Контактное устройство для взаимодействия газа (пара) с жидкостью Советский патент 1984 года по МПК B01D3/26 

Изобретение относится к контактным устройствам для осуществления -пр цессов массообмена между газовой (паровой) и жидкой фазами и может найти применение в процессах ректифи кации, абсорбции и хемосорбции, и предназначено для Maccoo6N eHHbix процессов в системах газ- (пар), жидкост сопровождающихся большими колебаниями расхода газовой (паровой) фазы,. например, при залповых выбросах газа (пара), или в процессах с пульси рующими потоками. Известно контактное устройство для взаимодействия газа (пара) с жидкостью, выполненное из листа со щелями, снабженными с одной стороны отбортовкой и двух вертикальных плоскопараллельных пластин, плотно примыкающих к листу. Над щелями с за зором к листу и отбортовке щелей установлен перевернутый плоекоовальный , желоб с отогнутыми внутрь торцевыми кромками, плотно примыкающими к вертикальнь1м плоскопараллельным пластинам l . Недостатком известного контактного устройства является небольшой диа пазон устойчивой работы, так как контактное устройство, работающее в режиме соударяющихся восходящих по токов, эффективно работает только пр больших расходах (или скоростях) газовой (паровой) фазы. Режим восходящего прямотока для систем газжидкость и последующего соударения газожидкостных потоков возможен лишь ; при скоростях газа в сечении контакт ного устройства свыше 8 м/с (или при сильных взаимодействиях). При более низких скоростях газа (или слабых взаимодействиях) жидкость, поступающая в контактное устройство не зжектируется газом, т.е. энергии газового потока недостаточна, чтобы увлечь жидкость вверх по контактному устройству. Жидкость не контактируя с газом и проваливается на нижележащую контактную ступень. Таким об разом, диапазон устойчивой работы контактного устройства ограничен явлением провала жвдкости при низких скоростях газа. Известно контактное устройство цпя взаимодействия газа (пара) с жидкостью, выполненное в виде горизонтального полотна с продольными щелями, снабженными rasosMivm патрубками, над которыми установлены прямоугольные колпачки з . Недостатками известного устройства являются малый диапазон устойчивой работы и большой унос жидкости при повьпаенных скоростях газа (пара). Это обусловлено тем, что устройство по своей конструктивной компоновке предназначено для работы только в барботажном режиме, т.е когда .газ в виде пузырьков пробулькивает через слой жидкости, находящейся на контактной ступени. Барботажный режим взаимодействия фаз характеризуется небольшой скоростью газа (пара). В случае увеличения скорости (или расхода) газа он полностью вытесняет жидкость из контактных зазоров и выходит из них, практически не контактируя с жидкостью, что значительно снижает эффективность процесса массообмена. При внезапном повьппении скорости газа (например, залповом выбросе газа, или при работе устройства в пульсирующем режиме) последний с большой скоростью вькодит из контактного устройства, захватывает часть жидкости и уносит ее на вышележащую ступень. При этом падает.эффективность процесса массообмена и унос жидкости значительно превышает допустимую величину. Таким образом, диапазон устойчивой работы контактного устройства ограничен явлением уноса жидкости на вышележащую ступень при высоких скоростях газа. Известно контактное устройство для взаимодействия газа (пара) с жидкостью, включающее основание со щелью, снабженной с обеих сторон отбортовкой, вертикальные штоскопарйллельные пластины, установленные с зазором к осно}занию и отбортовке щели и переварнутый плосковального желоб с отогнутьми внутри- торцовыми крог-жами, установленного над щелью .с зазором к основанию З . Однако контактное устройство имеет более узкий диапазон устойчивой работы, а также не работоспособно в условиях заппозых выбросов газовой фазы, так как наблюдается провал жидкости на нижележащую ступень через щели и гфи умеренной (нош нальной) нагрузжа по-газу. Если конструк71чвные параметры конта.