Способ улавливания паров спирта и других летучих веществ из отработанных газов и установка для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК C12F3/04 

Изобретение относится к бродильной промышленности, а именно к способам улавливания паров спирта и других летучих веществ из отработанных газов и установкам для осуществления способа.

Известны способы улавливания летучих веществ адсорбцией с применением активного угля, алюминиевого порошка, силикате л я или других адсорбентов. Однако эти способы используются лишь в лабораторных условиях и не нашли применения в промышленности.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предложенному является способ улавливания паров спирта и других летучих веществ из отработанных газов, предусматривающий пропускание их через воду.

Недостатком данного способа является то, что он не обеспечивает необходимой утилизации примесей из отработанных газов, т.е. имеют место потери ценных сырья и продуктов, в частности спирта. Для осуществления способа требуются громоздкие и сложные абсорберы в виде колонн.

Цель изобретения - повышение степени улавливания паров.

Сущность изобретения заключаются в том, что перед пропусканием отработанных газов часть воды отбирают и смешивают с газами в соотношении 5-8:1 с последующим диспергированием газа в жидкости до образования пузырьков, диаметр которых 0,5- 1,0 мм, с одновременным охлаждением до

ю

Јь OJ О

5-10°С и пропусканием полученной газожидкостной смеси в виде струи по всему объему воды под давлением, превышающим уровень столба жидкости, осуществляя при этом гидродинамическое перемешивание, рециркуляцию смеси и возврат в технологический процесс.

В известных способах осуществляют диспергирование газа в жидкости одновременно со смешиванием. При этом происходит дробление потоков с образованием крупных пузырьков, направляющихся вверх, что сокращает время контакта и нарушает равномерность их распределения в жидкости.

В предлагаемом способе тонкое диспергирование газа осуществляется после предварительного смешивания части потоков газа и жидкости в определенном соотношении 1:5-8, что дает возможность обеспечения более тонкого диспергирования газа до диаметра пузырьков 0,5-1,0 мм и увеличения таким образом удельной межфазовой поверхности, а соответственно, длительности контакта фаз и более равномерного распределения частиц дисперсной фазы в жидкости.

Важным является отвод на этой стадии теплоты абсорбции, так как с повышением температуры условия абсорбции ухудшаются. При смешивании потоков и тонком дис- пергировании отработанных газов в жидкости происходит улавливание летучих веществ в жидкости вначале в ее малом объеме, а затем в большом при струйном распылении и гидродинамическом перемешивании.

Многократный контакт фаз в течение процесса, частичное растворение ценных компонентов, например спирта, предварительно-при смешивании потоков в малом объеме с последующим интенсивным бзр- ботажем в этом же объеме жидкости, а также подача и распределение под давлением тонкодиспергированной газожидкостной смеси во всем объеме жидкости обеспечи- вают интенсификацию массообмена и наиболее полное улавливание необходимых ценных компонентов.- Интенсификации массообмена способствует и проведение процесса диспергирования в малом объеме под избыточным давлением, при котором увеличивается растворимость газа в жидкости, а также отвод абсорбционного тепла в э тот период. Важным фактором процесса абсорбции является диаметр пузырьков отработанного газа, поскольку с уменьшением размера пузырьков возрастает удельная межфазовая поверхность, на которой происходит абсорбция.

и

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

Согласно данному способу улучшаются условия осуществления абсорбционных процессов, а именно: последовательное смешивание определенных объемов газа с жидкостью и диспергирование образовавшихся пузырьков обеспечивает получение сильно развитой поверхности раздела фаз, на которой происходит процесс массопере- дачи, интенсифицируя его и повышая скорость процесса абсорбции; увеличивается продолжительность фазового контакта;гид- родинамическое перемешивание полученной тонкодисперсной газожидкостной смеси обеспечивает наиболее равномерное ее перемешивание во всем .объеме и образование однородной жидкости; отвод аб- сорбционногб тепла на стадии диспергирования газа в определенном объеме жидкости предотвращает повышение концентрации улавливаемого вещества в газовой фазе при повышении температуры; проведение диспергирования газа в определенном объеме охлажденной жидкости под избыточным давлением дополнительно интенсифицирует процесс массообмена.

Таким образом обеспечивается интенсификация массообмена и значительное снижение содержания остаточных веществ в отработанных газах, что дает возможность извлечь целевые продукты микробиологического синтеза и вернуть их в процесс, решая таким путем задачу создания безотходного производства,

Способ заключается в том, что отходящие газы смешивают с водой в определенном соотношении, а образовавшиеся пузырьки диспергируют в этом же малом ограниченном объеме жидкости под давлением, осуществляя при этом отвод образующегося абсорбционного тепла, затем полученную тонкодисперсную газожидкостную смесь пропускают через распределитель в виде многочисленных струй в общий объем жидкости под избыточным давлением, превышающим уровень столба жидкости. С помощью насоса осуществляют гидродинамическое перемешивание и рециркуляцию смеси. Обогащенную ценными компонентами смесь возвращают в первоначальный технологический процесс.

