СПОСОБ КОНТАКТА ГАЗА И ЖИДКОСТИ Российский патент 2003 года по МПК B01J19/32 B01D53/18 

Изобретение относится к способам контакта газа и жидкости для проведения тепло- и массообменных процессов для систем газ (пар) -жидкость и может найти применение в газовой, нефтяной, химической и ряде других смежных отраслей промышленности, в частности в ректификационных, абсорбционных колоннах, абсорберах очистки и осушки углеводородных газов.

Известен способ контакта газа и жидкости в противотоке на насадке фирмы "Зульцер" (патент США 4643853, НКИ 261-112, 1987 г.), в которой вертикально установленные листы с наклонным гофрированием, соприкасающиеся выступающими гофрами друг с другом, орошаются сверху жидкостью, а снизу по каналам гофр подается газ. Жидкостью, которая распределяется, стекая по каналам гофр, смачиваются листы, а газ движется с обеих сторон каждого из листов, распределяется по каналам гофр в одном направлении в противотоке к жидкости, в результате чего осуществляется массообмен между жидкостными и газовыми потоками. Давление между смежными листами и каналами выравнивается прохождением газа и жидкости через отверстия или просечки, выполненные в листах.

К недостаткам этого способа следует отнести следующее:
- движение газа по гофрам листа с каждой стороны осуществляется в одном направлении, что увеличивает гидравлическое сопротивление потоку газа при выходе на стенку аппарата или на соседний поперечно установленный лист (или пакет);
- движение потока газа в пакете только осуществляется в двух направлениях, т.е. первое - в направлении расположения каналов гофр на одном листе с двух сторон, второе (перекрещивающее) - в направлении расположения каналов гофр на смежном листе насадки.

Такое движение потоков ухудшает распределение газа и жидкости по сечению массообменного элемента и ухудшает массопередачу, увеличивает гидравлическое сопротивление газовому потоку.

Указанные недостатки частично устранены в наиболее близком к предлагаемому изобретению способе контакта газа и жидкости в регулярной насадке, набранной из параллельных листов с выступами (патент РФ 2113900, МПК 6 В 01 J 19/30, 1997 г. - прототип), расположенными под углом от вертикали и направленными на поверхностях, обращенных друг к другу, в противоположных направлениях. В этом способе осуществляется разделение газовых и жидкостных потоков, движущихся между смежными листами, на два потока, которые движутся вдоль поверхности каждого из соприкасающихся листов под углом друг к другу, в связи с чем снижается гидравлическое сопротивление газовому потоку при ударении его о стенку аппарата или поперечный лист (или пакет) насадки. При этом с каждой стороны листа образованы перекрещивающиеся газовые потоки, так как часть газа проникает через проницаемые выступы (жгуты), по которым стекает жидкостной поток, что также снижает гидравлическое сопротивление газовому потоку и улучшает распределение газа и жидкости, увеличивая тем самым массопередачу.

Недостатком способа является распределение потоков газа и жидкости только вдоль выступов, т.к. поперечный поток газа, проходящий через жгут, является незначительным, не позволяющим осуществлять равномерное распределение газа и жидкости по сечению массообменного элемента и, следовательно, ухудшает массопередачу и увеличивает гидравлическое сопротивление газовому потоку.

Изобретением решается задача повышения эффективности тепло- и массообмена в процессах разделения многокомпонентных смесей и снижения гидравлического сопротивления по газу путем многократного отбора жидкости с выступов насадки и контакта ее с газовыми потоками, направленными вдоль и поперек выступов.

Для достижения названного технического результата в предлагаемом способе контакта газа и жидкости, включающем противоточное контактирование жидкости и газа, распределение потоков газа на поверхности листов параллельно наклонным потокам жидкости и направление этих потоков в зеркальном отображении на поверхности смежных листов, на поверхности листов организуют неравномерные (волновые) потоки газа, направленные под углом к потокам газа и потокам жидкости, а в местах пересечения двух потоков газа с наклонными потоками жидкости производят отбор жидкости и контактируют ее с газом.

В местах отбора жидкости осуществляют колебание потоков жидкости двумя направленными под углом потоками газа.

Организация на поверхности листов неравномерных (волновых) потоков газа, направленных под углом к потокам газа и параллельным им потокам жидкости, отбор жидкости в местах пересечения двух потоков газа с наклонными потоками жидкости и контактирование ее с газом позволили провести дробление жидкости потоками газа с частотой колебаний, определяемой, например, конструкцией насадки, и тем самым повысить эффективность массопередачи между газовыми и жидкостными потоками.

Осуществление колебания потоков жидкости в местах ее отбора направленными под углом друг к другу потоками газа дополнительно повышает эффективность способа контакта газа и жидкости за счет колебания потока жидкости, распространяющегося в среде выступов листов насадки и принудительного отвода жидкости с них.

Заявителю не известны способы контакта газа и жидкости на регулярных насадках, в которых повышение эффективности тепло- и массообмена, снижение гидравлического сопротивления по газу и улучшение распределения потоков достигалось бы указанным выше образом.

Предлагаемый способ поясняется схемами распределения потоков газа и жидкости в регулярной насадке.

На фиг. 1 представлена схема распределения потоков жидкости и газа при осуществлении способа контакта газа и жидкости в пакете регулярной насадки, листы которой выполнены с выступами в виде пережатых пористых жгутов.

На фиг. 2 представлена схема распределения потоков газа и жидкости на поверхности одного листа регулярной насадки с выступами в виде пережатых пористых жгутов.

На фиг. 3 представлена схема распределения потоков газа и жидкости на поверхности одного листа регулярной насадки с выступами в виде пережатых пористых жгутов.