ктног о устройстве аыбрат-Ь по нош-гнгльной иагрузке (и этим обеспечить его работоспособность при умеренных нагрузках по газу), то при резком повышении нагрузки по газовой фазе (например при залповом выбросе) за счет резкого увеличения скорости в контактных каналах наблюдается значительное уве личение гидравлического сопротивления контактного устройства, что вызы вает проскок газа через зазоры 2 и 3 и через гидрозатвор, обеспечиваемый высотой слоя жидкости на основании. Цель изобретения - расширение диапазона устойчивой работы и обеспечения работоспособности в условиях резкого повышения нагрузки по газовой фазе, например, при залповых выбросах. Поставленная цель достигается тем что в контактном устрройстве для взаимодействия газа (пара) с жидкостью выполненным из основания со щелью, снабженной с обеих сторон отбортовкой, двух вертикальных плоскопараллельных пластин, установленных с зазором к основанию и отбортовке щели и перевернутого плоскоовального жело ба с отогнутыми внутрь, торцовыми кро ками, -ycTaHOBneHHoro над щелью с зазором к основанию, щель выполнена между плоскопараллельными пластинами, которые снабжены горизонтальной перегородкой, установленной на щели и соединяющих их между собой и торцовыми пластинами, примыка1ощими к ним и горизонтальной перегородке,, а основание снабжено вертикальными порогами, установленными между вертикальными пластинами и боковыми стенками перевернутого желоба. На фиг.1 изображено общий вид, устройство. Устройство выполнено из основания 1 со щелью 2, снабженной с обеих сторон отбортовкой 3, двух вертикальных плоскопараллельных; пластин 4 установленных с зазором 5 к основани 1и с зазором 6 котбортовке 3, и перевернутого плоскоовального желоба 7 с отогнутыми внутрь торцовыми кромками 8, установленного над щелью 2с зазором 9 к основанию. Щель 2 расположена внутри плоско параллельных пластин 45 которые на некотором расстоянии над.отбортовкой 3 соединены меяду собой горизонтальной перегородкой 10, снабженной торцовыми пластинами 11, плотно примыкающими к плоскопараллельным пластинам 4 и горизонтальной перегородке 10. Между плоскопараллельными пластинами 4 и боковыми стенками перевернутого плоскоовального желоба 7 к основанию 1 прикреплены вертикальные пороги 12. Расположение щели 2 внутри плоско параллельных пластин 4, установка горизонтальной перегородки 10 с торцовыми пластинами 11 и установка порогов 12 позволяют соединить полость 13 под горизонтальной перегородкой 10 с внутренней полостью контактных каналов 14, а также перекрыть снизу контактные каналы 14 основанием 1. В результате изменяет- ся схема взаимодействия ротоков и обеспечивается последовательный про ход газовой фазы через полость 13 под горизонтальной перегородкой 10 и через контактные каналы 14. Таким образом, увеличивается диапазон устойчивой работы и обпеспечивается работоспособность контактного устройства в условиях резких колебаний нагрузки по газовой фазе, так как установка горизонтальной перегородки 10 с торцовыми пластинами 11 и, расположение щели 2 между плоско- , параллельными пластинами, обеспечивают нормальную работу и эффективность устройства при номинальной (умеренной) нагрузке по газу (без явления провала жидкости), а -установка пластин 12, в виде вертикальных порогов и последовательное соединение полости 13 с контактными каналами 14, приводит к тому, что контактное устройство устойчиво и эффективно работает в условиях резкого повышения нагрузки по газовой фазе (например, при залповых газовых выбросах). Контактное устройство работает следующим образом. Жидкость (сплошные стрелки) стекает по переливному устройству с вьшележащей контактной ступени и растекается по горизонтальному полотну одним слоем некоторой толщины. При малых скоростях газа, когда контактное устройство работает в, барботажном режиме, газ (пунктирные стрелки) поступает с нижележащей ступени в продольные щели 2 и затем в виде пузырьков барботирует через слой жидкости на основании 1, проходя последователь но зазоры 6 и зазоры 5. Проконтактировавший газ удаляется по плоским каналам 14 через открытые торцы перевернутого плоскоовального желоба 7 на вышележащую ступень. Жидкость пос.ле взаимодействия по переливу самотеком стекает на нижележащую ступень Следует отметить, что жидкости которая в виде капель может быть унесена газовым потоком в каналы 14, отделяется от газа в верхней части плоскоовального желоба 7, т.