1
(21)4763384/26
(22)28.11.89
(46) 23.12.91. Бкш. Р 47
(71)Краснодарский политехнический институт
(72)И.П. Слободяник
(53)66.015.23(088.8)
(56)Авторское свидетельство СССР № 1636026, кл. В 01 D 53/18, 1989.
(54)ХСТАНОВКА ДЛЯ УЛАВЛИВАНИЯ ЛЕТУЧИХ ВЕЩЕСТВ ИЗ ГАЗОВЫХ ВЫБРОСОВ
(57)Изобретение относится к очистке промышленных газовых выбросов
от летучих веществ с целью защиты воздушного бассейна от загрязнения, может быть -использовано в химической, нефтехимической, газовой и других смежных отраслях промышленности и позволяет интенсифицировать массооб- мен между газом и жидкостью за счет увеличения скорости газа в нижней части колонны, многократного диспергирования жидкости и равномерного распределения жидкости и газа по поперечному сечению колонны. Установка для улавливания летучих веществ из газовых выбросов включает вертикальную цилиндрическую колонну с тангенциальным вводом газовых выбросов через патрубки в нижней части колонны и равномерным распределением абсорбента в верхней.части посредством коаксиальных трубок со ступенчатыми дисками и кольцами и коаксиальными ступенчатыми отражательными цилиндрами с окнами и простенками, верхнюю дополнительную часть колонны большего чем основная колонна диаметра с распределением циркулирующего абсорбента через коаксиальные трубы со ступенчатыми дисками и кольцами,
системой емкостей, насосов и трубо- ..
проводов для подачи абсорбента на основную колонну и циркулирующего абсорбента на дополнительную часть колонны, систему охлаждения циркулирующего абсорбента в дополнительной части колонны, систему регенерации абсорбента отводимого из основной части колонны. Нижняя часть колонны
;выполнена ступенчатой формы с уменьшающимся поперечным сечением сверху вниз, коническими переходами в виде усеченных конусов, ориентированных большими основаниями вверх. 8 ил.
л
35
in
Јь Х
Изобретение относится к очистке промышленных газовых выбросов от летучих веществ с целью защиты воздушного бассейна от загрязнения и может быть использовано в химической, нефтехимической, газовой и других смежных отраслях промышленности.
Цель изобретения - повышение эф- .фективности массообмена между газом
и жидкостью за счет увеличения скорости газа в нижней части колонны многократного диспергирования жидкости и равномерного распределения жидкости и газа по поперечному сечению колонны.
На фиг. 1 схематически представлена основная и дополнительная части колонны, продольный разрез; на
фиг, 2 - технологическая схема установки; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 5 - вид В-В на фиг, на фиг. 6 - разрез Г-Г на фиг. 5; на фиг. 7 - разрез Д-Д на фиг. 3; на фиг. 8 - разрез Е-Е на фиг. 3.
