МАССООБМЕННАЯ КОЛОННА ВИХРЕВОГО ТИПА Российский патент 1997 года по МПК B01D3/30 

Настоящее изобретение относится к аппаратам для проведения процесса массообмена в системе газ (пар) жидкость, абсорбции, ректификации в химической, нефтехимической и других областях промышленности, а более конкретно, в процессе концентрирования и денитрации кислот, а также очистки газовых выбросов промышленных производств.

Известны различные колонные аппараты, в которых для повышения производительности проводят процессы массообмена в пленочно-вихревом режиме благодаря установке на контактных ступенях вихревых контактных элементов (см. например, а.с. СССР NN 563985, 560624, кл. B 01 D 3/30, 1977 г.).

В этих массообменных колоннах для исключения вторичного брызгоуноса предусмотрены различные элементы. В а.с. N 563985 каплеуловители, установленные после каждого вихревого контактного элемента, в а.с. N 560624 - сепарационные камеры, выполненные в виде вертикально установленных вдоль корпуса с зазором пластин S-образного изогнутого профиля с частичным перекрытием одна другой. Такое конструктивное выполнение, по мнению авторов, способствует отделению движущейся по стенкам корпуса аппарата жидкости от основного газового потока и исключению вторичного уноса жидкости со ступеней аппарата. Однако, при повышении скорости газового потока в рабочем сечении колонны более 6 м/сек возможен интенсивный брызгоунос жидкости на вышележащую ступень за счет возникновения вихревого прямоточного движения газожидкостного потока в зоне между завихрителем и вертикальными пластинами, подъема пленки жидкости по этим пластинам на вышележащую ступень, а с последней ступени - выноса из аппарата.

Поэтому известные колонны не обеспечивают увеличения производительности, так как при повышении расхода по газу начинается интенсивный брызгоунос, и наряду с капельным, пленочный вывод жидкости из аппарата.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому решению является вихревая тепломассообменная колонна (см. а.с. N 563985, М.кл. B 01 D 3/30, 1977 г.).

Эта колонна содержит корпус, расположенные внутри него, переливные устройства и контактные элементы, закрепленные в разделительных перегородках и днищах, состоящие из патрубков с отверстиями для подачи в них жидкости, завихрителей и каплеуловителей. Каждый контактный элемент снабжен газопроводом на верхнем конце которого установлен завихритель, нижний конец газопровода расположен ниже отверстий патрубка.

Благодаря этому режим работы колонны становится более устойчивым при изменении нагрузок по фазам. При этом исключается проскок жидкости вне зоны контакта фаз, интенсифицируются процессы массообмена между жидкой и газовой фазами.

Недостатком известной колонны является то, что при повышенных нагрузках по газу начинается прямоточное движение газа и жидкости по корпусу аппарата после последней контактной ступени, вследствие этого увеличивается капельный и пленочный вывод жидкости из аппарата. Этот недостаток особенно отрицателен при работе массообменной колонны в процессе концентрирования и денитрации кислот, так как вынос капель кислоты в отходящих газах значительно снижает производительность колонны по продукционной кислоте.

В основу настоящего изобретения поставлена задача создать массообменную колонну, обладающую большой производительностью и практически исключающую унос жидкости из аппарата.

Поставленная задача решается тем, что в массообменной колонне вихревого типа, содержащей корпус с крышкой, расположенные друг над другом вихревые контактные ступени, разделенные перегородками на верхние и нижние зоны, систему отвода жидкости с верхней зоны каждой ступени, брызгоуловитель, согласно изобретению крышка выполнена с центральным отверстием, коаксиально которому прикреплен к внутренней поверхности крышки цилиндр, диаметром не менее диаметра центрального отверстия, свободный конец которого снабжен карманом, полость которого сообщена посредством трубки с системой отвода жидкости.

Благодаря предложенному решению массообменной колонны, жидкость поднимается газовым потоком в виде пленки по внутренней стенке к выходному центральному отверстию в крышке, улавливается и сливается в систему отвода жидкости. Это позволяет увеличить удельные нагрузки по фазам, тем самым увеличивая производительность колонны, повысить скорость газового потока, что приводит к повышению эффективности тепломассообмена.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен продольный разрез предлагаемой колонны, на фиг.2 узел I.

Колонна состоит из корпуса 1 с крышкой 2, расположенных друг над другом вихревых контактных ступеней 3, разделенных перегородками 4 на верхнюю 5 и нижнюю 6 зоны. Для вывода жидкости из зоны 5 предусмотрен патрубок 7 в систему отвода жидкости. Крышка 2 колонны выполнена с центральным отверстием 8 для вывода газа. Между крышкой 2 и последней (верхней) контактной ступенью 3 установлен брызгоуловитель 9.

