Устройство для смешивания двухфазных потоков

 

Использование: для смешивания двухфазных систем и может быть использовано в массообменных барботажных аппаратах в химической, нефтехимической, микробиологической и других отраслях промышленности. Сущность изобретения: устройство для смешивания двухфазных потоков содержит циркуляционный контур, выполненный в виде соединенных между собой в верхней и нижней частях переточными патрубками циркуляционных труб с восходящим и нисходящим потоками патрубок для ввода газа, сужение и перекачивающее устройство, размещенное в нижней части трубы с восходящим потоком над выходом переточного патрубка, в котором последовательно установлены патрубок для ввода газа и сужение, которое может быть выполнено в виде набора отдельных сужающих элементов, образующих решетку. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к устройствам для смешивания двухфазных систем, а именно газа и жидкости, и может быть использовано в массообменных барботажных аппаратах в химической, нефтехимической, микробиологической и других отраслях промышленности.

Известно устройство, содержащее циркуляционный контур, выполненный в виде соединенных между собой в верхней и нижней частях переточными патрубками подъемной и опускной труб, и дополнительный патрубок для подвода газа, расположенный в опускной трубе, при этом площадь поперечного сечения подъемной трубы может быть больше поперечного сечения опускной трубы.

Недостатками известного устройства являются значительные затраты энергии на транспорт газа, узкий диапазон работы при подаче части газа в нисходящий поток, низкая интенсивность массообмена в нисходящем потоке из-за подачи в поток только части газовой фазы.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее циркуляционный контур, выполненный в виде соединенных между собой в верхней и нижней частях переточными патрубками циркуляционных труб с восходящим и нисходя- щим током, перекачивающее устройство, установленное в верхней части известного устройства, патрубок для ввода газа и сужение, расположенные в трубе с нисходящим потоком в ее верхней части.

К недостаткам известного устройства можно отнести недостатки, присущие устройству, а также сложность установки перекачивающего устройства в верхней части с нисходящим потоком.

Цель изобретения - снижение затрат на растворение газа, интенсификация массообмена, расширение диапазона рабочих нагрузок и упрощение монтажа устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для смешивания двухфазных потоков, содержащем циркуляционный контур, выполненный в виде соединенных между собой в верхней и нижней частях переточными патрубками циркуляционных труб с восходящим и нисходящим потоками, расположенный в трубе с нисходящим потоком патрубок для ввода газа, сужение и перекачивающее устройство, последнее размещено в нижней части трубы с восходящими потоком над выходом переточного патрубка, в котором последовательно установлены патрубок для ввода газа и сужение. Сужение при этом может быть выполнено в виде набора отдельных сужающих элементов, образующих решетку.

Сравнение данного технического решения с прототипом выявило наличие следующих отличительных признаков: размещение перекачивающего устройства в нижней части трубы с восходящим потоком, патрубок для ввода газа, расположенный в нижнем переточном патрубке трубы с нисходящим потоком перед сужением. Это позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию "новизна".

Сравнение предлагаемого технического решения с известными в технике не выявило наличие в последних сходных отличительных признаков, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого решения критерию "существенные отличия".

На чертеже представлена схема устройства для смешивания двухфазных потоков.

Устройство содержит циркуляционный контур, выполненный в виде соединенных между собой в верхней и нижней частях переточными патрубками 1 и 2 соответственно циркуляционных труб 3, 4 соответственно с восходящим и нисходящим газожидкостными потоками. В нижней части трубы 3 с восходящим потоком над уровнем выхода патрубка 2 размещено перекачивающее устройство 5. В нижней части трубы 4 с нисходящим потоком, в патрубке 2, выполнено сужение 6, перед которым установлен патрубок 7 для ввода газа. При большом диаметре трубы 4 с нисходящим потоком сужение 6 может быть выполнено в виде набора отдельных сужающих элементов, образующих решетку. Циркуляционная труба 3 с восходящим потоком снабжена устройством 8 для диспергирования газа. При большом диаметре трубы 4 с нисходящим потоком сужение 6 может быть выполнено в виде набора отдельных элементов, составляющих горизонтальную решетку. В трубе 4 с нисходящим потоком расположена продольно-секционная насадка 9, разделяющая поток на ряд параллельных каналов. Вверху трубы 3 размещен сепаратор 10, снабженный патрубками 11 для отвода отработанного газа.

Устройство работает следующим образом.

Включают перекачивающее устройство 5 и после установления равномерной циркуляции жидкости в патрубок 7 в зону перед сужением 6 вводят газ. Сужение 6 затрудняет попадание газа в зону работы перекачивающего устройства 5, чем предотвращает захлебывание и тем самым не снижает насосную производительность устройства 5. Расположение патрубка 7 для ввода газа перед сужением 6 позволяет расширить диапазон устойчивой работы устройства по газовой нагрузке и снизить затраты энергии при вводе газа под малый гидростатический уровень жидкости.

По мере продвижения пузырьков газа в трубе 4 с нисходящим потоком под действием гидростатического давления происходит их сжатие, и за счет увеличения движущей силы интенсифицируется массоперенос газа в жидкую фазу. В трубе 3 с восходящим потоком энергия, затраченная на компремирование газа, высвобождается и пузырьки всплывают вверх. Если нисходящий поток является аккумулятором всей вводимой энергии, то в восходящем потоке происходит высвобождение затраченной энергии.

Насадка 9, расположенная вдоль всего нисходящего потока в трубе 3 способствует приближению профиля скорости жидкости по сечению к равномерному профилю, что придает устойчивость нисходящему двухфазному потоку.

Преимущества предлагаемого устройства, по сравнению с прототипом, заключаются в снижении затрат энергии на растворение газа в результате подачи всего газа в нисходящий поток под малый гидростатический уровень жидкости, расширении диапазона устойчивой работы по газовой нагрузке, интенсификации процесса массообмена в нисходящем потоке за счет благоприятного гидродинамического режима и увеличения газосодержания, интенсификации массообмена за счет увеличения движущей силы процесса при возрастании гидростатического давления, упрощении и удешевлении монтажа за счет помещения перекачивающего устройства, сужения и патрубка для ввода газа в нижнюю часть установки.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ СМЕШИВАНИЯ ДВУХФАЗНЫХ ПОТОКОВ, содержащее циркуляционный контур, выполненный в виде соединенных между собой в верхней и нижней частях переточными патрубками циркуляционных труб с восходящим и нисходящим потоком, перекачивающее устройство, патрубок для ввода газа расположен в трубе с нисходящим потоком, выполненной с сужением, отличающееся тем, что, с целью снижения затрат на растворение газа, интенсификации процесса массообмена и расширения диапазона рабочих нагрузок, перекачивающее устройство размещено в нижней части трубы с восходящим потоком над выходом переточного патрубка, в котором последовательно установлены патрубок для ввода газа и сужение.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сужение выполнено в виде набора отдельных сужающих элементов, образующих решетку.

РИСУНКИ

Рисунок 1