198657. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés gáznemű anyagnak folyadékba való oldására
1 HU 198657 B ? A találmány tárgya eljárás és berendezés gáznemű anyagnak folyadékba való oldására, amellyel különféle gáznemű anyagok vagy ezek Ósszetev6je(i) folyadékba juttathatók, abban hatékonyan oldhatók. A műszaki gyakorlatban gyakran előforduló feladat, hogy valamely folyadékba egy adott gázt, vagy gázkeveréket kell juttatni abból a célból, hogy a gázt vagy a gázelegy valamely komponensét a folyadékba beoldjuk. Ezt az abszorpciós folyamatot úgy kell véghezvinni, hogy egy adott mennyiségű géz vagy gázkomponenB beoldása a leghatékonyabban és a lehető legkevesebb energia felhasználásával történjen. Az abszorpciós folyamat véghezviteléhez ismert berendezések két csoportba oszthatók. Az első csoportot az jellemzi, hogy mechanikus módon: keveréssel, porlasztással, cseppképzéssel nagy géz-folyadékfelületet hoznak létre a folyadék felszínén, Így segítve eló a gáz beoldódását a folyadékba. Ide tartoznak például a szennyvízkezelésből ismert függőleges vagy vízszintes tengelyű levegőztető rotorok. A má- Bodik csoport az abszorpciós folyamatot úgy valósítja meg, hogy a gázt buborék formájában a folyadékba juttatja, terelőelemekkel, keveréssel vagy más módon megfelelő hidraulikai körülményeket biztosit a gáz-folyadékelegyben, elősegítve a gáz minél nagyobb részének beoldódását a folyadékba. Ide tartoznak például a szennyvíztisztításból ismert nagy, - közép - és finombuborékos rendszerek, ahol a gézt perforált vagy porózus elemeken keresztül juttatják a folyadékba; a különböző önbeszivó vagy a forgórész közelébe juttatott gázt hasznosító keverék, továbbá a különböző injektorok. Ezek közös jellemzője, hogy az abszorpciót nem a folyadék felszínén, hanem a folyadék - vagy annak egy részének - térfogatában valósítják meg. Az abszorpciós folyamat sebessége három tényezőtől függ, az összefüggést az alábbi egyenlet adja meg: dC/dt=kL-a-(C*-C) ahol a C az oldott gáz' koncentrációja a folyadékban, t az idő, kL az anyagátadási tényező, a az egységnyi térfogatban mérhető gáz-folyadék határfelület, C* pedig a folyadék telítési koncentrációja az adott nyomáson és hőmérsékleten. A folyamat sebessége egyenes arányban .áll az anyagátadási tényező, a fajlagos felület és a koncentrációkülönbség értékével. Az anyagátadási tényező a gáz-folyadék határfelületen lejátszódó diffúziós folyamatokat globálisan jellemző tényező, értéke annál nagyobb, minél intenzivebb a gáz- és folyadékoldali határréteg megújulása, minél nagyobb a helyi turbulencia. A folyadék felületének közelében abszorpciót megvalósító berendezések közös hátránya, hogy a C* telítési koncentráció megegyezik a folyadék felületén mérhető telítési koncentrációval, ez kisebb mint a folyadék belsejében mérhető érték, így az abszorpciós sebesség a koncentrációkülönbség oldaléról behatárolt, A képződő folyadékcseppek határrétegének megújulása lassú, Így kicsi az anyagátadási tényező. További hátrány, hogy nagy gáz-folyadék határfelület csak úgy érhető el, ha a keverőberendezés, jelentős folyadéktömeget is megmozgat, ez általában több mint amennyit a technológiai folyamat megkövetel. A bevezetett energia nagy része tehát nem az abszorpciós folyamat elősegítésére fordítódik, igy az egységnyi energiával beoldott géz mennyisége általában kisebb, mint egy, a folyadék térfogatában abszorpciót megvalósító berendezésnél. A folyadékba juttatott vagy a beszívott gázt aprító keverök hátránya, hogy a gázt csak bizonyos mélységig képesek beszivni és csak bizonyos gázmennyiségi érték alatt képesek kis buborékokat képezni. Energetikai hatékonyságuk (az iegységnyi energiával beoldott gáz mennyisége) nem éri el a felületi abszorpciót megvalósító berendezésekét. A különböző buborékos rendszerek előnye, hogy a folyadék hidrosztatikai nyomása miatt megemelkedik a telítési koncentráció, igy a koncentrációkülönbség oldaláról nézve növekszik az abszorpciós sebesség. Minél kisebb a folyadékba juttatott buborék, annál nagyobb a gáz-folyadék határfelület, amelynek növekedése elősegíti’ az abszorpciót. Ezért a finombuborékos rendszerek előnyösebbek a közép- és nagybuborékos rendszereknél. A buborékméret további csökkentésének az szab határt, hogy kis méretnél a gázhatórfelület megújulása lelassul, igy az anyagátadási tényező lecsökken. A legkedvezőbb buborékméret 2-3 mm között adódik. E rendszerek közös hátránya, hogy a buborék mozgásából származó turbulencia elérhető nagysága behatárolja az anyagátadási tényező értékét. További hátrány, hogy a felfelé szálló buborékoszlop átlagos sűrűsége kisebb a környező, buborékokat nem tartalmazó folyadéknál, a sűrűségkülönbség miatt a buborékoszlopban lévő folyadék intenzíven felfelé áramlik, így a buborékrajban lévő buborékok folyadékban eltöltött ideje mintegy felére, harmadára csökken az ugyanolyan méretű, de egyedüli buborék folyadékban eltöltött idejéhez képest. Ez a mammut-hatás ként ismert jelenség tehát kedvezőtlenül hat a gézbuborékok folyadékban eltöltött idejére. A problémát különböző terelőelemek beépítésével, keverők, alkalmazásával, vagy a gázbefúvó helyek sűrítésével lehet javítani. Ezek azonban költséges megoldások. További hátrány, hogy lebegöanyag tartalmú folyadék esetén fenyeget a porrózus gázelosztó elem eldugulásának veszélye is. Ma a finombuborékos rendszerekkel jobb energetikai hatékonyság érhető el, mint a felületi abszorpciót megvalósító berendezésekkel. Az utóbbi időkben kezdenek elterjedni a különböző, injektorelven működő berendezések. Előnyük, hogy fi5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
