способ продувки газа через обрабатываемую жидкость

Формула изобретения

Способ продувки газа через обрабатываемую жидкость, заключающийся в продувке жидкости струями газа, отличающийся тем, что осуществляют предварительное контактирование струи газа с потоком кавитирующей жидкости, образующейся в сопловом насадке, с последующим ударным встречным взаимодействием таких струй, при этом, в случае необходимости, в исходный поток воздуха дополнительно подают воду.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к продувке газами жидкостных аппаратов при осуществлении различных химико-технологических процессов в нефтяной, нефтехимической, нефтеперерабатывающей промышленности.

Известен способ продувки газа в жидкостных аппаратах через перфорированный распределитель, при этом эффективность продувки (использования газа) повышается с уменьшением размеров пузырьков газа и увеличением их числа, которые обуславливаются скоростью истечения газа, диаметром отверстий и вязкостью жидкости.

Наиболее близким техническим решением к предполагаемому изобретению является способ продувки жидкости струями газа, вводимых в аппарат со скоростью 20-60 м/с, при этом в конце газовой струи образуется куполообразная каверна, распадающаяся в дальнейшем на мелкие пузырьки, которые так называемый "пузырьковый шлейф".

Недостаток - если вязкость обрабатываемой жидкости более 0,02 Пас (как, например, у битума), то при струйной продувке образуется небольшое количество крупных пузырей. Поэтому струйная продувка вязких жидкостей (например, битума) возможна лишь в тех случаях, когда можно осуществлять достаточную турбулентность жидкой фазы.

Задача изобретения - повышение качества продувки газа через обрабатываемую жидкость путем увеличения степени дисперсности его пузырьков.

Поставленная задача достигается тем, что осуществляют предварительное контактирование струи газа с потоком кативирующей жидкости, образующейся в сопловом насадке с последующим ударным встречным взаимодействием таких струй, при этом, в случае необходимости, в исходный поток воздуха дополнительно подают воду.

На чертеже показана схема, поясняющая предлагаемый способ. Обрабатываемая жидкость поступает в патрубок коаксиально соплового насадка со скоростью 2-3 м/с. В зоне коаксиального сопла скорость потока возрастает до 15-25 м/с, а давление падает. Жидкость под воздействием пониженного давления воспринимает расширяющие усилия и в момент равенства этого давления и давления насыщенных паров вскипает, образуя каверну с микропузырьками по всему сечению соплового насадка. При схлоповании микропузырьков образуются кумулятивные микроструи, которые оказывают перемешивающее воздействие на смеси жидкости и газа.

Через сопло насадка 1 в область каверны 2 подается воздух со скоростью 30-60 м/с. Под воздействием кумулятивных струй, скорость которых достигает порядка 10 м/с, и местных давлений в пределах 10⁴ МПа, происходит микрокинетическое перемешивание фаз с образованием мелкодисперсных включений и наиболее активное протекание реакции. Сила давления кумулятивных струй, количество пузырьков газа в жидкости и капель жидкости в газе, а значит и качество смешения, зависит от температуры и вязкости жидкой фазы. Смесь газа и капель жидкости в объеме каверны имеет собственную частоту и амплитуду колебаний, которые зависят от температуры и давления в потоке.

Вода, подаваемая через сопло насадка 3, также попадает в область каверны, где в результате смешения воды с нагретой жидкостью возможно возникновение парового схлопывания (взрыва), который приводит к тому, что значительная часть высвобождающейся энергии реализуется в виде ударной волны.

Образовавшийся поток газожидкостной смеси вначале ведет себя как свободная затопленная струя, вытекающая в неограниченное пространство, и имеет традиционный для этой ситуации характерный профиль скоростей. Затем, как показали результаты исследований, наличия с расстояния примерно в два калибра от границы встречных потоков, расположенных на одной оси, профиль струи деформируется: появляется провал аксиальных скоростей по оси потока, увеличивающийся по мере приближения к границе соударений струй, а вектор скорости начинает поворачиваться в направлении, перпендикулярном оси струй. В зоне соударений струй возникает колебательное движение дисперсных фаз из одной струи в другую. После слияния встречных струй поток перестраивается, появляется четко выраженный максимум скоростей в плоскости симметрии. После того как весь газ струи переходит в пузырьковое состояние, т.е. в жидкости и группы пузырьков начинают двигать так называемым "пузырьковым шлейфом", эжектируя окружающую жидкость, обеспечивая достаточно большую поверхность обменных реакций.

Экономичность применения предлагаемого способа продувки воздуха показана в сравнении: обычный реактор и реактор со струйной подачей воздуха. (см. таблицу).

Использование изобретения в реакторе окисления битума позволяет уменьшить габариты реактора и величину подачи продувочного воздуха за счет увеличения полноты использования содержания в нем кислорода, избежать коксования реактора, сократить время продувки, повысить пропускную способность реактора.