Устройство для проведения массообменных процессов Советский патент 1983 года по МПК B01D3/28 B01D19/00 

Изобретение относится к устройствам, применяемым для проведения массообменных и реакционных процессов в газожидкостных системах и в системах газ-жидкость мелкодисперсная твердая фаза, в частности для абсорбции углекислоты щелочными растворами.

Известно многоступенчатое массообменное устройство, включающее корпус и прямоточные контактные тарелки в виде вертикальных плоскопараллельных пластин, над которыми установлены дугообразные отбойники. Жидкость, поступающая на тарелку, подхватывается восходящим потоком газа и диспергируется, в результате чего происходит массообмен между газом и жидкостью, а затем, встречаясь с отбойником, газожидкостной поток разделяется снова на газ и жидкость 1.

Недостатком такого устройства является невысокая эффективность, обуславливаемая малым объемом контакта фаз (в полостях между пластинами) по сравнению с объемом аппарата и невысокими допустимыми нагрузками по. газу (при скорости свыще 3-3,5 м/с наблюдается брызгоунос). Для достижения требуемой степени очистки газа требуется его многоступенчатый контакт с жидкостью, в результате чего такие аппараты металлоемки и имеют больщую высоту. Кроме того, дугообразные отбойники не обеспечивают хорощего разделения газожидкостной смеси, что вызывает унос газом капелек жидкости на выщележащую ступень.

Известен контактный аппарат, в котором газ и жидкость движутся прямотоком через инжекторы с диффузорами, обеспечивающими мелкодисперсный распыл жидкости.

Для реализации многоступенчатого контакта фаз необходимо разделение газожидкостного потока на газ и жидкость. Роль сепаратора в таких устройствах выполняет камера с насадкой «з легких щаров, ограниченная сверху и снизу горизонтальными перфорированными решетками 2..

Однако из условий противотока фаз в сепараторе скорость газа в полном сечении колонны не должна превыщать 5 м/с, так как при большей скорости наступает захлебывание насадки.

Для того, чтобы обеспечить в горловинах инжекторов следующей ступени скорости порядка 20-40 м/с, газовый поток с V 5 м/с должен быть сконцентрирован на площади в 4-8 раз меньщей, чем сечение аппарата, что составляет 12,5-25% сечения. Таким образом, начиная со второй по высоте контактной ступени аппарата объем использования аппарата резко понижается за счет снижения объема активной зоны, занятой высокоскоростным потоком. При этом должно быть уменьшено число форсунок либо для сохранения объема активной зоны необходимо иметь дополнительные средства для увеличения скорости газового потока с 5 до 20-40 м/с, что усложняет и удорожает установку в целом. При работе же с низкими скоростями газа.работа аппарата малоэффективна.

Известно устройство для проведения wacсообменных процессов, включающее корпус, контактные тарелки с форсунками и уста0 новленные над ними сепараторы. Высота диффузора равна высоте контактной ступени за счет использования высокоэффективной проволочной или тканевой насадки 3.

Однако остальной объем над контактной тарелкой, окружающий диффузоры, является зоной, где жидкость и газ в массообмене практически не участвуют. Эта зона используется только для перетока и сепарации жидкости.

0 Устройство характеризуется низким процентом содержания жидкости в зоне диффузоров (0,1-0,15%), что ограничивает поверхность контакта фаз; недостаточно развитая поверхность контакта фаз имеет следствием невысокую эффективность массооб5 мена, объем над контактной тарелкой не используется полностью для контакта жидкой и газообразной среды в зоне, окружающей диффузоры, жидкость и газ в массообмене не участвуют; невозможностью использования устройства для систем с невысокими скоростями газа (5-7 м/с), так как при таких скоростях работа устройства неэффективна; необходимостью в дополнительных устройствах (насосах, компрессорах), обеспечивающих высокие напоры жидкости и газа; невозможностью работы на жидкостях с включением мелкодисперсной твердой фазы (суспензиях), так как мелкие частицы забивают сетки диффузоров; невозможностью надежной работы при отклонениях устройства от вертикальной оси

0 (например, при использовании устройства в абсорберах для очистки воздуха на подводных лодках).

Цель изобретения - интенсификация процесса за счет увеличения поверхности

контакта фаз и обеспечения работы На низких напорах газа и жидкости.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, включающем корпус и размещенные по высоте контактные тарелки с

форсунками, над которыми установлены сепараторы, форсунки выполнены плоскощелевыми и выходные щели соседних форсунок повернуты относительно друг друга на 90°, а под каждой контактной тарелкой установлена дополнительная перфориро5 ванная тарелка.

В основании контактных тарелок между форсунками выполнены крестообразные вырезы.

Предлагаемое выполнение устройства имеет следующие преимущества.

Пленочные плоскощелевые форсунки преобразуют течение жидкости перед распределением в форму пленки с наибольшей поверхностной энергией. Эта форма является неустойчивой и быстро распадается, чем обеспечивается диспергирование жидкости во всем объеме аппарата между контактной тарелкой и сепаратором. Эффект диспергирования существенно увеличивается за счет подачи в форсунки не чистой жидкости, а газожидкостного потока, образованного на нижележащей перфорированной тарелке; струйки газа, поступающего в форсунку, способствуют разрыву пленки уже при движении через форсунку. Диспергирование усиливается также за счет выполнения в основании тарелки крестообразных вырезов, которые формуют неустойчивые пленки жидкости в сечении тарелки. Все это способствует увеличению поверхности контакта фаз, а следовательно интенсификации процесса массообмена.