В нижней части брызгоуловителя 9 установлен патрубок 10 для вывода жидкости в систему отвода жидкости. Внутри крышки 2 прикреплен к ее внутренней поверхности коаксиально к отверстию 8 цилиндр 11, диаметр которого должен быть не менее диаметра центрального отверстия. На свободном конце цилиндра 11 выполнен карман 12 с образованием полости, которая через трубку 13 и патрубок 10 сообщена с системой отвода жидкости. Количество трубок 13 определяется условиями эксплуатации. В колонне предусмотрен патрубок 14 для подачи жидкости фазы в колонну, и патрубок 15 для слива жидкости из колонны.

Колонна может работать в режиме абсорбции, например, для очистки отходящих газов от паров и тумана кислот, в режиме ректификации и дистилляции, например, при концентрировании и денитрации кислот.

Рассмотрим работу колонны на примере концентрирования серной кислоты. Исходную слабую (70% ) серную кислоту подают в нижнюю зону 6 последней (верхней) по ходу газового потока контактной ступени 3 колонны. Серная кислота подается со ступени на ступень вниз, концентрируется и в виде продукционной 92% серной кислоты сливается из первой контактной ступени 3 и через патрубок 15 выводится из колонны в холодильник. Горячие топочные газы подают под первую контактную ступень 3. Поступая в вихревой элемент контактной ступени, они приобретают вращательное движение, смешиваются с жидкостью, образуя высокотурбулизированный газожидкостной поток. На контактных ступенях происходит тепломассообмен между газовой и жидкой фазами. На выходе из вихревого элемента часть жидкости под действием центробежных сил ударяет об стенку колонны, стекает в верхнюю зону 5 и выводится через патрубок 7 в систему отвода жидкости на нижнюю зону 6 низлежащей контактной ступени 3. Другая часть в виде брызг, капель и пленки жидкости газовым потоком уносится на вышележащую ступень. При этом происходит такое распределение концентрации серной кислоты на контактных ступенях колонны, при котором пересыщения паров серной кислоты ниже их критических значений, что приводит к предотвращению образования тумана серной кислоты, к ликвидации местных перегревов и разложения серной кислоты на ступенях. С верхней последней контактной ступени газожидкостной поток поступает в брызгоуловитель 9. В брызгоуловителе с элементом вихревого типа капли и брызги в закрученном вихревом потоке, поднимаясь вверх под действием центробежных сил отбрасываются к периферии и оседают на стенках колонны, образуя пленку. При повышенной производительности аппарата скоростной газовый поток поднимает жидкостную пленку вверх по стенке аппарата. Газовый поток выводится из колонны через центральное отверстие 8. Достигая цилиндра 11 под действием сил тяжести, она стекает по нему в карман 12, из которого отводится по трубке 13 через патрубок 10 в систему отвода жидкости. Ликвидация капельного и пленочного выноса жидкости из колонны способствует повышению производительности по продукционной кислоте, повышению степени очистки отходящих газов без дополнительных энергозатрат.

Повышение производительности колонны при работе в любом режиме достигается за счет повышения нагрузок по фазам, при которых происходит интенсификация тепломассообмена между фазами при практическом исключении вторичного брызгоуноса из колонны.

Массообменная колонна вихревого типа предназначена для проведения процессов абсорбции, ректификации, дистилляции. Содержит корпус с крышкой, установленные друг над другом двузонные вихревые контактные ступени. Слив жидкости осуществляется с верхней зоны каждой ступени. Над последней контактной ступенью установлен брызгоуловитель, а крышка выполнена с центральным отверстием для выхода газового потока. К внутренней поверхности крышки коаксиально выходному газовому патрубку закреплен цилиндр, на свободном конце которого выполнен карман с полостью для сбора жидкости, поднимаемой в виде пленки высокоскоростным газовым потоком к выходному отверстию. Уловленная жидкость удаляется по трубке в систему отвода жидкости. 2 ил.

Массообменная колонна вихревого типа, содержащая корпус с крышкой, расположенные одна над другой вихревые контактные ступени, разделенные перегородками на верхнюю и нижнюю зоны, систему отвода жидкости с верхней зоны каждой ступени, брызгоуловитель, отличающаяся тем, что крышка выполнена с центральным отверстием, коаксиально которому прикреплен к внутренней поверхности крышки цилиндр диаметром не менее диаметра центрального отверстия, свободный конец которого снабжен карманом, полость которого сообщена посредством трубки с системой отвода жидкости.