е. уноса капель жидкости на вьшележащую ступень не происходит. При больших скоростях газа, когда контактное устройство работает в прямоточном, режиме с последующим соударением, газ последовательно проходит продольные щели 2, зазоры 6, зазоры 5 и за счет большой скорости эжек тирует зазоры 9 жидкость, находящуюся на основании 1. Образовавшиеся газожидкостные потоки перемещаются по плоским каналам 14, поворачивают в верхней части плоскоовального желоба 7 навстречу друг другу и соударяются. В результате соударения пото ки тормозятся и происходит сепарация фаз. Газ, расширяясь и теряя ско рость, выходит из торцов плоскоовального желоба 7 и устремляется на вышележащую ступень, а жидкость под дерютвием силы тяжести стекает В полость между вертикальными пласти нами 4, на основание 1 и по переливу на нижележащую ступень. Благодар установке перевернутых плоскоовальньпс желобов 7 (с отогнутыми внутрь торцовыми кромками), вертикальных порогов 12 существенно расширяется диапазон устойчивой работы контактного устройства и уменьшается брызго унос жидкости с контактного устройст ва на вышележащую ступень при высоких скоростях газа. При этом наиболее существенное влияние на сепараци фаз оказывает соударение встречных газожидкостных потоков, при котором происходит резкое торможение как газовой, так и жидкой фазы. В промьшшенности для осуществления, процессов массообмена между газо вой (паровой) и жидкой фазами применяются устройства барботажного типа с колпачковыми тарелками. По совокупности показателей качества за базовый образец принята колпачковая та релка с прямоугольными колпачками. 1 196 Проведенный предварительный технологический расчет позволил выявить ряд преимуществ предлагаемого контактного устройства по сравнению с устройством по прототипу. Сравнение проводилось по величине диапазона устойчивой работы и по величине уноса при различньк расходах газовой фазы. Расчеты показали, что диапазон устойчивой работы у предлагаемого устройства в 2-2,5 ра за Bbmie, чем у колпачковой тарелки по прототипу, унос жидкой фазы при малых скоростях газа (в расчете на сечение колонны 0,6-1,5 м/с) у предлагаемого устройства отсутствует, а у колпачковой тарелки находится в пределах общепринятой допустимой величины (0,1 кг жидкости/кг газа). При больших скоростях газа (в расчете на сечение колонны порядка 1,5-5,6 м/с) предлагаемое устройство работает устойчиво и унос жидкости меньше допусти мой величины, а у колпачковой тарелки при скорости газа более 2 м/с унос жидкости превышает допустимую величину. Следует также отметить, что при больших расходах газа увеличивается эффектизность процесса массообмена , ввиду изменившей ся схемы взаимодействия фаз в предлагаемом устройстве. Выпи проведены опьгтно-промьшшенные испытания аппарата диаметром 200 мм с предлагаемыми контактными устройствами в процессе очистки залповых газовых выбросов от хлористого водорода (производство соляной кислоты). Испытания показали высокую эффективность, отсутствие уноса жидкости и надежную работу предлагаемого .контактного устройства при резком возрастании расхода газа. Кроме этого/ проведены предварительные испытания предлагаемого устройства в процесс регенерации растворителя (производство фурфурольной очистки масел). Эти испытания показали практическую возможность создания пульсирующей подачи потоков, которая создает благоприятные условия для улучшения межфазного массопереноса и приводит к ощутимому увеличению пропускной способности аппарата. Допустимая рабочая скорость

КОНТАКТНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ГАЗА (ПАРА) С ЖИДКОСТЬЮ, включающее основание со щелью, снабженной с обеих сторон отбортовкой, вертикальные плоскопараллельные пластины, установленные с зазором к основанию и отбортовке щели, и перевернутый плоскоовальный желоб с отогнутыми внутрь торцовыми кромками, установленный над щелью с зазором к основанию отличающееся тем, что, с целью расигарения диапазона устойчивой работы и обеспечения работоспособности в условиях резкого повьш1ения нагрузки по газовой фазе, например, при залповых выбросах, щель выполнена между штоскопараллельными пластинами, которые снабжены горизонтальной перегородкой, установленной на расстояНИИ над отбортовкой щели и соединяющей их между собой, и торцовыми пластинами, примыкающими к ним и горизонтальной перегородке, а основание снабжено вертикальными порогами, установленными между плоскопараллель ными пластинами и боковыми стенками перевернутого желоба.