Устройство может применяться для систем с низкими напорами газа и жидкости по результатам исследований напор жидкости и газа, достаточный для диспергирования, составляет 0,1-0,2 ат.

Пленочные плоскощелевые форсунки работоспособны при любых соотношениях потоков газа и жидкости. По результатам исследований оптимальным является содержание жидкости в газожидкостном слое, равное 10-15%, что в .100 раз превышает аналогичные значения для эжекционных пневматических форсунок - и соответственно увеличивает поверхность контакта фаз.

Пленочные плоскощелевые форсунки выполнены в виде хорошо обтекаемой плоскости, не -содержат внутренних устройств в виде трубок для подачи жидкости, в связи с этим их форма имеет минимальное гидравлическое сопротивление и позволяет работать в условиях введения в систему мелкодисперсной твердой фазы, которая также способствует интенсификации диспергирования жидкости и интенсификации процесса массообмена.

Устройство может быть использовано в условиях отклонения его от вертикали; жидкость распределена в объеме несущего газа и не имеет в аппарате явно выраженного уровня, а газовый поток непрерывно перераспределяется по всему сечению колонны с помощью центробежных сепараторов, работоспособных при значительных углах наг клона.

На фиг. 1 изображен аппарат, продольный разрез; на фиг. 2 - узел I на фиг. 1; на фиг. 3 - вид по стрелке А на фиг. 2.

Устройство включает корпус 1 со штуцерами 2 и 3 входа и выхода газа и штуцерами 4 и 5 входа Vi выхода жидкой фазы (суспензий). По высоте аппарата размещены контактные тарелки 6, в которых установлены плоскощелевые форсунки 7, выходные щели которых повернуты относительно друг друга на 90°.

Между форсунками 7 в основании контактных тарелок 6 предусмотрены крестообразные вырезы 8. Под каждой контактной тарелкой 6 установлена дополнительная перфорированная тарелка 9, а над контактными тарелками размещены вихревые цент робежные сепараторь 10.

Основание сепаратора вышележащего блока соединено через штуцер 11 переливной трубой 12, включающей кран 13 и гидрозатвор 14 с полостью над перфорированной тарелкой 9 нижележа1цего блока. В узле

сепаратора концентрично корпусу 1 установлена Перфорированная обечайка 15.

Аппарат работает следующим образом. В корпусе 1 колонны через штуцер 4 верхнего контактного блока подают жидQ кость (суспензию), а вниз колонны через щтуцер 2 подают газ. На перфорированной тарелке 9 верхнего контактного блока образуется газожидкостный барботажный слой, движущийся прямотоком снизу вверх в плоскощелевые форсунки вышележащей

5 тарелки 6. Форсунки преобразуют течение жидкости в форму пленок, которые являются неустойчивыми и быстро распадаются на струйки и капли. Распад жидкости увеличивается за счет подачи в форсунки газожидкостного потока, образованного на

0 Нижележащей перфорированной тарелке; струйки газа, поступающего в форсунку, способствуют разрыву пленки уже при движении через форсунки. При введении в систему мелкодисперсной твердой фазы диспергирование .жидкости также интенсифи цируется за счет взаимодействия частичек твердой фазы с пленками жидкости.

Крестообразные вырезы 8 в основании тарелки 6 также формуют быстро распадающиеся пленки, способствуя увеличению до

0 активной поверхности сечения аппарата. Соотношение потоков жидкости и гп за выбирают таким образом, чтобы обеспечить в объеме аппарата оптимальное диспергирование и максимальную поверхность контакта, имея ввиду, что при увеличении

5 жидкостной нагрузки возможна коалесценция капель и снижение поверхности контакта. После контактирования фаз в объеме над тарелкой с форсунками газожидкостный слой попадает в вихревой центробежный сепаратор 10, где происходит разделе ние слоя на газ и жидкость (суспензию). Для усиления эффекта сепарации установлена обечайка 15. Газ удаляется из аппарата через штуцер 3, а жидкость поступает через штуцер 11 в перелив 12 откуда по5 дается для повторного контакта на перфорированную тарелку 9 нижележащего контактного блока. Для исключений проскока газа через перелив, минуя контактные тарелки.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ МАССООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ, включающее корпус и размещенные по высоте контактные тарелки с форсунками, над которыми установлены сепараторы, отличающееся тем, что, с целью интенсификации процесса за счет увеличения поверхности контакта фаз, обеспечения работы на низких напорах газа и жидкости, форсунки выполнены плоскощелевыми и выходные щели соседних форсунок.повернуты относительно друг друга на 90°, а под каждой контактной тарелкой установлена дополнительная перфорированная тарелка. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в основании контакных тарелок между форсунками выполнены крестообразные вырезы. ел ел оо сх 4;: оо