Установка для улавливания летучих веществ из газовых выбросов содержит вертикальную цилиндрическую колонну 1 со ступенчатой ее частью 2 с уменьшающимся поперечным сечением, соединенной между собой коническими переходами 3 в виде усеченных конусов ориентированных большими основаниями вверху, тангенциально направленные патрубки 4 в самой нижней ступени 2 колонны для ввода газовых выбросов и тангенциально направленные патрубки 5 с регулирующими задвижками 6 для ввода газовых выбросов в промежуточные ступени 2 и колонну 1 соответственно с промежуточным и максимальным поперечными сечениями, кубовую часть колонны 7 для слива отработанного абсорбента, центральную вертикальную трубу 8 для подачи абсорбента в колонну 1 с горизонтальным отражательным кольцом 9 на конце и горизонтальным отражательным диском 10 под трубой 8. Снаружи центральной трубы 8 концентрически установлены ступени вверх трубы 11, к нижним кромкам которых прикреплены верхние отражательные кольца 12, а к соответствующим смежным внутренним трубам прикреплены нижние отражательные кольца 13. Вокруг каждого кольцевого сечения от отражательного кольца и диска 10 и колец 12, 13 установлены отражательные цилиндры 14 увеличивающихся диаметров и увеличивающихся высот снизу вверх с прямоугольными вертикальными окнами 15 и простен ками 16 и наружные сплошные цилиндры 17 без окон. Наружные сплошные цилиндры 17с внутренними отражательными цилиндрами 14 образуют увеличивающиеся по диаметру снизу вверх ступени, причем наружным сплошным цилиндром для самой верхней ступени наибольшего диаметра служит корпус колонны 1. Отражательные 14 и сплошные 17 цилиндры крепятся между собой и к трубам 8 и 11 радиальными ригелями 18, установленными на опоре колонны 1. При условии равномерного распределения абсорбента по попереч
10
15
20
ному сечению колонны 1 отношение цилиндра 14 равно отношению площади кольцевого сечения между стенкой сплошного цилиндра 17 и данного отражательного цилиндра 14 к площади кольцевого сечения между данным отражательным цилиндром 14 и внутрен- |ним смежным цилиндром 14, ширина окон 15 и простенков 16 каждого наружного цилиндра 14 больше, чем смежного внутреннего цилиндра 14, а количество окон 15 цилиндров 14 равно простым числам, увеличивающимся от внутренних к наружным цилиндрам 14 для предупреждения совпадения положений окон 15 и простенков 16, расположенных концентрическими обеспечения тем самым равномерного абсорбента по всему сечению колонны при произвольной установке отражательных ци- , линдров 14 и с их окнами 15 друг относительно друга.
5
0
5
0
Смежные концентрические трубы 11 фиксируются между собой и с трубой 8 (не показано) и сообщены между собой вершинами открытыми концами в наружной трубе 11. Размеры труб 11 и центральной трубы 8 принимаются так, что площади кольцевых сечений между трубами 11 и между отражательными кольцами 12 и 13 каждой ступени пропорциональны кольцевым сечениям колонны между сплошными цилиндрами 17 каждой ступени, на которую подается абсорбент из кольцевого сечения, а площадь кольцевого сечения между отражательными кольцами 12 и 13 равна площади кольцевого межтрубного сечения между внутренним диаметром наружной трубы 11 и наружным диаметром смежной с ней внутренней трубы 11 или поперечным сечением центральной трубы 8. К наружной трубе 11 под- 5 соединен патрубок 19 для подачи абсорбента в колонну 1. Над основной колонной 1 коаксиально установлена дополнительная часть колонны 20 большего диаметра, чем основная колонна, конический переход 21 между основной колонной 1 и дополнительной частью 20 расположен ниже верхней кромки колонны 1 так, что между коническим переходом 21 и колонной 1 образован карман для сбора абсорбента, осесиммет- рично в дополнительной части колонны 20 установлена центральная вертикальная труба 22 для подачи абсорбента с горизонтальным отражательным коль0
5
цом 23 на конце и горизонтальным отражательным диском 21 под трубой. Снаружи центральной трубы 22 концентрически установлены ступенями трубы 25, к нижним кромкам которых прикреплены верхние отражательные кольца 26, а к соответствующим смежным внутренним трубам 25 - нижние отражательные кольца 27. Смежные концентрические трубы 25 фиксируются между собой и трубой 22 (не показано) и сообщены между собой верхними открытыми кольцами в наружной трубе 25. К наружной трубе 25 подсоединен патрубок 28 для подачи абсорбента в дополнительную часть колонны 20. Наружная труба крепится к радиальным ригелям 29, установленным на опоры в дополнительной части колонны 20. В кармане конического перехода 21 имеется патрубок 30, из которого абсорбент самотеком стекает по трубопроводу 31 в одну из двух емкостей 32, работающих попеременно, причем вторая емкость 32 всегда заполнена свежим абсорбентом, а первая емкость 23 - циркулирующим абсорбентом. Центробежный насос 33 задвижками 34 на всасывающем патрубке подсоединен к емкости 32 циркулирующего раствора, а нагнетательным трубопроводом 35 соединен с патрубком 28 для подачи циркулирующего абсорбента в распределитель жидкости дополнительной части колонны 20. Цент25 кольцами 12 и 13 в виде параболоида вращения в данной ступени наибольшее количество абсорбента проходит через окна 15 внутреннего отражательного цилиндра 14, затем последовательно
