ПЕННЫЙ АППАРАТ Российский патент 1996 года по МПК B01D47/04 

Изобретение относится к мокрой очистке газов и может быть использовано при проведении тепло- и массообменных процессов.

Известен пенный аппарат, который содержит цилиндрический корпус, патрубки подвода и вывода газа, стабилизатор пенного слоя, орошающее устройство, сборник жидкости, горизонтальную перегородку с усеченным конусом, размещенную внутри корпуса с кольцевой щелью. Кроме того, пенный аппарат снабжен плоским кольцом, прикрепленным к стенке корпуса на уровень горизонтальной перегородки, и стабилизатором стока жидкости, размещенным в кольцевой щели между перегородкой и кольцом и выполненным в виде обечайки, верхний срез которой расположен выше уровня перегородки на 0,3 0,6 ширины кольцевой щели [1] Основной недостаток описанного пенного аппарата заключается в снижении работоспособности и эффективности при очистке газов от пылей, склонных к слипанию и отложений на элементах конструкции или при проведении массообменных процессов с образованием продуктов с аналогичными свойствами (например, фосфаты кальция, аммония, сода, некоторые соединения фтора и др.), которое происходит вследствие наличия значительного количества различных элементов конструкции (кольца, лопатки и т.п.) в рабочей зоне.

Наиболее близким аналогом к изобретению является пенный аппарат, содержащий корпус с патрубками для ввода и вывода газа и жидкости, внутри которого расположены перегородка с центральным проходным отверстием и стабилизатор пенного слоя, диаметр отверстия перегородки равен 0,4 0,7D, где D диаметр устройства, а стабилизатор выполнен в виде сетчатого стакана высотой 0,1 0,4d, где d диаметр отверстия диафрагмы, и диаметром 1,1 - 1,5d, установленного открытым торцом над отверстием диафрагмы на расстоянии, равном 0,1 0,3d [2]
Существенным недостатком этого устройства является его низкая работоспособность при очистке газов от пылей, склонных к слипанию, или при проведении массообменных процессов с образованием продуктов реакции, склонных к сложению и нарастанию на элементах конструкции. В этих случаях наблюдается залипание ячеек сетки, прекращаются ее стабилизирующие функции, нарушаются пенный режим и структура слоя, вследствие чего работоспособность и эффективность работы устройства резко снижается.

Технический результат изобретения повышение работоспособности и эффективности пенного аппарата при очистке газов от пылей, склонных к слипанию или при проведении массообменных процессов с образованием продуктов, склонных к отложению на элементах конструкции.

Технический результат достигается тем, что в пенном аппарате, содержащем корпус с патрубками для ввода и вывода газа и жидкости, внутри которого расположена перегородка с центральным отверстием для прохода реагентов и стабилизатор пенного слоя, над отверстием перегородки установлен конусный рассекатель газового потока, вершина которого направлена навстречу газовому потоку, диаметр конуса превышает диаметр отверстия перегородки, минимальное проходное сечение между перегородкой и боковой поверхностью конусного рассекателя выполнено равновеликим площади отверстия перегородки, стабилизатор имеет вид лопастей, размещенных на уровне основания конуса рассекателя.

Пенный аппарат показан на чертеже.

Пенный аппарат содержит корпус 1, перегородку 2, входной тангенциальный патрубок 3 для ввода газа, патрубок 4 для ввода жидкости, конусный рассекатель 5 газового потока, патрубок 6 для вывода жидкости, центробежный стабилизатор 7, имеющий вид лопастей, размещенных на уровне основания конуса рассекателя 5, патрубок 8 для вывода очищенного газа.

Пенный аппарат работает следующим образом.

Газ, содержащий склонную к слипанию пыль, например пыль дикальцийфосфата, вводится тангенциально в нижнюю часть корпуса 1 под перегородку 2 через входной тангенциальный патрубок 3. Пройдя через центральное отверстие 9 перегородки, закрученный газовый поток встречается с жидкостью, например водой, которая поступает в пространство над перегородкой через патрубок 4. В пространстве над перегородкой 2 происходит взаимное диспергирование газа и жидкости. В результате этого взаимодействия над перегородкой 2 между стенкой корпуса 1 и боковой поверхностью конусного рассекателя 5 образуется подвижный пенный (газо-эмульсионный) слой с высокоразвитой поверхностью контакта фаз, где происходит пылеулавливание.

В пенном аппарате в зоне пенного слоя, где происходит взаимодействие фаз, отсутствуют какие-либо дополнительные устройства. Это исключает возможность образования отложений и зарастания рабочего пространства. Этим обеспечиваются постоянная во времени эффективность и работоспособность аппарата. Высокая эффективность пенного аппарата обеспечивается, во-первых, за счет сужения рабочего пространства установленным конусным рассекателем газового потока. Вследствие его наличия увеличивается удельная энергия газового потока, приводящаяся на единицу объема рабочей зоны, что при диспергировании фаз способствует улучшению структуры слоя, образованию более развитой межфазной поверхности и соответственно эффективности процесса.

