3.2. Сопловый циклонный пеногаситель

Из гидродинамических средств пеногашения наибольший ин­терес представляют сопловые устройства, в которых разрушение пены происходит как за счет больших скоростей сдвига в узком сечении сопла, так и за счет резкого изменения гидростати­ческого давления. Один из наиболее удачных вариантов исполь­зования такого устройства в аппарате с раздельным отводом вторичной пены показан на рис. 3.8.

Первичная пена из ферментатора 4 по патрубку 5 и переход­нику 1 поступает в плоское сопло 7, переходящее в плоский диффузор 6. Здесь за счет большой скорости и резкого падения статического давления происходит перестройка пены. Образо­вавшаяся вторичная пена плавно направляется на внутреннюю поверхность циклона-газоотделителя 2, являющуюся продолже­нием поверхности вертикальной стенки диффузора 6. Такой без­ударный переход вторичной пены в циклон способствует луч­шему выделению из нее газа. Пена, совершая вращательное движение по стенке циклона, стекает вниз и далее по трубо­проводу 3 возвращается в ферментатор.

При прохождении газожидкостной смеси через сопло-диффузорную щель статическое давление изменяется от максимального р_вх. (перед входом в сопло) до минимального р_с в месте наиболь­шего сужения и вновь возрастает (в диффузорной части) до давления р_ц в циклоне-газоотделителе. Причем разрушающая разность давлений р=р_вх—р_с оказывается в 2—3 раза больше разности давлений р=р_вх—р_ц. Восстановление давления в диф­фузорной части позволяет эффективно проводить сепарацию пены при общем сопротивлении аппарата р=7—12 кПа.

Процесс разрушения первичной пены протекает следующим образом. За счет сдвиговых деформаций и резкого падения давления в узкой части сопла образуется мелкопузырчатая вторич­ная пена.

1-1

Рис. 3.8. Сопловый циклонный пеногаситель

Циклон-газоотделитель. Основное назначение этого элемента пеногасителя — обеспечить разделение после сопло-диффузор­ного насадка потоков вторичной пены и газа таким образом, чтобы исключить возможность их перемешивания и дополни­тельного вспенивания.

В идеальном случае их разделение могло бы быть осущест­влено при движении по плоской стенке достаточно большой длины, однако это усложнит конструкцию газоотделителя. Поэтому его расчет должен сводиться к определению минимально допустимого диаметра D_{г min} .

Величину D_{г min} следует выбирать из двух условий. Во-первых, после выхода из насадка слой вторичной пены при своем движении по цилиндрической поверх­ности газоотделителя должен полностью успокоиться, совершая не более одного оборота. Во-вторых, во избежание уноса капель жидкости газом его скорость в свободном сечении не должна превышать 3 м/с.

3.3. Сепараторы-каплеуловители

В биотехнологических процессах, где взаимодействуют газо­жидкостные системы, всегда происходит унос капель жидкости газовым потоком. Это нежелательное явление приводит к поте­рям ценных продуктов и к загрязнению окружающей среды. Для борьбы с брызгоуносом используют различные сепарационные устройства.

В основу классификации промышленных сепараторов закла­дывается принцип различия физических сил, действующих на жидкую фазу в процессе разделения газожидкостной смеси:

гравитационных, инерционных и центробежных.

Гравитационные каплеуловители, являющиеся наиболее про­стыми устройствами, выполняются в виде осадительных камер. Принципиально они мало чем отличаются от пылеосадительных камер.

Гравитационные каплеуловители применяют только для улав­ливания крупных капель при большом содержании жидкости в газе (1 кг/м³ и более) и при малых допустимых потерях дав­ления в газовом потоке. устройства практически не используются.

В основу работы инерционных каплеуловителей заложен принцип резкого изменения направления движения газового потока. При этом капли жидкости, движущиеся под воздействием силы инерции в первоначальном направлении, могут быть высаждены из газа на твердых телах с развитой поверхностью. В ка­честве таких тел используют кольца Рашига и Паля, седла Берля, пластины волнообразного и уголкового профилей, прово­лочные сетки и другие насадочные элементы.

В зависимости от места установки инерционных сепараторов в аппарате их можно разделить на встроенные и выносные, а в зависимости от расположения пакетов насадки в простран­стве — на горизонтальные, вертикальные и наклонные. Слои из гранулированных материалов, колец Рашига, седел Берля и других специальных видов насадки обычно устанавливают в верхней части аппарата.

Эффективность инерционных каплеуловителей увеличивается с ростом скорости газов. Однако этот рост не может быть бес­предельным, поскольку, начиная с некоторых значений скорости, происходит резкое снижение эффективности сепарации вслед­ствие возникновения вторичного уноса, наступает «захлебыва­ние» сепаратора. Критическая скорость в сечении сепараторов зависит от следующих факторов: конструкции сепараторов, распо­ложения пакетов насадки в пространстве, направления набегаю­щего газового потока, геометрических характеристик элементов, физико-химических свойств сред и величины брызгоуноса из аппарата.

Центробежный прямоточный сепаратор. Один из вариантов центробежного прямоточного каплеуловителя показан на рис. 3.10. В корпусе аппарата 1 на трубной решетке 4 установлены патруб­ки 5. В нижней части каждого патрубка помещен закручиватель (завихритель) 5 газового потока, а в верхней части — отбой­ное кольцо 2.

Газ, содержащий капли жидкости, пройдя закручиватель 5, приобретает наряду с осевым вращательное движение. За счет центробежных сил капли жидкости выносятся из потока газа, оседают на стенки патрубка и в виде пленки увлекаются вверх. В верхней части патрубка пленка жидкости поступает в зазор между его стенкой и кромкой отбойного кольца 2 и через наруж­ный зазор (между патрубком и кольцом) выводится в межтруб­ное пространство сепаратора. Далее жидкость по сливной трубе 6 возвращается в основной аппарат. На нижнем конце сливной трубы, если она не погружена в рабочую жидкость, следует устанавливать гидрозатвор.