JQ- проходит через окна 15 следующих наружных цилиндров 14, причем каждый раз количество абсорбента, проходящее через окна 15 последующего наружного цилиндра 14, меньше, чем количество абсорбента, прошедшее через робежный насос 36 задвижки 37 на вса- окна 15 смежного внутреннего Цилиндсывающем патрубке подсоединен к емкости 32 циркулирующего абсорбента, а нагнетательным трубопроводом 38 - с патрубком 15 для подачи абсорбента в распределитель жидкости колонны 1. К кубовой части 7 колонны 1 подсоединен центробежный насос 39 для подачи отработанного абсорбента на регенерацию и утилизацию летучих веществ (не показано). Регенерованный и свежий абсорбенты по трубопроводу 40 с задвижк-ами 41 подаются в емкость 32 свежего абсорбента. На нагнетательном трубопроводе 35 установлен холодильник 42 для охлаждения циркулирующего абсорбента перед подачей его в распределитель жидкости дополни- тельной части колонны 20.
Установка для улавливания летучих веществ из газовых выбросов работает следующим образом.
Циркулирующий абсорбент из емкости 32 (фиг. 1-8) центробежным насо40
15
50
55
ра 14, на величину отражательного абсорбента от простенков 16, в резуль тате чего абсорбент равномерно распределяется по поперечному сечению колонны в каждой ступени, а абсорбент в мелкодисперсном состоянии обеспечивает высокую удельную поверхность массообмена и высокую эффективность массообмена между газом и абсорбентом.
В нижней ступенчатой части 2 колонны 1 с уменьшающимся поперечным сечением абсорбент в виде капель и струй отражается от поверхностен конических переходов 3 в направлении от периферии к центру, так как угол падения приблизительно равен углу падения капель, в результате чего происходит перераспределение свободно падающего потока жидкости от периферии к центру, чем обеспечивается равномерное распределение жидкости по поперечному сечению, колонны, так как под действи, 15
6995486
сом 36 по трубопроводу 38 через патрубок 18 подается в наружную трубу и в концентрически расположенные в ней трубы 11 и центральную трубу 8 в колонне 1 и выходит между горизонтальными отражательными кольцами 12 и 13, а также между кольцом 9 и диском 10, в результате чего под действи Q ем сил инерции, обусловленных скоростным напором, и сил тяжести по высоте образуются в каждой ступени параболоиды вращения, которые на своем пути встречают отражательные цилиндры 14 с вертикальными прямоугольными окнами 15 и простенками 16 и сплошными цилиндрами 17, причем жидкость проходит через окна 15 и отражается от простенков 16 каждого отража2Q тельного цилиндра 14 и, наконец, от стенок сплошного цилиндра 17 в каждой ступени.
При истечении абсорбента из кольцевого сечения между отражательными
25 кольцами 12 и 13 в виде параболоида вращения в данной ступени наибольшее количество абсорбента проходит через окна 15 внутреннего отражательного цилиндра 14, затем последовательно
JQ- проходит через окна 15 следующих наружных цилиндров 14, причем каждый раз количество абсорбента, проходящее через окна 15 последующего на0
5
0
5
ра 14, на величину отражательного абсорбента от простенков 16, в результате чего абсорбент равномерно распределяется по поперечному сечению колонны в каждой ступени, а абсорбент в мелкодисперсном состоянии обеспечивает высокую удельную поверхность массообмена и высокую эффективность массообмена между газом и абсорбентом.
В нижней ступенчатой части 2 колонны 1 с уменьшающимся поперечным сечением абсорбент в виде капель и струй отражается от поверхностен конических переходов 3 в направлении от периферии к центру, так как угол падения приблизительно равен углу падения капель, в результате чего происходит перераспределение свободно падающего потока жидкости от периферии к центру, чем обеспечивается равномерное распределение жидкости по поперечному сечению, колонны, так как под действием потока газа, как известно, скорость которого максимальна в центре, жидкость естественно перемещается от центра к стенкам колонны.
