Zařízení pro provádění absorpce a chemické nebo biochemické reakce v systému nízkotlaký plyn-kapalina

Je ešte 1 strana.

Pozerať všetko strany alebo stiahnuť PDF súbor.

Text

Pozerať všetko

Vynález se týká zařízení pro provádění absorpce a chemické nebo biologické reakce v systému nízkotlaký plyn-kapalina.V chemickém nebo potravinářském průmyslu, V zemědělské praxi, příp. při řešení problematikyodpadních vod chemicky nebo biologicky znečistěných je často nutné kontaktovat plynnou fázi s kapalínou pro selektivní vypírku škodlivých plynů, provádět chemické nebo biochemické reakce složek v plynu se složkami V kapalině pro výrobu nových užitečných produktů nebo naopak rozkládat škodliviny v kapalné fázi reakcí E plynem. Ve všech těchto případech je nutné, aby zařízení, ve kterém dochází ke styku plynu s kapalinou, umožnilo vhodným způsobem přechod aktivní složky z plynu přes mezifázové rozhraní do kapaliny, kde dochází k požadovanému procesu. Velmi častý je případ, kdy plyn, který je nositelem aktivní reagující složky,má jen nepatrný přetlak vůči okolní atmosféře.Je tomu tak například u bioplynu, tj. směsi převážně metanu s kysličníkem uhličitým,tvořícím se ve fermentorech za nízkého přetlaku, obvykle do 2 kPa nebo V případě ozonu, kdy konstrukce ozonizátoru nedovolují vyšší přetlak než asi 30 kPa nebo při kontaktu kapalin se vzduchem, např. pro oxidaci některých složek v kapalině, kdy je nutno použít energicky náročných kompresorů nebo ventilátorů případně vodokružných čerpadel, nemá-li vzduch obsahovat stopy olejů. V každém případě je nutné vytvořit mezifázové rozhraní.Dcsavadní zařízení pro tvorbu účinného kontaktu - mezifázového rozhraní mezi plynnou a kapalnou fází - můžeme rozdělit do tří skupinA- zařízení, ve kterých se tvoří disperse bublin plynu v kontinuální kapalné fázi- zařízení, ve kterých dochází k dispergaci kapaliny do kontinuální plynné fáziV prvém typu zařízení je nezbytné pro dispergaci plynu dodat plynu příkon k překonání odporu částí zařízení, např. v otvorech rozdělovače plynu a zejména k překonání hydrostatického sloupce kapaliny. Tuto část příkonu můžeme vyjádŕit vztahem V.h.Íł.g, kde V je průtok plynu, h výška sloupce kapaliny, /Ě měrná hmotnost kapaliny a g tíhová konstanta. Vzhledem k praktickým výškám kapalinových sloupců, které jsou řadově stovky až tisíce milímetrü kapaliny je zřejmě, že není-li k disposici příslušný přetlak plynu, nelze bez použití kompresorü nebo ventilátorů taková zařízení aplikovat. Jak již bylo zmíněno, dmychací zařízení jsou energeticky náročná a mnohdy - v případě výbušných plynu - vzhledem k nutnosti jejich nevýbušného provedení drahá nebo obtížně dostupná. Výhoda takových zařízení je však v tom, že dovolují různou dobu kontaktu fází, která v konkretních případech chemických a biochemických reakcí bývá V minutách až desítkách minut.Zařízení, ve kterých dochází k dispergaci kapaliny a která nevyžadují přetlak plynu,vyžadují obvykle účinné, energeticky též náročné čerpání kapaliny přes dispergátor. Často se však dispergace kapek dosahuje použitím přetlaku V plynné íázi. charakteristické pro tato zařízení je však to, že doba kontaktu fází není nastavitelná a je omezena prakticky na dobu,rovnající se době pádu kapek v reaktoru, což je v sekundách. Je to zcela nevýhodné pro většinu chemických a biochemických reakcí, které nejsou nekonečné rychlé, jak tato zařízeníZařízení s filmem kapaliny, například 5 tahokovem nebo kovovými spirálkami, na ktoré se navádějí kapky nebo film kapaliny, jsou z toho hlediska, že nepotřehují přetlak plynné fáze, a že tok kapaliny je umožněn gravitacĺ, ale doeavadní konstrukce dovolují pouze omezenou dobu prodlení, minimálně V desítkách sekund, což je pro většinu reakcí nopřijatelné. Kapalina musí rocyklovaí, což je jednak energeticky nevýhodně, jednak účinný objem rcaktoru se významněVšechny tyto nevýhody odstraňuje zařízení pro provádění absorpce a chemické nebo biochemické reakce v systému nízkotlaký plyn-kapalina podle vynálezu jehož podstata spočíva v tom, že je tvořeno trubkou, jejíž stěny jsou zvlněné, přičemž tvar vrcholové části vln je podoby části kružnice, elipsy, sinusoidy, čtverce, obdélnika, lichoběžníka nebo trojúhelníka. Trubka