Кроме того, имеет место нарастание удельной энергии газового потока в горизонтальных сечениях рабочей зоны от минимума на уровне перегородки до максимума на уровне основания корпуса вследствие сужения соответствующих поперечных сечений. В результате этого в некоторой степени выравнивается эффективность пылеулавливания в нижних и верхних зонах пенного слоя, вызванная снижением концентраций пыли и газовом потоке вследствие пылеулавливания. При этом общая эффективность процесса возрастает. Сужение проходного сечения аппарата также способствует подавлению процесса волнообразования и фонтанирования, т. е. стабилизации пенного слоя. Конусный рассекатель препятствует прямому проскоку газов по центру устройства без участия в процессе взаимодействия. Меняя направление движения газов, он также способствует образованию дополнительных вихрей в пенном слое, увеличивая поверхность контакта фаз и повышая общую эффективность процесса.

Диаметр основания конусного рассекателя несколько (в 1,05 1,3 раза) превышает диаметр отверстия перегородки. Это предотвращает как прямой проскок газов, минуя рассекатель, в выводной патрубок, так и прямой провал жидкости в пространство под перегородкой без взаимодействия с газовым потоком. Жидкость попадает на перегородку и газовым потоком вовлекается в процесс взаимодействия. Происходит сток с перегородки ее излишка, т.е. процесс по жидкой фазе стабилизируется.

Вынос стабилизатора из пенного слоя в верхнюю часть, где слой фактически распадается, позволяет сохранить сепарационный эффект по брызгоулавливанию, не загромождать рабочее пространство в пенном слое дополнительными элементами конструкции и, при правильно выбранной высоте и диаметре конуса, зависящих от гидравлических и др. условий процесса и геометрических параметров, в совокупности с другими признаками полностью ликвидировать фонтанирование слоя, стабилизировать межфазный процесс, исключив при этом образование отложений уловленной пыли на элементах конструкции в рабочей зоне.

Кроме того, установка конусного рассекателя таким образом, что площадь проходного отверстия перегородки и минимальное проходное сечение между перегородками и боковой поверхностью конусного рассекателя, определяемое в нормальном сечении от кромки отверстия перегородки к боковой поверхности рассекателя, на чертеже обозначено символом "п", выполнены равновеликими,что дает возможность добиться высокой эффективности аппарата без существенного изменения его энергетических характеристик (гидравлического сопротивления) по сравнению с прототипом.

Сближение конического рассекателя с перегородкой уменьшает проходное сечение, вследствие чего существенно увеличивается общее гидравлическое сопротивление без существенного изменения эффективности процесса.

Увеличение проходного сечения между перегородкой и рассекателем при снижении общего гидравлического сопротивления существенно снижает эффективность процесса. Из этого следует, что случай с равновеликими отверстием перегородки и сечением между перегородкой и рассекателем является оптимальным. Сравнительная проверка технических характеристик наиболее близкого аналога и пенного аппарата проведена при очистке газов от пыли дикальцийфосфата на стендовом аппарате диаметром 0,5, диаметре отверстия перегородки 0,21 м, нагрузке по газовой фазе 1700 м³/ч (условная нагрузка 2,4 м²/м²с), плотности орошения водой, равной 0,5 л/с, начальной запыленности, 2/8 г/м³ при среднемедианном размере частиц около 28 мкм. Результаты приведены в таблице.

Из приведенных в таблица результатов следует, что в начальный момент времени известный аппарат превосходит новое техническое решение по эффективности пылеулавливания (99 6 против 99,2), но уступает ему по энергоемкости (2200 Па против 1950 Па) и брызгоуносу. Но уже после 6 часов эксплуатации он уступает новому техническому решению по всем показателям.

Повышенный брызгоунос в известном аппарате объясняется отсутствием сепарирующих элементов в конструкции, в то время как у нового технического решения присутствует центробежный фактор отделения брызг на лопастном стабилизаторе. Из этого следует, что для известного аппарата требуется установка брызгоулавливающего устройства, которая повлечет на собой дополнительные энергозатраты на преодоление его сопротивления.

Благодаря совокупности признаков технические характеристики изобретения стабильны во времени при улавливании склонных к слипанию пылей.

Изобретение может быть рекомендовано для промышленного использования. ТТТ1

Использование: мокрая очистка газов от пылей, склонных к слипанию. Сущность изобретения: внутри корпуса 1 с патрубками для ввода 3 и вывода 8 газа и жидкости расположена перегородка 2 с центральным отверстием 9 для прохода реагентов, над ней расположен конусный рассекатель 5 газового потока, вершина которого направлена навстречу газовому потоку, а на уровне основания конуса установлен лопастной стабилизатор 7. 1 ил., 1 табл.

Пенный аппарат, содержащий корпус с патрубками для ввода и вывода газа и жидкости, внутри которого расположена перегородка с центральным проходным отверстием и стабилизатор пенного слоя, отличающийся тем, что он снабжен конусным рассекателем газового потока, установленным над отверстием перегородки вершиной навстречу газовому потоку, при этом диаметр конуса выполнен большим диаметра отверстия перегородки, минимальное проходное сечение, между перегородкой и боковой поверхностью конусного рассекателя равно площади отверстия перегородки, а стабилизатор имеет вид лопастей, размещенных на уровне основания конуса рассекателя.