На схемах распределения потоков газа и жидкости (фиг.1, 2, 3) показаны фрагменты регулярной насадки, состоящей из вертикальных листов 1 с выступами (например, сетчатыми жгутами) 2, которые выполнены с пережатиями (уплотнениями) 3 (фиг.1). В местах пережатий 3 на обеих поверхностях каждого из листов 1 расположены каналы 4, для движения газовых потоков поперек выступов (фиг. 3). На поверхностях листов 1 показаны направления движения наклонных газовых потоков 5 и перекрещивающихся с ними колеблющихся неравномерных (волновых) газовых потоков 6 (фиг.1, 2). Сверху и снизу насадки показаны направления движения жидкостных потоков 7 и 8, а также направление движения наклонных потоков жидкости 9 по выступам 2 и отбираемых из выступов 2 потоков жидкости 10 (фиг.1, 2).

На фиг.3 показаны направления движения потоков газа 11 и 12 через листы насадки при наличии окон 13 на листах 1.

Способ осуществляется следующим образом.

Поток жидкости (жидкой фазы) 7 после распределения подают сверху на регулярную насадку, растягивают по сечению аппарата по поверхности листов 1 между выступами 2 (фиг. 1), затем часть собирают с листов 1 выступами 2 в поток 9 и обеспечивают сток остальной жидкости в виде тонкой пленки по поверхности листов 1 насадки.

В объеме насадке осуществляют контактирование жидкости с восходящими потоками газа, которые, как и жидкость, распределяют потоками.

Потоки газа 5 и жидкости 9 (фиг.1, 2) распределяют по поверхностям листов 1 параллельно друг другу: с одной стороны листов 1 потоки газа 5 и жидкости 9 направляют с наклоном слева направо, а с другой стороны листов 1, наоборот, - справа налево.

Организуют на поверхностях листов неравномерные (волновые) потоки газа 6, направленные под углом к параллельным потокам газа 5 и жидкости 9 (фиг.1, 2) по каналам 4 (фиг.3), образованным на листах путем пережатий 3 выступов 2.

В местах пересечения потоков газа 5 и 6 с наклонными потоками жидкости 9 производят отбор жидкости поток 10 (фиг.1, 2) и контактируют ее с газом.

Жидкость отбирают в виде струек (поток 10, фиг.1, 2) из структуры выступов 2 и затем дробят потоками газа 5 и неравномерными (волновыми) потоками 6, направленными под углом друг к другу.

Производят колебание наклонных потоков жидкости 9 в местах отбора жидкости неравномерными (волновыми) потоками газа 6 и потоками газа 5, которые распределяются под углом к потокам 6, и таким образом обеспечивают интенсификацию стока жидкости, а следовательно, увеличивают массопередачу между газом и жидкостью.

В местах отбора жидкости в плоскости, перпендикулярной распространению двух направленных под углом друг к другу потоков газа и потоков жидкости организуют направленные под углом друг к другу потоки газа 11 и 12 и поток жидкости посредством отверстий 13 (фиг.3), выполненных на листах 1, что позволяет улучшить распределение газа по поперечному сечению массообменной части и снизить ее гидравлическое сопротивление.

Данный способ может быть осуществлен в насадке, выступы на листах которой могут быть выполнены из сетчатого жгута, как показано на фиг.1, 2, 3, или фитиля.

Предложенный способ также может быть осуществлен с использованием гофрированных листов, при этом распределение потоков осуществляют следующим образом: основного по наклонным каналам гофрированных листов, а дополнительного в выполненных под углом к основным каналам в местах сбора жидкости каналами с последовательно расширяющимися и сужающимися сечениями.

Таким образом, предложенный способ контакта жидкости и газа позволил создать дополнительные ранее не известные зоны контакта в регулярных насадках и организовать двумя направленными под углом друг к другу потоками газа колебание нисходящих потоков жидкости, распределяемых в структурах выступов, и тем самым существенно повысить эффективность тепломассообмена между газом и жидкостью, а за счет создания дополнительных потоков газа по поперечному сечению насадки снизить гидравлическое сопротивление.

Способ контакта газа и жидкости относится к способам контакта газа и жидкости для проведения тепло- и массообменных процессов для систем газ (пар)- жидкость, может найти применение в газовой, нефтяной, химической и ряде других смежных отраслей промышленности, в частности в ректификационных, абсорбционных колоннах, абсорберах очистки и осушки углеводородных газов, и включает противоточное контактирование жидкости и газа, распределение потоков газа на поверхности листов параллельно наклонным потокам жидкости и направление этих потоков в зеркальном отображении на поверхности смежных листов, организацию на поверхности листов неравномерных (волновых) потоков газа, направленных под углом к потокам газа и потокам жидкости, произведение в местах пересечения двух потоков газа с наклонными потоками жидкости отбора жидкости и контактирование ее с газом. В местах отбора жидкости осуществляют колебание наклонных потоков жидкости двумя направленными под углом потоками газа. Предложенный способ позволяет создать дополнительные зоны контакта в регулярных насадках. 1 з.п.ф-лы, 3 ил., 1 табл.

1. Способ контакта газа и жидкости, включающий противоточное контактирование жидкости и газа, распределение потоков газа на поверхности листов параллельно наклонным потокам жидкости и направление этих потоков в зеркальном отображении на поверхности смежных листов, отличающийся тем, что на поверхности листов организуют неравномерные (волновые) потоки газа, направленные под углом к потокам газа и потокам жидкости, а в местах пересечения двух потоков газа с наклонными потоками жидкости производят отбор жидкости и контактируют ее с газом.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в местах отбора жидкости осуществляют колебание наклонных потоков жидкости двумя направленными под углом потоками газа.