АБСОРБЕР С ПСЕВДООЖИЖЕННОЙ НАСАДКОЙ Российский патент 1999 года по МПК B01D47/14 F28C3/08 

Изобретение относится к аппаратному оформлению процессов взаимодействия между газом и жидкостью, и может применяться в химической, нефтехимической, металлургической и других отраслях промышленности.

Известны устройства для очистки газа, содержащие перфорированные опорную и распределительную решетки в виде перфорированных колец с образованием полости, в которой расположена подвижная насадка в виде пустотелых шаров, приводимая потоком воздуха в интенсивное движение, характерное для режима псевдокипения, на поверхности которых происходит интенсивная коагуляция капелек масла и пыли (см.авт.свид. N 1554947 по кл. B 01 D 46/30, 1990). Недостатком такого способа организации псевдоожиженного слоя является присутствие только хаотической составляющей в движении пустотелых шаров, что недостаточно интенсифицирует процесс, т.к. при этом не используются эффекты взаимодействия пустотелых шаров с решеткой.

Известен аппарат для очистки газов, содержащий корпус с патрубками для ввода и вывода газа и жидкости, диффузор с горловиной, опорную и ограничительную решетки и подвижную насадку, причем ограничительная решетка выполнена в виде сетки (см.авт.свид.N 1699540 по кл. B 01 В 47/14, 1991). Газовый поток приводит подвижную насадку в псевдоожиженное состояние и распределяет гибкую сетку в виде купола. Элементы подвижной насадки соударяются между собой, с частицами газа и взаимодействуют с сеткой следующим образом: при ударе о сетку элементы подвижной насадки отбрасываются ею и попадают обратно в поток взаимодействующих сред, что хотя и повышает интенсивность проводимого процесса, но ресурсы интенсификации гидродинамики процесса являются не использованными, т.к. при этом сохраняется только хаотический характер движения псевдоожиженных шаров, не обеспечивающий интенсивного перемешивания взаимодействующих сред. Кроме того, куполообразная форма сетки не позволяет использовать верхнюю часть внутреннего объема секции абсорбера, находящуюся под сеткой.

В литературе описаны, абсорберы с псевдоожиженной насадкой, предназначенные для проведения процессов, в которых газ контактирует и взаимодействует с жидкостью, которые содержат корпус с патрубками для ввода и вывода газа жидкости, опорно-распределительные решетки, между которыми помещены два слоя подвижной насадки (см.книгу А.А.Заминяна и В.М.Рамма "Абсорберы с псевдоожиженной насадкой", М., Химия, 1980, с.12-13).

При работе аппаратов в режиме развитого псевдоожижения насадка находится в виде сильно разреженного слоя, способствующего турбулизации рабочего объема аппарата. В таком аппарате имеется возможность использовать полностью внутренний объем секций, который является свободным для движения элементов насадки (нет никаких дополнительных элементов аппарата таких, например, как диффузор с горловиной, сетка - в аппарате по авт.свид. N 1699540 по кл. B 01 D 47/17, 1991).

Недостатком такого абсорбера является то, что элементы насадки совершают только случайные хаотические движения, которые недостаточны для интенсивного перемешивания взаимодействующих фаз. Кроме того, при большой скорости газа часть насадки выходит из активной зоны и пассивно прижимается к опорной решетке. Это свидетельствует о том, что диапазон рабочих скоростей газа ограничен. Поэтому приходится вести процесс при пониженной скорости газа с некоторым запасом свободного объема в секции над псевдоожиженным слоем. Это не позволяет использовать весь объем секции аппарата. Если, используя эффект взаимодействия элементов насадки с опорно-распределительной решеткой, расширять слой прижатой к решетке насадки увеличением подачи орошающей жидкости, т.е. перейти в режим работы абсорбера с псевдоожженной насадкой плавающего типа (см. книгу А.А.Заминяна и В.М.Рамма "Абсорберы с псевдоожиженной насадкой", М. , Химия, 1980, с.9-11), то в этом случае не удается использовать теперь уже нижнюю часть внутреннего объема секции абсорбера.

Цель изобретения - организация наряду с хаотическими движениями дополнительных возвратно-поступательных пульсационных движений подвижной насадки в спевдоожиженном слое для интенсификации гидродинамического режима абсорбера, расширение диапазона работы абсорбера по скорости газа и плотности орошения, упрощение устройства абсорбера.

Поставленная цель достигается тем, что в известном аппарате, содержащем корпус с патрубками для ввода и вывода газа и жидкости, опорно-распределительные решетки, между которыми помещены два слоя подвижной насадки, согласно изобретению, отверстия одной из опорно-распределительных решеток выполняются таким образом, чтобы реализовать эффект запирания всех отверстий решетки элементами подвижной насадки при расширении псевдоожиженного слоя. В случае применения шаровой насадки, отверстия опорно-распределительной решетки выполняются круглыми, диаметр которых меньше диаметра элемента насадки, а расстояние между центрами двух соседних отверстий берется больше двух радиусов элемента насадки, чтобы прижимаемые к верхней опорно-распределительной решетке элементы подвижной насадки не мешали один другому запирать "свое" отверстие.

В патентной и научно-технической литературе отсутствуют сведения об использовании эффекта запирания отверстий опорно-распределительной решетки элементами подвижной насадки для организации дополнительных возвратно-поступательных движений элементов подвижной насадки, следовательно, предлагаемое устройство соответствует критерию изобретения "существенные отличия".

