МАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ Российский патент 2002 года по МПК B01D53/18 B01D3/28 

Изобретение относится к устройствам для проведения тепломассообменных процессов, в частности ректификации, адсорбции, конденсации пара, охлаждения парогазовых смесей, очистки газов и т.п., и может быть использовано в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, металлургической, целлюлозобумажной и других отраслях промышленности.

Известен массообменный аппарат для очистки газа, содержащий корпус с патрубками для ввода и вывода газа и жидкости, группу решеток, горизонтально установленных внутри корпуса по его высоте на расстоянии одна от другой с разделением внутренней полости корпуса на подрешеточную и надрешеточную зоны, брызгоотделитель, размещенный в надрешеточной зоне корпуса, и камеру слива жидкости, сообщенную с патрубком вывода жидкости; аппарат дополнительно снабжен газоподводящей трубой и замкнутой перегородкой, а патрубок ввода газа присоединен к корпусу на уровне надрешеточной зоны и сообщен с указанной газоподводящей трубой, которая размещена внутри корпуса и имеет прямолинейный участок, проходящий вертикально через решетки вдоль оси корпуса, при этом нижний торец газоподводящей трубы расположен ниже нижней решетки в непосредственной близости от ее поверхности, а перегородка установлена внутри корпуса вертикально и на расстоянии его от его стенок с образованием между ними полости камеры слива жидкости, причем решетки закреплены по периметру внутренней поверхности перегородки, верхний торец перегородки расположен выше верхней решетки и служит его переливным порогом, а нижний торец перегородки расположен ниже нижней решетки, ограничивая подрешеточную зону, см. патент Российской Федерации 2079344 от 03.06.1995, МПК B 01 D 47/04.

Недостатком этого технического решения является малая интенсивность тепло- и массообменных процессов.

Известен массообменный аппарат, содержащий вертикальный корпус, газораспределительное контактное устройство, выполненное в виде тканой сетки, размещенной на высоте Н до конца нижней части корпуса аппарата с днищем или без него и составляет не менее

где 2 - коэффициент, учитывающий амплитуду пульсаций газожидкостного слоя;
σ - коэффициент поверхностного натяжения жидкости, Н/м;
d_экв - диаметр эквивалентной тканой сетки контактного устройства, м;
ρ - плотность жидкости, кг/м³;
g - ускорение свободного падения, м/с²;
аппарат содержит патрубки для подачи и вывода газа, емкость для жидкости, сопряженную с нижней частью корпуса, при этом патрубок подачи газа выведен в пространство под газораспределительным контактным устройством, см. патент Российской Федерации 2165283 от 27.05.1999, MПК B 01 D 3/28.

В этом аппарате, принятом за прототип настоящего изобретения, использовано газораспределительное контактное устройство (ГКУ), выполненное из синтетических полимерных мононитей; такие ГКУ обеспечивают более активный гидродинамический режим при значительно более низком и почти постоянном общем гидравлическом сопротивлении в широком диапазоне нагрузок по газу и малых энергетических затратах на проведение процесса. Область устойчивой работы таких устройств существенно выше в сравнении с описанным выше аналогом.

Однако устройство по патенту RU 2165283 обладает серьезным недостатком, который состоит в том, что в процессе работы устройства жидкость в пространстве под ГКУ имеет не горизонтальный уровень, а принимает положение, отраженное на фиг.3 и фиг.4 графических материалов, прилагаемых к настоящей заявке. Таким образом, в значительной мере (до 20% площади) ГКУ закрыто жидкостью, что препятствует прохождению газа через ГКУ в этой области. При этом следует отметить, что даже при увеличении расхода и, соответственно, приведенной скорости подаваемого газа, свободная зона ГКУ не увеличивается; происходит увеличение скорости прохождения газа через отверстия в свободной зоне ГКУ, при этом жидкость в пространстве над ГКУ не успевает прореагировать с газом. Кроме того, возникает так называемый вторичный унос жидкости с поверхности ГКУ. Указанные выше обстоятельства в существенной степени снижают интенсивность тепломассообменных процессов и, соответственно, эффективность устройства в целом.

В основу настоящего изобретения положено решение задачи повышения эффективности функционирования аппарата.

Согласно изобретению эта задача решается за счет того, что массообменный аппарат, содержащий корпус, газораспределительное контактное устройство в виде тканой сетки, патрубки для подачи и вывода газа, емкость для жидкости, при этом выход патрубка подачи газа расположен ниже газораспределительного контактного устройства, снабжен дополнительной тканой сеткой, расположенной ниже уровня выхода патрубка подачи газа, емкость для жидкости сообщена магистралью, в которую включен насос, с полостью корпуса выше газораспределительного контактного устройства; дополнительная тканая сетка может быть расположена на расстоянии L от газораспределительного контактного устройства, при этом

где 1<γ<2 - коэффициент пульсации газожидкостного слоя;
σ - коэффициент поверхностного натяжения жидкости, Н/м;
d_экв - диаметр эквивалентной тканой сетки контактного устройства, м;
ρ - плотность жидкости, кг/м³;
g - ускорение свободного падения, м/с².

Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичных настоящему изобретению, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "новизна".

Реализация отличительных признаков изобретения обусловливает весьма важные новые свойства объекта: не допускается контакт жидкости с нижней поверхностью ГКУ и предотвращается уменьшение свободной зоны, через которую газ проходит в пространство над ГКУ, где осуществляются тепломассообменные процессы. Тем самым обеспечивается значительное повышение эффективности устройства.

Заявителем не обнаружены какие-либо источники информации, содержащие сведения о влиянии заявленных отличительных признаков на достигаемый вследствие их реализации технический результат. Это, по мнению заявителя, свидетельствует о соответствии данного технического решения критерию "изобретательский уровень".

Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображено:
на фиг.1 - продольный разрез устройства;
на фиг.2 - вариант устройства с боковой подачей газа;
на фиг. 3 - схема, поясняющая распределение жидкости в пространстве под ГКУ в устройстве-прототипе;
на фиг.4 - то же, что и на фиг.3, вариант с боковой подачей газа.

Массообменный аппарат содержит корпус 1, газораспределительное контактное устройство 2 (ГКУ), выполненное в виде тканой сетки. В конкретном примере использована сетка из полимерных мононитей, изготовленных из полиэтилентерефталата, обработанного поливинилиденфторидом. Диаметр мононитей составляет 0,81-0,83 мм. Характер плетения - полотняный. Эквивалентный диаметр (d_экв) отверстия в тканой сетке в конкретном примере составляет 1,27 мм, свободное сечение сетки - 23%.

Аппарат имеет патрубок 3 для подачи, патрубок 4 для вывода газа и емкость 5 для размещения жидкости. Выход 6 патрубка 3 подачи газа расположен ниже ГКУ 2. Аппарат снабжен дополнительной тканой сеткой 7, выполненной в конкретном примере из того же материала, что и ГКУ, но с меньшим d_экв=0,62 мм и свободным сечением сетки - 12,1%. Дополнительная тканая сетка 7 расположена на расстоянии L от ГКУ 2, при этом

где 1<γ<2 - коэффициент пульсации газожидкостного слоя;
σ - коэффициент поверхностного натяжения жидкости, Н/м;
d_экв - диаметр эквивалентной тканой сетки контактного устройства, м;
ρ - плотность жидкости, кг/м³;
g - ускорение свободного падения, м/с².

Коэффициент γ зависит от приведенной скорости V м/сек газа в аппарате. Эмпирическая зависимость коэффициента γ от V приведена в таблице.

Следует отметить, что при V<0,3 м/сек не обеспечивается эффективный объем обработки газа, а при V>4 м/сек происходит вторичный унос жидкости.

Емкость 5 сообщается магистралью 8, в которую включен насос 9, с полостью корпуса 1 выше ГКУ 2.

Устройство работает следующим образом.

Через патрубок 3 подается газ, в конкретном примере, хлор. Жидкость 10, в частности, 10%-ный раствор Na₂CO₃, размещается в емкости 5 и предназначена для поглощения хлора. Жидкость 10 занимает нижнюю часть полости корпуса 1, а также с помощью насоса 9 подается в пространство над ГКУ 2. В исходном положении жидкость находится на уровне ГКУ 2. Газ выдавливает жидкость из пространства 11 между ГКУ 2 и сеткой 7 в пространство над ГКУ 2, при этом практически полностью пространство 11 освобождается от жидкости. Соответственно, вся нижняя поверхность ГКУ 2 свободна, и газ по всей этой поверхности проходит в пространство над ГКУ 2 и реагирует с выдавленной из пространства 11 жидкостью, а также с жидкостью, подаваемой насосом 9.

В дальнейшем подача жидкости для поглощения газа осуществляется только насосом 9; прореагировавшая с газом жидкость под действием силы тяжести "проваливается" в местах 12 с наибольшей высотой газожидкостного слоя 13 через ГКУ 2, проходит через заполненные газом пространство 11, сетку 7 и попадает в емкость 5.

Процесс продолжается до окончания подачи и поглощения газа. При этом объем и концентрация поглощающей жидкости заранее определяются в соответствии с объемом газа, который должен быть поглощен.

Для реализации использовано обычное несложное промышленное оборудование и доступные материалы, что обусловливает соответствие изобретения критерию "промышленная применимость".

Изобретение относится к устройствам для проведения тепломассообменных процессов, в частности ректификации, адсорбции, конденсации пара, охлаждения парогазовых смесей, очистки газов и т.п., и может быть использовано в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, металлургической, целлюлозно-бумажной и других отраслях промышленности. Задача - повышение эффективности функционирования аппарата. Массообменный аппарат, содержащий корпус, газораспределительное контактное устройство в виде тканой сетки, патрубки для подачи и вывода газа, емкость для жидкости, при этом выход патрубка подачи газа расположен ниже газораспределительного контактного устройства, снабжен дополнительной тканой сеткой, расположенной ниже уровня выхода патрубка подачи газа, емкость для жидкости сообщена магистралью, в которую включен насос, с полостью корпуса выше газораспределительного контактного устройства; дополнительная тканая сетка может быть расположена на расстоянии L от газораспределительного контактного устройства, при этом м, где 1 < γ < 2 - коэффициент пульсации газожидкостного слоя; σ - коэффициент поверхностного натяжения жидкости, Н/м; d_экв - диаметр эквивалентной тканой сетки контактного устройства, м; ρ - плотность жидкости, кг/м³; g - ускорение свободного падения, м/с². 1 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

1. Массообменный аппарат, содержащий корпус, газораспределительное контактное устройство в виде тканой сетки, патрубки для подачи и вывода газа, емкость для жидкости, при этом выход патрубка подачи газа расположен ниже газораспределительного контактного устройства, отличающийся тем, что он снабжен дополнительной тканой сеткой, расположенной ниже уровня выхода патрубка подачи газа, при этом емкость для жидкости сообщена магистралью, в которую включен насос, с полостью корпуса выше газораспределительного контактного устройства. 2. Массообменный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что дополнительная тканая сетка расположена на расстоянии L от газораспределительного контактного устройства, при этом

где 1 < γ < 2 - коэффициент пульсации газожидкостного слоя;
σ - коэффициент поверхностного натяжения жидкости, Н/м;
d_экв - диаметр эквивалентной тканой сетки контактного устройства, м;
ρ - плотность жидкости, кг/м³;
g - ускорение свободного падения, м/с².