Газовые выбросы подаются в самую нижнюю ступенчатую часть 2 колонны по тангенциально направленным патрубкам 4, а также в верхнюю ступенчатую часть 2 колонны и в колонну 1 с максимальным поперечным сечением по тангенциально направленным патрубкам 5 с регулирующими задвижками 6, что позволяет обеспечить максимальные скорости газа в самой нижней ступенчатой части 2 колонны с минимальным поперечным сечением и минимальные скорости газа в колонне 1 с максимальным поперечным сечением за счет регулирующих задвижек 6 на патрубках 5. При этом одновременно обязательно с помощью регулирующих задвижек 6 достигается такое распределение потоков газовых выбросов по патрубкам 4 и 5, которое обеспечивает максимально допустимое гидравлическое сопротивление потоку газовых выбросов в ступенях 2 и колонны 1, при этом достигается максимальная эффективность массообме- на между газом и жидкостью. При достижении такого гидродинамического режима не потребуется установки дополнительных вентиляторов на линиях подачи газовых выбросов в установку, при этом достигается максимальная эффективность работы установки.
При параллельном соединении (не показано) соответствующих тангенциальных вводов газовых выбросов че-1- рез патрубки 4 и 5 на различных уровнях ступенчатых частей 2 колонны, 1 . с различными поперечными сечениями за счет регулирования степени открытия регулирующих задвижек 6 на уровнях максимального сечения колонны 1 и промежуточных поперечных сечений ступенчатой части 2 колонны 1 обеспечивается постоянно максимальная скорость газа в нижних переменных сечениях колонны при неравномерной подаче в установку газовых выбросов от источников их образования. При минимальной подаче газовых выбросов в установку наибольшее количество газа пойдет через тангенциальные вводы газа 4 без задвижек в самую нижнюю ступенчатую часть 2 колонны с минимальным поперечным сечением и меньше газа пойдет через патрубки
5 с регулирующими прикрытыми задвижками 6 верхней ступенчатой части 2 и колонны 1 с максимальным поперечным сечением, что обеспечивает максимальные скорости газа в самой нижней частя колонны с наименьшим поперечным сечением. При максимальной подаче газовых выбросов в части колонны
с большим поперечным сечением поступает больше газа по сравнению с ми-, нимальной подачей газа, но в самую нижнюю часть колонны также увеличивается подача газа по сравнению с об5 щей минимальной подачей газовых выбросов, что приводит к равномерному распределению подачи газа по всем подводящим патрубкам 4, 5 на различных уровнях в зависимости от гидрав0 лических сопротивлений патрубков 4, патрубков 5 с регулирующими задвижками 6 и гидравлических сопротивлений ступенчатых частей 2 колонны с различными поперечными сечениями, т.е.
5 происходит авторегулирование потоков газа и высокой эффективности массо- обмена между газом и жидкостью.
Газовые выбросы подаются в нижнюю часть колонны 1 и ступенчатые части 2
о через тангенциально направленные патрубки 5 и 4 соответственно, что обеспечивает винтообразное движение газовых выбросов в колонне вверх и тесное взаимодействие с движущимся вниз абсорбентом в виде капель как в зоне между отражательными цилиндрами 14 и сплошными цилиндрами 17, где происходит интенсивное диспергирование жидкой фазы и высокоэффективQ ный массообмен между газом и абсорбентом, так и ниже этой зоны в условиях свободного падения капель жидкой фазы. Вращательное движение газа создает дополнительные взаимодействия с элементарных объемов газа в горизонтальных плоскостях с каплями жидкости, что практически в два раза увеличивает вероятность столкновения элементарных объемов газовой и жидкой фаз и обеспечивает повышение эффективности массообмена между газом и абсорбентом и извлечение летучих веществ из газовых выбросов.
