Аппарат для проведения массообменного процесса в системе жидкость-газ

Аппарат для проведения массообменного процесса в системе жидкость-газ

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

"" 878786

Союз Советских

Социалистических

Реслублнк

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Х АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 02.07.79 (21) 2791453/28-13 (51) M. Кл.з

С 12 М 1/02

В 01 Г 3/04 с присоединением заявки ¹â€”

Государственный комиту3 (23) Приоритет— (43) Опубликовано 07.11.81. Бюллетень № 41 (45) Дата опубликования описания 07.11.81

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 663 14 032 (088.8) тз.г, —. (72) Авторы изобретения

В. А. Сабаиин, К. И. Попов, 3. А. Шишкин, А. Г. Демин,.Э. Я. Тарат и А. Ф. Туболкин (71) Заявитель (54) АППАРАТ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ

МАССООБМЕННОГО ПРОЦЕССА В СИСТЕМЕ

ЖИДКОСТЬ вЂ” ГАЗ

Предлагаемый аппарат относится к химической и микробиологической промышленности и предназначен преимущественно для аэрации жидкости.

Известен аппарат для проведения массообменного процесса в системе жидкость — газ, содержащий внутри емкости центробежный насос, укрепленный на валу под трубой для подачи аэрирующего агента к насосу (1).

Известен аппарат, содержащий емкость, диффузор, перемешивающее устройство с газоподводящей трубой (2).

У известных аппаратов значительные затраты энергии на преодоление воздухом аэродинамического сопротивления в воздуховоде из-за относительно большой его длины, наличия колен, щелей, отверстий и т. д. Кроме того, в них сложен монтаж вала привода перемешивающего устройства в подшипниковых опорах из-за необходимости их точной центровки.

Ближайшим техническим решением к предложенному является аппарат для проведения массообменного процесса в системе жидкость — газ, преимущественно для вырагцивания микроорганизмов, содержащий емкость, имеющую в днище круглое впускное отверстие для газа, установленный в емкости диффузор и перемешиваю2 щее устройство, выполненное в виде колеса центробежного насоса, установленного над впускным отверстием для газа с вертикальным зазором между нижней перифе5 рийной кромкой рабочего колеса и внутренней поверхностью днища емкости (3).

При этом колесо установлено на валу с сальниковым уплотнением, расположенным в днище емкости.

10 Привод вала размещен вне емкости.

Однако у известного аппарата ограниченный удельный расход аэрирующего воздуха из-за повышенных затрат энергии на преодоление аэродинамического сопротив15 ления в системе подачи газа и наличие слабо аэрируемых зон у дна емкости аппарата.

Цель изобретения заключается в повышении эффективности массообмена и сни20 женин энергозатрат на перемешпвание и аэрацию.

Для этого в предложенном аппарате для проведения массообменного процесса в системе жидкость — газ, содержащем

25 емкость, имеющую в днище круглое впускное отверстие для газа, установленный в емкости диффузор и перемешивающее устройство, выполненное в виде колеса центробежного насоса, установленного над

30 впускным отверстием для газа с вертикаль878786

3 ным зазором между нижней периферийной кромкой рабочего колеса и внутренней поверхностью днища емкости, отношение диаметра впускного отверстия для газа к диаметру колеса составляет 1,01--1,05, а отношение разности указанных диаметров к величине вертикального зазора между нижней периферийной кромкой рабочего колеса и внутренней поверхностью днища емкости составляет 0,4 — 2,0.

ЕЕа фиг. 1 схематично изобра)кен предложенный аппарат, продольный разрез; на фиг, 2 — узел 1 фиг. 1.

Аппарат для проведения массообменного процесса в системе жидкость — газ содержит емкость 1, имеющую в днище Iio центру круглое впускное отверстие 2 для газа, над которым по его геометрической оси установлено перемешивающее устройство, выполненное в вице колеса 3 центробежного насоса, и диффузор 4. Колесо 3 установлено с всртика II>III ui зазором /I, между нижней периферийной кромкой рабочего колсса и внутренней поверхностью днища емкости.