П р и м е р 1. Улавливают пары спирта из отработанных газов спиртового брожения. Отработанные газы в количестве 1 л смешивают с 5 л воды и диспергируют в жидкости с образованием пузырьков газа диаметром до 0,5 мм; температуру смеси при этом поддерживали 6°С. Затем полученную газожидкостную смесь пропускают в виде многочисленных струй под избыточным давлением 4900 Па через объем воды.

равный 30 л с гидродинамическим перемешиванием и циркуляцией среды в течение 10 мин. Получают водный раствбр, содержащий 1,0 об. % этилового спирта. Его возвращают на стадию брожения. Наличие паров спирта в отходящем после процесса абсорбции газе не обнаружено.

При м е р 2. Улавливают пары уксусной кислоты из воздуха, содержащего 0,13 об,% уксусной кислоты. Весь процесс проводят по примеру 1, при этом диспергирование газа в жидкости осуществляют до получения пузырьков газа диаметром не более 1 мм, а охлаждение смеси до 10°С.

В отходящем воздухе содержалось 0,002 об.% уксусной кислоты.

Пример 3. Улавливают пары уксусной кислоты и этилового спирта из отработанного воздуха в процессе окисления спирта уксуснокислыми бактериями. Отработанный воздух содержал 0,16 об.% уксусной кислоты и 0,1 об. % этилового спирта. Осуществляют по примеру 1, только диспергирование газа ведут с образованием пузырьков диа-, метром до 1 мм, а температуру смеси стабилизируют равной 5°G. В отходящем воздухе не обнаружено примесей уксусной кислоты и спирта. .

Указанные параметры являются оптимальными..

Известны установки для улавливания паров спирта и других летучих веществ из отработанных газов, содержащие вертикальную цилиндрическую колонну с подводящими и отводящими патрубками и расположенным внутри нее массобменным устройством.

Недостатками установки являются отсутствие устройств с замкнутым объемом для смешивания газа и жидкости в определенном соотношении, тонкое диспергирование и отвод абсорбционного тепла, снижающие степень улавливания примесей..

Известны в технике для массообмена турбины-диспергаторы, (см., например, устройство для перемешивания и насыщения жидкости газом).

Однако, в известных устройствах турби- на-диспергатор применяется для аэрации жидкости в свободном объеме жидкости и без учета соотношения объемов жидкости и газа, что снижает утилизацию ценных веществ..

Целью изобретения является повышение степени улавливания.

Установка содержит массообменное устройство, состоящее из корпуса с крышкой, внутри которого размещены турбина-дис- пергатор, а также смесителя/смонтирован

ного на крышке корпуса, на боковой поверхности корпуса выполнены теплообменные камеры и сквозные отверстия.

В данной установке турбина-дисперга0 тор служит не только для диспергирования, ко и интенсификации теплообмена газожидкостной смеси, т.е. ввиду наличия корпуса, в который она заключена, выполняет новую функцию-не только для диспергиро5 вания, но и охлаждения.

Наличие смесителя и расположение его на корпусе диспергатора способствует предварительному смешиванию определенных объемов газа и жидкости с образо0 ванием пузырьков, увеличению продолжительности фазового контакта, интенсификации процесса массопередачи и повышению скорости процесса абсорбции. На фиг. 1 изображен общий вид установ5 к-й; на фиг.2 - массообменное устройство.

Установка включает колонну 1 с подводящим и отводящим патрубками, газопод- водящую трубу 2, трубу 3 для подачи жидкости, массообменное устройство 4,

0 подводящий 5 и отводящий 6 трубопроводы теплообменника, ротаметры 7 и 8 соответственно для жидкости и газа и привод 9.

Массообменное устройство 4 (фиг2) включает смеситель 10, турбину -дисперга5 тор 11, полый корпус устройства 1.2 с выходными отверстиями 13. .

Установка работает следующим образом.

Предварительно заполняют колонну 1

0 установки жидкостью (водой) и включают в работу теплообменник. Включают электродвигатель и устанавливают по ротаметрам 7 и 8 расход жидкости и газа, потоки которых в определенном соотношении направляют5 ся под действием вакуума по подводящим трубопроводам 3 и 2 в смеситель 10, закрепленный на крышке массообменного устройства 4, в котором при смешивании потоков образуются крупные пузырьки газаиосуще5 ствляется первая стадия процесса абсорбции жидкостью летучих веществ из отработанных газов.