После прохождения зоны отражательных цилиндров 14 и сплошных цилиндров 17 колонны 1 газовые выбросы продолжают вращательное восходящее движение в дополнительную часть колонны 20, где резко увеличивается „
5
0
5
поперечное сечение колонны 20, следовательно, резко уменьшается линейная скорость движения газовых выбросов в полном сечении дополнительной части колонны 20, что приводит к осаждению унесенных капель жидкости из колонны 1, где скорость газа намного выше, и захвату их циркулирующим абсорбентом через распределитель жидкости в дополнительной части колонны 20. Циркулирующий абсорбент в распределитель жидкости в дополнительной части колонны 20 подается центробежным насосом 33 из емкости циркулирующего абсорбента 32 по трубопроводу 35 через холодильник 42 по патрубку 28. Из патрубка 28 циркулирующий абсорбент поступает в наружную трубу и в концентрически расположенные в ней трубы 25 и центральную трубу 22 в дополнительной части колонны 20 и выходит между горизонтальными отражательными кольцами 26 и 27, а также между кольцом 23 и диском 24, в результате чего под действием сил инерции, обусловленных скоростным напором, и сил тяжести по высоте образуются в каждой ступени расходящиеся от центра к периферии потоки абсорбента в виде параболоидов вращения, которые на своем пути тесно взаимодействуют с вращающимся восходящим потоком газовых выбросов,
Так как количество циркулирующего абсорбента в дополнительной части колонны 20 намного больше, чем в колонне 1 , а скорость газовых выбросов намного меньше, то в дополнительной части колонны 20 из газовых выбросов циркулирующим абсорбентом извлекаются остатки летучих веществ и -унесенные из колонны 1 капли абсорбента. После взаимодействия с газовыми выбросами абсорбент под действием сил инерции и силы тяжести по параболическим траекториям попадает на стенки дополнительной части колонны 20 и стекает в конический переход 21, из которого самотеком стекает через патрубок 30 по трубопроводу 31 в работающую емкость 32 циркулирующего абсорбента. Циркулирующий абсорбент в работающей емкости 32 вырабатывается за счет подачи его насосом 36 в распределитель жидкости колонны 1.
После выработки циркулирующего раствора из работающей емкости 32
задвижками 34 и 37 переключаются насосы 33 и 36 на вторую емкость 32 свежего абсорбента, которая становится уже работающей с циркулирующим абсорбентом, а первая емкость 32 заполняется регенерированным и свежим абсорбентом по трубопроводу 40 с задвижками 41.
Отработанный, насыщенный летучими веществами в колонне 1 абсорбент стекает в кубовую часть колонны 7, откуда центробежным насосом 34 подается на регенерацию (не показано), из абсорбента выделяются и утилизируются летучие вещества.
0
5
0
0
5
Подача в дополнительную часть колонны 20 охлажденного абсорбента способствует повышению его абсорби ционной способности и снижению содержания летучих веществ в отходящих газовых выбросов.
Установка для улавливания летучих веществ из газовых выбросов обеспечивает высокоэффективное поглощение летучих веществ из газовых выбросов при максимальной движущей силе процесса масообмена в противоточном взаимодействиии с абсорбентом в колонне 1 в условиях многократного диспергирования жидкой фазы и ударно-отражательного действия в распределителе жидкости при восходящем вращательном движении газовых выбросов. Взаимодействие газовых выбросов в дополнительной части колонны 20 с циркулирующим абсорбентом, намного большим в количественном отношении, чем в колонне 1, обеспечивает увеличение движущей си- |ЛЫ процесса массообмена и способству- ет повышению степени извлечения летучих веществ и газовых выбросов.
Использование охлажденного цирку- 5 пирующего абсорбента также способствует более полному улавливанию летучих веществ из газовых выбросов в дополнительной части колонны 20.
Увеличенный диаметр дополнительной части колонны 20 по сравнению с к о- лонной 1 обеспечивает улавливание в дополнительной части колонны 20 унесенных капель абсорбента с газовыми выбросами из колонны 1 за счет резко- го уменьшения скорости газовых выбросов в полном сечении колонны.