На фиг.1 изображено устройство абсорбера с псевдоожиженной насадкой, где 1 - две опорно-распределительные решетки, верхняя из которых обеспечивает эффект запирания отверстий элементами подвижной насадки, 2 - подвижная насадка, 3 - распределительная решетка, 4 - брызгоуловитель. На фиг. 2 изображена опорно-распределительная решетка с отверстиями круглой формы для насадочных тел в виде шара, расстояние между центрами соседних отверстий больше двух радиусов элемента подвижной насадки. На фиг. 3 изображена опорно-распределительная решетка с отверстиями в форме правильного треугольника для насадочных тел в виде кубиков или додекаэдров.

Такое конструктивное решение обеспечивает эффект запирания средней опорно-распределительной решетки элементами насадки при большой скорости газового потока. Устройство работает следующим образом. Если при одновременной подаче в абсорбер орошающей жидкости постепенно увеличивать расход газа, то до некоторой скорости газа насадка будет неподвижна, а затем перейдет в псевдоожиженное состояние, причем каждому значению скорости газа будет соответствовать определенная высота псевдоожиженного слоя. При дальнейшем увеличении скорости газа расширяющийся псевдоожиженный слой заполняет весь объем секции абсорбера, элементы подвижной насадки прижимаются к верхней решетке и начинают запирать ее отверстия. После полного запирания решетки элементами подвижной насадки скорость газового потока падает до нуля, все элементы насадки под своим весом и весом жидкости, находящейся на внешней поверхности, возвращаются, двигаясь вниз. При движении вниз они подхватываются вихрями потока газа, движущегося навстречу, переходят в активное состояние и перемещаются по всему объему секции абсорбера, соударяясь один с другим, создавая интенсивный псевдоожиженный слой и обеспечивая хорошее взаимодействие жидкости и газа. При этом происходит расширение псевдоожиженного слоя. Когда высота расширенного псевдоожиженного слоя становится равной высоте секции абсорбера, отверстия опорно-распределительной решетки снова запираются элементами подвижной насадки и цикл повторяется. При этом элементы подвижной насадки получают наряду со случайной составляющей вектора скорости вертикальную составляющую, периодически изменяющую направление на 180^o. Псевдоожиженный слой как бы периодически "встряхивается". Для изменения периода пульсаций и стабилизации пульсирующего режима на запираемой элементами подвижной насадки опорно-распределительной решетке может быть установлен подпружиненный клапан, защищенный от попадания насадки под клапан металлической сеткой. Период пульсаций этом случае можно настраивать, изменяя натяжение пружины.

Наложение возвратно-поступательных пульсационных движений на хаотическое движение элементов подвижной насадки интенсифицирует гидродинамику псевдоожиженного слоя, увеличивает поверхность контакта взаимодействующих фаз: газа и жидкости. Диапазон нагрузок абсорбера по газу может изменяться в широких пределах от минимальной скорости начала псевдоожиженния до скоростей газа, соответствующих режиму плавающей насадки. Расширяется также и рабочий диапазон изменения плотности орошения. Пульсирующие движения элементов насадки эффективно разбивают возникающие в псевдоожиженном слое газовые пузыри. Это способствует равномерности псевдоожиженного слоя. Повышается эффективность абсорбера, т. к. псевдоожиженный слой занимает весь внутренний объем секции абсорбера от нижней опорно-распределительной решетки до верхней.

При этом опорно-распределительные решетки могут быть выполнены в форме круга, правильного треугольника, квадрата, правильного пятиугольника. Используемые элементы подвижной насадки выполнены в виде шаров, додекаэдров, тетраэдров, икосаэдров.

Изобретение относится к аппаратурному оформлению процессов взаимодействия между газом и жидкостью и может применяться в химической, нефтехимической, металлургической и других отраслях промышленности. Предлагаемый абсорбер содержит опорно-распределительные решетки, причем отверстия одной из опорно-распределительных решеток выполняются таким образом, чтобы реализовать эффект запирания всех отверстий решетки элементами подвижной насадки при расширении псевдоожиженного слоя. Изобретение позволяет организовать наряду с хаотическим движением дополнительных возвратно-поступательных пульсационных движений подвижной насадки в псевдоожиженном слое для интенсификации гидродинамического режима абсорбера, расширить диапазон работы абсорбера по скорости газа и плотности орошения, упростить устройство абсорбера. 5 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Абсорбер с псевдоожиженной насадкой, содержащий корпус с патрубками для ввода и вывода газа и жидкости, опорно-распределительные решетки, между которыми помещены два слоя подвижной насадки, отличающийся тем, что отверстия одной из опорно-распределительных решеток выполняются таким образом, чтобы реализовать эффект запирания всех отверстий решетки элементами подвижной насадки при расширении псевдоожиженного слоя. 2. Абсорбер по п.1, отличающийся тем, что выполнен с круглыми отверстиями запираемой опорно-распределительной решетки для шаровой насадки, диаметр этих отверстий выполняется меньше диаметра насадки и соседние отверстия располагаются на расстоянии больше двух радиусов между их центрами таким образом, чтобы прижимаемые к решетке элементы подвижной насадки не мешали один другому запирать "свое" отверстие. 3. Абсорбер по п.1, отличающийся тем, что отверстия запираемой опорно-распределительной решетки выполнены в форме правильных треугольников для подвижной насадки в форме кубиков или додекаэдров. 4. Абсорбер по п.1, отличающийся тем, что отверстия запираемой опорно-распределительной решетки выполнены в форме квадратов для подвижной насадки в форме тетраэдров. 5. Абсорбер по п.1, отличающийся тем, что отверстия запираемой опорно-распределительной решетки выполнены в форме правильных пятиугольников для подвижной насадки в форме икосаэдров. 6. Абсорбер по п.1, отличающийся тем, что на опорно-распределительной решетке установлен подпружиненный клапан.