Перемешивающсе устройство выполняет одновременно функции динамического уплотнения впускного отверстия 2 по жидкости и аэратора. Диаметр 0) отверстия 2 ревышает диаметр 1)„колеса 3, поэтому между колесом 3 и днищем емкости 1 образуется горизонтальный кольцевой зазор для входа воздуха в емкос) ь 1 на аэрацию.

Величина этого горизонтального кольцевого зазора, определяемого разностью радиусов отверстия 2 для входа газа и колеса 3, выбирается наименьшей, удобной для монтажа колеса 3. Обычно величина этого зазора, достаточная для произьодства io»тажных работ, составляет 0,005 — 0,025 от диаметра перемешивающего устройства, т. е. отношение диаметра отверстия 2 для входа газа к диаметру рабочего колеса 3 должно быть в пределах 1,01 — 1,05. Величина всртпкального зазора /г, устанавливается в зависимости от расхода воздуха и параметров колеса 3 и размеров аппарата. Для реальных систем при величине аэрации

0,01 — 0,04 м /с воздуха на кубический метр рабочего объема вертикальный зазор находится в пределах 0,005 вЂ,125 от диаметра колеса 3, при этом отношение разности ,иаметров отверстия 2 для входа газа и колеса 3 к вертикальному зазору между пижпсй периферийной кро t«DII колеса и внутренней плоскостью днища емкости 1 составляет 0,4 — 2,0. 1(олесо 3 жестко закреплено на валу 5 привода 6. Вал 5 имеет возможность осевого перемещения и для этого выполнен телескопическим, причем диаметр его верхней части больше диаметра нижней. Привод б вала 5 установлен под емкостью 1. странству между стенкой емкости 1 и диффузором 4, и после сепарации газа жидкость поступает к всасывающей горловине рабочего колеса 3 через внутреннее просграпство диффузора 4.

Необходимый расход воздуха на аэраяию для заданного процесса устанавливается выбором величины вертикального за.,сра /г, путем перемещения колеса 3 вме00 сте с верхней частью телескопического ва

65 ла 4 относительно его нижней части. Eiàличие отверстия 2, диаметр которого больше диаметра колеса 3, обуславливает ми4

Отверстие 2 снабжено стояночным уплотнением для его герметизации ь период пуска и остановки привода. Стояночное уплотнение выполнено в виде горизонталь5 ного диска 7 с радиальным сальником 8 для уплотнения верхней части вала 4.

Диск 7 снабжен механизмом 9 вертикального перемещения, который электрически сблокирован с приводом б.

10 Величина кратчайшего расстояния l между кромкой отверстия 2 в днище емкости 1 аппарата и колесом 3 перемешивающего устройства зависит от типа и размера перемешивающего устройства, от скорости его вращения, от величины необходимого расхода газа на аэрацию и от стати ческого давления жидкости у днища емкости 1. Этот зазор t условно разделен»а горизонтальный зазор, определяемый разностью радиусов отверстия для входа газа 2 и колеса 3, и вертикальный зазор /г,, образованный нижней периферийной кромкой колеса 3 и внутренней поверхностью днища емкости 1. Величина вертикального зазора h, должна быть не меньше горизонтального.

Предлагаемый аппарат работает следующим образом. Псред заполнением емкости 1 диск 7 механизмом вергикального перемещспия 9 прижат к днищу емкости 1 и герметизирует отверстие 2. В этом положении диска 7 салыгиковое уплотнение 8 находится на верхней утолщенной части вала 5 и уплотняет его. Колесо 3 приводится во вращение валом 5 привода 6 после заполнения емкости 1 жидкостью. Прп достижении номинальной скорости вращения колеса 3 механизм 9 вертикального перемещения отжимает диск 7 вниз и от40 «рывает отверстие 2. При вращении колеса 3 создается радиальный поток жидкости. Вследствие действия кинетической энергии этого потока между самим потоком и днищем емкости 1 образуется разре кение. Под действием разрежения в кольцевой зазор между рабо чим колесом 3 и днищем емкости 1 через отверстие 2 засасывается воздух, который смешивается с радиальным потоком жид50 кости. Образовавшийся газожидкостный поток движется вверх по кольцевому про878786

