Способ получения плотного слоя капель и пузырей

 

Использование: химическое и энергетическое машиностроение. Сущность изобретения: позволяет получить устойчивый режим плотного слоя в процессе работы тепломассообменного аппарата, работающего на дисперсных системах жидкость-жидкость и газ-жидкость путем принудительного торможения капель и пузырей в некотором произвольном сечении аппарата.

Изобретение относится к химическому и энергетическому машиностроению и может быть использовано при разработке химических реакторов, экстракторов и теплообменников с непосредственным контактом фаз.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков, повышение устойчивости плотного слоя и улучшение управляемости аппаратов, работающих в режиме плотного слоя капель и пузырей.

Указанная цель достигается тем, что плотный слой капель и пузырей получают путем принудительного торможения капель и пузырей в некотором произвольном сечении аппарата. В работе на основе анализа математической модели гидродинамики дисперсных систем показано, что режим плотного слоя реализуется в колонне в том случае, когда объемная доля частиц на выходе из рабочей части аппарата поддерживается выше значения объемной доли частиц, соответствующего режиму обычного всплытия (осаждения) при заданных расходах фаз. В соответствии с законом сплошности для осредненного стационарного движения дисперсной фазы скорость частиц обратно пропорциональна объемной доле и должна быть при этом ниже равновесного значения, соответствующего режиму обычного всплытия (осаждения) частиц. Таким образом торможение капель или пузырей в колонне должно приводить к образованию слоя частиц с более высокой объемной долей в части аппарата, расположенной ниже места торможения, если диспергированная фаза легче сплошной, и выше места торможения, если диспергированная фаза тяжелее сплошной. Естественное торможение частиц и связанное с ним увеличение объемной доли происходит вблизи поверхности раздела фаз, когда число капель коалесцирующих на поверхности раздела, в единицу времени становится меньше их числа, подходящих к этой поверхности. Таким образом капли накапливаются под поверхностью раздела и происходит образование плотного слоя.

П р и м е р. Получение плотного слоя капель и пузырей производилось в лабораторном противоточном колонном аппарате. Торможение частиц в некотором сечении аппарата осуществлялось за счет локального повышения концентрации частиц, вызываемого уменьшением поперечного сечения колонны. Получение плотного слоя капель и пузырей в аппарате производилось следующим образом: - устанавливался требуемый расход сплошной (тяжелой) фазы; - включалась подача легкой (диспергированной) фазы и устанавливался требуемый расход. При этом в месте сужения колонны сразу образовался плотный слой капель или пузырей; - известным способом, т. е. путем превышения расхода сплошной фазы на выходе из аппарата над расходом на входе, граница раздела плотный-неплотный слой опускалась в аппарате вплоть до диспергирующего устройства, тем самым часть аппарата ниже места сужения оказывалась заполненной плотным слоем капель или пузырей.

Эксперименты производились в аппарате диаметром 60 мм на двух системах Н-декан-вода и воздух-вода с добавлением уксусной кислоты в количестве 0,3-0,5 г/л. Эквивалентный диаметр капель Н-декана в воде в экспериментах составлял 1 и 6 мм. Пузырьки воздуха имели эквивалентный диаметр 4 мм. Во всех случаях плотный слой образовывался при любых допустимых расходах диспергированной фазы и не разрушался в процессе работы аппарата.

Использование предлагаемого способа получения плотного слоя капель и пузырей обеспечивает по сравнению с существующим способом следующие преимущества: - упрощение управления колонными аппаратами, работающими в режиме плотного слоя капель и пузырей в момент пуска вследствие возможности образования уплотненного слоя при любых допустимых расходах диспергированной фазы; - повышение устойчивости режима плотного слоя в процессе работы аппарата вследствие исключения зависимости существования плотного слоя от неконтролируемых процессов на поверхности раздела фаз. (56) Ягодин Г. А. и др. Основы жидкостной экстракции. М. : Химия, 1981.

Броунштейн Б. И. , Щеголев В. В. Гидродинамика, массо- и теплообмен в колонных аппаратах. Л. : Химия, 1988.

Letan R. , Kehat E. , The Mechanics of a Spray Columm AIChE S. v. 13, N 3, 1967, рр. 443-445.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЛОТНОГО СЛОЯ КАПЕЛЬ И ПУЗЫРЕЙ в колонном аппарате, включающий торможение частиц на выходе из рабочей зоны аппарата и последующее заполнение плотным слоем рабочей зоны аппарата, отличающийся тем, что, с целью расширения интервала расходов диспергированной фазы, при котором возможно образование плотного слоя и повышение его устойчивости, торможение частиц в аппарате осуществляют принудительно ниже поверхности раздела фаз.