je spirálovitě stočená a na sebe navrstvena a je opatřena vstupním elementem s přívodem plynu a přívodem kapaliny a je zakončena výstupním elementem s odvodem plynu a odvodem kapaliny. Uvedená trubka je rozdělena na úseky, které jsou spojeny sifonovými spojí opatřenými vstupem kapaliny a výstupem plynu a sifonovým uzávěrem a vstupem čerstvého plynu a přepadem kapaliny, přičemž takových úseku může být libovolný počet a poslední úsek je zakončen výstupním elementem. Trubka je tvořena z plastů a může být pokovena, příp. je tvořena slitinou s pžídavkem Fe a/nebo Al.Na obr. 1 je patrné, že vrcholy vln A a A mohou ležet proti sobě nebo mohou být vzájemně posunuty, přičemž výšky 5 a E se mohou lišit podobné jako šířky vln g a Q. Část trubky v nejběžnějším provedení konkávnĺch a konvexních vln je schematicky znázorněna na obr. 1. Absorpční zařízení je tvořeno truhkou, jejíž průměr Q je v rozmezí 10 až 100 mm, která je spirálovitě stočena a postupně na sebe navrstvena (obr. 2). Vzhledem k postupnému vrstvení trubky na sebe je vždy zachován minimální sklon trubky. Úhel sklonu alfa se může libovolněměnit v rozmezí 0 až 60 °. Stočená trubka, tvořící absorpčni zařízení, je na vstupu opatřena vstupním elementem l, který je opatřen přivodem g plynu a přivodem Q kapaliny.Stočená trubka se zvlněnými stěnami je ukončena výstupním elementem, opatřeným odvodem Ž plynu a odvodem Q kapaliny, nebo může ústit do sifonového spoje 1, jehož schéma je na obr. 3. Sifonový spoj 1 je opatřen vstupem § kapaliny, výstupem g plynu, sifonovým uzávěrem lg, vstupem 1 čerstvého plynu a přepadem 33 kapaliny. Takto může být pomocí sifonového spoje pospojováno libovolné množství trubek do serie. Konečný výstupní element 3 se přiřazuje k jedné sekci vlnité trubky nebo poslednímu úseku seriově zapojených trubek.Výstupní element 3 je současně rozdělovačem fází po reakci. odvod plynu Ě může býtvýhodně napojen na sání łâ Venturiho trubice lg (obr. 4). Nutný podtlak pro sání plynuje tvořen nuceným tlačením proteklé kapaliny do Venturiho trubice. Kapalina se obvykle čerpá ze zásobníku lg, umístěného mezi výstupním elementem A a čerpadlem lg. Výstup z difuscrull Venturiho trubice łi ústí do okruhu gg, který může být samostatným sekundárnĺm reaktorem.Mechanismus styku plynu s kapalinou v popsaném vynálezu je následující Kapalina s plynempřicházejí do vstupniho elementu l, přičemž kapalina se pohybuje v reaktoru v důsledku gravitace plyn, vstupující pouze s nepatrným přetlakem, snadno překoná maximální tlakové ztrátyV zařízení, které pro praktické případy nepřesahují 0,5 kPa. Kapalina teče po spodu vnitřní stěny trubky - vlnovce v hydrodynamickém režimu tzv. vlnového toku, kdy pohybem přes prohlubeniny ve stěně trubky dochází k intenzívní turbulenci v kapalině a na mezifázověm rozhrani,což přispívá k přestupu hmoty. Poměr fází v trubce je takový, že naprosto převážná část objemu trubky je zaujímána plynnou fází, což zpúsobuje, že odpor kladený prútoku plynuNutná doba styku fází se nastavuje jednak sklonem, jeduak její délkou, která může být až několik set metrů. V důsledku obvykle spirálovitého stočeni je celková velikost zařízení úměrná velikosti ostatních uzlových zařízení dané technologie. Zařazením sifonových spojů 1 mezi trubky je způsobeno, že kapalina ze vstupu kapaliny § protéká sifonovým uzávěrem l, kde se odděluje vyčerpaný plyn, který odcházi výstupem plynu Ž, kapalina dále teče do přepadu pro kapalinu lg, kde se opět kontaktuje s čerstvým plynem, přicházejícím vstupem čerstvého plynu łl. společně pak obě fáze vstupují do následného úseku trubky, kde se procesVýhodou navržoného zařízení je, že vzhledem k materiálu trubky, který je obvykle tvořen plasty, je celé zařízení lehke a pořízovací náklady jsou zanedbatelné. Část z celkové délky trubky může zůstat nestočena je součástí reaktoru i dopravním zařízením, dopravujicím reakcivznikajicí produkt na místo určení.Vzhledem k malé zádrži kapaliny v trubce není ani u velice silně exotermních reakcíobvykle nutné budovat nákladný chladící systém, jako je tomu u jiných druhů zařízení. Teplose obvykle samovolně odvede stěnami trubky, které tak současně plní úlohu výměníku tepla.V případech instalace tohoto zařízení v