Вследствие выполнения конструктивных элементов отражательных цилиндров из -листового материала в колонне
0
5
1 и отсутствия отражательных элементов в дополнительной части колонны 20 гидравлическое сопротивление в колонных потоку газовых выбросов очень мало и не превышает 60-70 Па при скоростях газа в полном сечении колонны до 5 м/с, поэтому не требуется установка дополнительных вентиляторов для проталкивания газовых выбросов через колонны для улавливания из них летучих веществ, а достаточно их подвести газопроводами в нижнюю часть колонны.
Технические преимущества предлагаемой установки для улавливания летучих веществ из газовых выбросов по сравнению с известной заключаются в повышении степени извлечения летучих веществ из газовых выбросов путем увеличения скорости газа в нижней ступенчатой части колонны за счет уменьшения поперечного сечения в ступенчатой части колонны и переключения подачи газовых выбросов на различные уровни колонны с переменным поперечным сечением при переменной подаче газовых выбросов для обеспечения максимально допустимой скорости газа при максимальном гидравлическом сопротивлении потоку газа в колонне, в результате чего при максимальных скоростях газа и при проти- воточном движении газа и жидкости достигается максимальная эффективность массообмена между газом и абсорбентом, извлечение летучих веществ из газовых выбросов, при этом происходит максимальное насыщение абсорбента, так как массообмен происходит при начальных максимальных концентрациях летучих веществ в газовых выбросах.
Преимущества предлагаемой установки для улавливания летучих веществ из газовых выбросов по сравнению с известной заключаются в уменьшении летучих веществ в газовых выбросах, попадающих в окружающую атмосферу.
Формула изобретения
Установка для улавливания летучих веществ из газовых выбросов, включающая вертикальную цилиндрическую колонну, тангенциально направленные патрубки для ввода газовых выбросов в нижней части и патрубки подачи абсорбента сверху, кубовую1 часть колонны для слива отработанного абсорбен
5
0
та, струйно-распылительное контактное устройство, содержащее центральную вертикальную трубу для подачи жидкости с горизонтальным отражательным диском под нижним срезом трубы, имеющим диаметр больше диаметра трубы, отражательное кольцо, прикрепленное к нижнему срезу центральной трубы и выполненное диаметром, равным диаметру отражательного диска, концентрически установленные ступенчато трубы, расположенные снаружи центральной трубы с отражательными кольцами, одни из которых прикреплены к нижним кромкам каждой трубы, а другие - к смежной внутренней трубе и расположены на расстоянии друг относительно друга с образованием кольцевого сечения, размещенные вокруг центральной трубы концентрически установленные отражательные цилиндры с вертикальными окнами и простенками, равномерно выполненными в боковых стен- 5 ках, при этом отношение ширины окна к ширине простенка по окружности каждого цилиндра равно отношению площади кольцевого сечения между стенкой колонны и данными отражательными цилиндрами и смежным внутренним цилиндром, верхние кромки окон отражательных цилиндров расположены выше отражательного диска центральной трубы, а нижние - ниже отражательного диска, вокруг каждого кольцевого сечения коаксиально по отношению к отражательным цилиндрам расположены дополнительные отражательные сплошные цилиндры, выполненные с увеличивающимися диаметрами и высотами снизу вверх, смежные трубы соединены друг с другом и сообщены концами между собой в наружной трубе, площади кольцевых сечений между отражательными кольцами каждой ступени пропорциональны кольцевым сечениям колонны между сплошными цилиндрами соответствующей ступени, дополнительную цилиндрическую часть колонны,
0
5
0
5
коаксиально установленную над основной, диаметром большим диаметра основной колонны, при этом соединение между ними выполнено коническим ниже верхней кромки основной колонны с образованием кармана для сбора абсорбента, снабженную дополнительным струйно- распылительным контактным устройством, выполненным аналогично основному и установленным осесимметрично в допол252525Л
29
22
г злш
h L / ///////// J/Ј
t/
«Vb669i
10
9 Я7
фиг. 6
12
фиг.5
Л А
Фиг.7
/
П Л6
ъ
Фиг.в
