176026. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés gáz-folyadék vagy folyadék-folyadék heterogén fázisok közötti anyagátadás intenzifikálására
3 176026 4 két, a habkolonnákat. [A. G. Kaszatkin: 474—475. o. ]. Ezeknél az oszlopoknál keresztirányú, perforált tányérokon halad a folyadék lefelé, míg a gáz ellenáramban alulról felfelé. A tányérokon keresztülhatoló gáz a folyadékban buborékok és gázsugarak alakjában oszlik el és habot képez. Tehát a folyadék difformáását a gáz áramlás végzi el, s a buborékoknál a folyadék és a gáz között egy határfelület alakul ki. A filmkészülékeknél a folyadék difformálása a nehézségi erő hatására vagy mechanikai hatásra (merev lapátos és lengőlapátos filmbepárlók) megy végbe. A kúszófilmes készülékeknél és a habkolonnáknál pedig a gáz áramlása difformál (hozza létre a filmet). Ugyanakkor közös sajátságuk, hogy gáz-folyadék vagy gőz-folyadék fázisok közötti határfelület növelésére használják ezeket a készülékeket, s egymással nem elegyedő folyadékpároknál nem alkalmazzák azokat. A heterogén fázisok közötti anyagátadás vizsgálata során dolgozta ki Lewis és Whitman [Lewis, W. K., Whitman, W. G.: Ind. Eng. Chem. 16,1215 (1924)] a kétfilm-elméletet, amellyel ma is értelmezik a fázisok közötti komponensátadást. Elméletük szerint a határfelületen mindkét fázisnál van egy réteg, a film, amelyeken a komponensátadás mindig diffúzióval megy végbe, s amelyekben az áramlás mindig lamináris akkor is, ha két fázis belsejében turbulens. A komponensáramlás iránya pedig a fázisok érintkezési felületére merőleges. Ezen elméletből következően az lenne a legkedvezőbb, ha a fizisok „vastagsága” megközelítené a lamináris réteg vastagságát. A fázisok „elvékonyításának” azonban természetszerűen korlátot szab a folyadékok felületi feszültsége, s így ez az ideális állapot nem állítható elő. A gáz-folyadék és a folyadék-folyadék heterogén fázisok közötti anyagátadás intenzifikálására irányuló kutatásaink során azt találtuk, hogy ha valamely áramló folyadékot difformálva, abból hártyát állítunk elő, s ezt a mindkét felületén szabad fclyadékhártyát iners, vagy a folyadékkal kémiailag reakcióba lépő gázzal érintkeztetjük, az anyagátadás sebessége megnövelhető. Azt találtuk, ha két egymással nem elegyedő folyadékot külön-külön difformálva azokból folyadékhártyákat képezünk, s ezen folyadékhártyákat egyik, vagy mindkét oldalukon érintkeztetjük egymással, a két fázis közötti anyagátadás sebessége megnövelhető. A találmány szerinti eljárás lényege, hogy a folyékony fázist úgy difformáljuk, hogy a vékony folyadékréteg mindkét felülete az anyagátadásnál határfelületként viselkedik. Ennek megfelelően a difformált folyékony fázis vékony rétegét — ellentétben a filmkészülékekben egyik oldalán határfelülettel bíró folyadék réteggel, a filmmel — a jelen leírásban folyadékhártyának nevezzük. Azt találtuk, hogy a találmány szerinti eljárás fdyadékhártyája az 1. ábrán bemutatott készülékkel állítható elő. Az 1 henger alakú testben helyezkedik él a 2 folyadékbevezető cső és a 3 toriólap, amely a 2 cső végével 4 kifolyórést képez. A 2 csőtől meghatározott áramlási sebességgel kilépő folyadék a 3 tori ól appal ütközik és a 4 résen kilépve emyőszerű folyadékhártyát képez. Az így előállított folyadékhártya mindkét oldala határ felületként használható. A találmány szerinti eljárásnál gázabszorpció esetében úgy járunk el, hogy a berendezésbe mind a folyadékhártya alatti, mind a hártya feletti térbe vezetjük be az abszorbeálandó gázt úgy, hogy mindkét térben azonos legyen a gáznyomás. A 2. ábra szemlélteti a találmány szerinti berendezés azon kiviteli formáit, amellyel két folyadékhártya állítható elő úgy, hogy a hártyák egymással felületükön érintkezzenek. A 2. a. ábrán az egyik folyadék bevezetésére a 2 cső, a másik folyadék bevezetésére az azt körülvevő 22 cső szolgál. A 3 toriólap és a két bevezető cső vége között helyezkedik el az egyik folyadék 4 kifolyórése és a másik folyadék 44 kifdyórése. A 2 csőből meghatározott áramlási sebességgel kilépő folyadék a 3 toridappal ütközik és a 4 résen kilépve emyőszerű fdyadékhártyát képez. A 22 csőből meghatározott áramlási sebességgel kilépő másik fdyadék a 44 résen át kilépve képez folyadékhártyát, amely hártya alsó felülete és az előző folyadék hártyájának felső felülete tökéletesen érintkeznek egymással. A 2. b. ábrán feltüntetett berendezésnél a 2 csövön lefelé áramló folyadék a 3 torlólapnak ütközik és a 4 résen kilépve képez hártyát. A másik folyadék a 22 csövön szivattyúzással alulról felfelé áramlik és a 44 gyűrű alakú résen kilépve (ahol is a 3 és 33 tcÄlolapok között szintkülönbség van) olyan folyadékhártyát képez, amely az előző fdyadékhártyához illeszkedik alulról. Az első esetben a készülék üzembehelyezésekor először a 2 csövön beadagolt folyadékból képezünk hártyát, majd ezután kezdjük meg a másik folyadéknak a 22 csövön történő adagolását. Amennyiben a 2. b. ábrán levő berendezés 2 folyadékbevezetőcsövet a 2. a. ábrán levő kettősfalú bevezető csővel cseréljük fel, akkor olyan berendezést kapunk amellyel egyidejűleg három fdyadékhártya állítható elő. Ebben az esetben az egyik folyadékból képzett hártya mindkét felülete érintkeztethető egy másik folyadékból képzett két hártyával, amely az előzőt közrefogja. Kutatásaink során azt találtuk, hogy a 3 torlólemez D átmérőjének és a 2 befolyócső d átmérőjének egymáshoz való viszonya meghatározó és jellemző a folyadékhártya készítésénél, s 2. d. < D < 6.d, tehát a csőátmérő legalább kétszerese, de legfeljebb hatszorosa. Azt találtuk továbbá, hogy a 2 cső kifolyó vége és 3 toriól emez síkja közötti gyűrű alakú kifolyórés méretei is jelentősen befdyásdják a hártya készítését, s ez a résszélesség a csőátmérő legalább egytizede, de legfeljebb másfélszerese. A 3 tarlólemez nemcsak sima kör alakú lemez lehet, hanem kúpos, vagy gömbsüveg kiképzésű is, s ezek felülete nemcsak sima lehet, hanem huflá-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