polních podmínkách, kdy může být vystaveno přímému. slunečnímu záření, je pro chlazení reaktoru zcela dostačující energeticky nenáročné sprchování vnitřní strany stěn spirálovitě stočené trubky jednoduchým rozprašovačem za použití užitkové vody. Toto zařízení je dále velmi vhodné použít v těch případech, kdy jinak za reakčních podmínek dochází k silnému pěnění obsahu reaktoru v tomto zařízení k efektu pěnění vůbec nedochází.K průtoku kapaliny reaktorem je potřebný jen nepatrný přetlak plynu a umístění vstupu kapaliny V malé výšce nad zemí. Kapalina protéká samovolně gravitací ve vnitřním prostoru trubky a spirálovitě stéká k výstupu ze zařízení. Dobu prodlení kapaliny V reaktcru můžeme volit jak délkou stočené trubky, tak jejím klesáním. Během toku kapaliny v trubce se přechodem přes elementy zvlnění turbulizuje, což přispívá k intenzifikaci mezifázového přestupu hmoty,to jest rozpouštění reagující složky z plynné fáze a její difusi do hlavního objemu kapaliny,přičemž během této dráhy dochází k chemické neho biochemické reakci, dochází tedy přes mezifázový povrch tvořený hladinou stékajícího proudu kapaliny a sousedním plynem. Na rozdíl od většiny stávajících reaktorů není toto zařízení omezeno průtočnými množstvími kapaliny,které se může měnit v širokém rozmezí O až 300 1/min.Plyn s nepatrným přetlakem, potřebným pouze na překonání odporu tření mezi stěnou trubky a povrchem kapaliny není obvykle nutno třeba vhánět ventilačním zařízením, což je zejména důležité, jedná-li se o výbušné směsi plynů. Kapalina a plyn se pohybují v zařízení V podstatě pístovým tokem, což z hlediska reaktorové techniky je pro většinu reakcí, které jsou řádu většího než nula, výhodné z hlediska dosažení maximální konverze plynu a selektivity reakce.Vzhledem k investiční náročnosti, jednoduchosti obsluhy a nepatrným nárokům na údržbu je toto zařízení mimořádně vhodné zejména V oblasti úpravy vod. Příkladem může být jeho použití jako reaktoru pro neutralizace čpavkových vod kysličníkem uhličitým, který je získáván ze zdrojů plynu bez význačnějšího přetlaku, jako jsou spalné plyny, plynné produkty po50 l/h čpavkové vody o koncentraci B 2 hmot. NH 3 bylo kontinuálně neutralizováno plynem,obsahujícím na vstupu 29 obj. 3 C 02, při průtoku plynu 15 m 3/h, v zařízení opatřeném vlnitou trubkou z plastů, průměr trubky D 50 mm, výška vlny 2,5 mm, rozteč vrcholu vln 5 mm. Byla získána směs normálního a kyselého uhličitanu amonného o karbonisačním průměru 0,62 ve dvou paralelné vedených sekcích, pozůstávajících ze dvou úseků o délce 50 m. Prútok kapaliny se do paralelních sekcí rczděloval. Maximální tlaková ztráta v plynu 0,5 kPa.1. Zařízení pro provádění absorpce a chemické nebo biochemické reakce v systému nizkotlaký plyn-kapalina, vyznačené tim, že je tvořeno trubkou, jejíž stěny jsou zvlněné, přičemž tvar vrcholové části vln je podoby části kružnice, elipsy, sinusoidy, čtverce, obdélnika,lichoběžníka neho trojúhelnika, přičemž trubka je spirálovitě stočená a na sebe navrstvena a je opatřena vstupním elementem (1) s přívodem (2) plynu a přivodem (3) kapaliny a je zakončena výstupním elementem (4) s odvodem (5) plynu a odvodem (6) kapaliny.2. Zařízení podle bodu 1, vyznačené tím, že trubka je rozdělena na úseky, které jsou spojeny sifonovými spojí (7) opatřenými vstupem (B) kapaliny s výstupem (9) plynu a sifonovým uzávěrem (10) a vstupem (11) čerstvého plynu a přepadem (12) kapaliny, přičemž takových úseků může být libovolný počet a posledni úsek je zakončen výstupním elementem (4).3. zařízení podle bodů 1 až 2, vyznačené tim. že trubka je tvořena z plastů a může být pokovena.4. Zařízení podle bodů 1 až 3, vyznačené tím, že trubka je tvořena slitinou s přidav kem Fe a/nebo Al.

MPK / Značky

MPK: B01J 19/00, B01D 53/18

Značky: chemické, biochemické, absorpce, zařízení, provádění, nízkotlaký, plyn-kapalina, reakce, systému

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/9-254878-zarizeni-pro-provadeni-absorpce-a-chemicke-nebo-biochemicke-reakce-v-systemu-nizkotlaky-plyn-kapalina.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Zařízení pro provádění absorpce a chemické nebo biochemické reakce v systému nízkotlaký plyn-kapalina</a>

Podobne patenty