Полученная смесь переходит в герметичный объем корпуса 12, где полученные

0 пузырьки дробятся с помощью турбины- диспергатора 11, образуя тонкодисперсную газожидкостную смесь с сильно развитой межфазной поверхностью. При этом происходит интенсивный массообмен, а выделя5 ющееся абсорбционное тепло отводится с помощью теплообменника, функцию которого выполняет полый корпус устройства 12, На этой стадии происходит основная утилизация летучих веществ. Тонкодисперсная газожидкостная смесь с инерцией вращения выходит через многочисленные отверстия в общий объем жидкости в колонне 1. За счет инерции выходящих струй осуществляется гидродинамическое перемешивание смеси в спирально-восходящем потоке жидкости. При этом может происходить и рециркуляция смеси. Обогащенная ценными компонентами отходящих газов жидкость возвращается в первоначальный технологический процесс.

В табл.1 приведены показатели процесса, в табл.2 - сравнительные данные с прототипом.

Последующее диспергирование пузырьков газа до размеров 0,5-1,0 мм с одновременным охлаждением обеспечивает увеличение межфазной поверхности системы жидкость - газ и улучшение условий абсорбции, что позволяет интенсифицировать процесс массообмена и снизить остаточное содержание летучих веществ в отходящем воздухе в 2-3 раза, а следовательно, и потери продукции на 30-40%,

Кроме того, пропускание полученной газожидкостной смеси в виде многочисленных струй под избыточным давлением позволяет равномерно распределить насыщенный летучими примесями газ по всему объему жидкости и увеличить продолжительность контакта фаз, что обеспечит наиболее полное улавливание ценных компонентов и очистку воздуха. Оснащение установки турбиной-диспергатором, заключенным в полый корпус, выполняющим функции теплообменника, и смесителем, укрепленным на крышке корпуса, позволяет осуществлять процессы смешивания, диспергирования газа, отвода тепла и абсорбции легколетучих веществ в одном объеме аппарата с незначительными затратами электроэнергии, что снизит удельную металлоемкость установки на 50-60% и расход электроэнергии на 45-50%.

Экономический эффект от внедрения способа и установки за счет сокращения

условно постоянных расходов при производстве пищевой продукции из дегколетуче- го сырья составит 30. тыс.руб. при производстве 100 тыс,дал продукции. Формула изобретени я

1. Способ улавливания паров спирта и других летучих веществ из отработанных газов, предусматривающий пропускание их через воду, о тличающийся тем, что, с целью повышения степени улавливания, перед пропусканием отработанных газов часть воды отбирают и смешивают с газами в соотношении 5-8:1 с последующим диспергированием газа в жидкости до образования пузырьков, диаметр которых

составляет 0,5-1,0 мм, с одновременным охлаждением до 5-10°С и пропусканием полученной газожидкостной смеси в виде струй по всему объему воды под давлением, превышающим уровень столба жидкости, осуществляя при этом гидродинамическое перемешивание, рециркуляцию смеси и возврат в технологический процесс,

2. Установка для улавливания паров спирта и других летучих веществ из отработанных газов, состоящая из вертикальной цилиндрической колонны с подводящими и отводящими патрубками и расположенным внутри нее массообменным устройством, отличающееся тем, что, с целью

повышения степени улавливания, массо- обменное устройство состоит из корпуса с крышкой, в котором размещена турбина- диспергатор, а на крышке корпуса смонтирован смеситель, при этом на боковой

поверхности корпуса выполнены теплооб- менные камеры и сквозные отверстия.

11

171943012

Таблица2

Изобретение относится к бродильной промышленности, в частности спиртовой, ликеро-водочной , и касается способа и установки для улавливания паров спирта и других летучих веществ из отработанных газов. Цель изобретения - повышение степени улавливания. Отбирают часть воды и смешивают с отработанными газами в соотношении 8:1 с последующим диспергированием газа в жидкости до образования пузырьков, диаметр которых составляет 0.5-1,0 мм с одновременным охлаждением до 5-10°С, и пропусканием полученной газожидкостной смеси в виде струй по всему объему воды под давлением, превышающим уровень столба жидкости. Установка состоит из вертикальной цилиндрической колонны, расположенным внутри него массообменным устройством, состоящим из корпуса с крышкой. Внутри корпуса размещена турбина-диспергатор. а на крышке - смеситель. На боковой поверхности корпуса выполнены теплообменные камеры и сквозные отверстия. 2с.п.ф-лы. 2 ил., 2 табл. со с

Диапазон размеров пузырьков

диспергированного- газа в

жидкости, мм1-20,5

Средний размер пузырьков,мм 1,50,38

Продолжительность насыщения

1 л жидкости до концентрации

2% легколетучих примесей,мин 2010

Остаточное содержание примесей в отходящем воздухе, %0,02, 0,005

Площадь поверхности раздела фаз между пузырьками и жидкостью на единицу объема жидкости, м2/м31,01,6