5 нимальное аэродинамическое сопротивление, благодаря чему улучшаются условия всасывания воздуха и увеличивается его удельный расход, так как на величину расхода у самовсасывающих мешалок большое влияние оказывает аэродинамическое сопротивление воздуховода. Увеличение удельного расхода воздуха, смешивающегося с жидкостью в режиме эжекции у самого дна емкости 1 аппарата, увеличивает контактирующую поверхность и ликвидирует мало аэрируемые зоны у дна аппарата и тем самым интенсифицирует процесс массообмена.

Вытеканию жидкости из емкости 1 через отверстие 2 препятствует динамический напор радиального потока жидкости, создаваемый колесом 3. Величина напора значительно больше статического давления столба жидкости у дна емкости 1.

В период работы перемешивающего устройства радиальный сальник 8 находится на тонкой нижней части телескопического вала 5 и его не касается, что предохраняет сальник 8 от износа и удлиняет срок его службы.

В случае плановой или аварийной остановки колеса 3 перемешивающего устройства механизм 9 вертикального перемещения поднимает диск 7 и прижимает его к днищу, герметизируя отверстие 2.

Таким образом, предлагаемый аппарат имеет меньшее аэродинамическое сопротивление на входе воздуха в емкость 1, по сравнению с известными, экономичнее их по расходу энергии на перемешивание и аэрацию на 5 — 7% и обеспечивает боль шую интенсивность массообмена между газовой и жидкой фазами за счет увеличения удельного расхода воздуха и за счет того, что его всасывание и перемешивание с жидкостью происходит в режиме эжекции у самого дна емкости 1.

Благодаря наличию отверстия 2 в днище монтаж рабочего колеса 3 упрощается, ц отпадает необходимость в установке подшипникового узла, а следовательно, и в трудоемкой работе по центровке вала в нем с высокой точностью.

5 Наличие сальншоэвого уплотнения 8 в диске 6 обеспечивает его сохранность, TdK как это уплотнение работает только в период запуска и остановки привода, остальное же время сальниковое уплотнение наИ ходится вместе с диском 7 на более тонкой нижней части вала привода, не контактирует с ним и выключено из работы.

Формула изобретения

15 Аппарат для проведения массообменного процесса в системе жидкость — газ, преимущественно для выращивания микроорганизмов, содержащий емкость, имеющую в днище круглое впускное отверстие

3о для газа, установленный в емкости диффузор и перемешивающее устройство, выполненное в виде колеса центробежного пасоса, установленного над впускным отверстием для газа с вертикальным зазо25 ром между нижней периферийной кромкой рабочего колеса и внутренней поверхностью днища емкости, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности массообмена и снижения энергозатрат на перемсшивание и аэрашпо, отношение диаметра впускного отверстия для газа к диаметру колеса составляет 1,01 — 1,05, а отношение разности указанных диаметров к величине вертикального зазора между з5 нижней периферийной кромкой рабочего колеса и внутренней поверхностью днища емкости составляет 0,.4 — 2,0.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

40 1. Патент Англии 1221022, кл. В 01 Г

5/10, опублик. 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 579304, кл. С 12 В 1/10, опублик. 1977.

3. Патент ФРГ и 1287035, кл. 6 а

45 15/03, опублик. 1966 (прототип).

878786

Составитель Г. Лошкарева

Техред И. Пенчко Корректоры О. Гусева и Т. Трушкина

Редактор И, Марголис

Заказ 7396

Изд. № 572 Тираж 530

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Загорская типография Упрполиграфиздата Мособлисполкома