр кази ры смс шения эжектора;
d, — диаметр газового соила;
d — диаметр стержня;
AH — осевое расстояние между торцом
30 газового сопла и плоскостьн» 1инимального сечения камеры смешения.
