Абсорбционная колонна Советский патент 1980 года по МПК B01D53/18 

Изобретение относится к химическо му машиностроению, а именно к конструкции тарельчатых колонн цля проведения процессов тепло-массообмена между газом и жидкостью, преимущественно для улавливания окислов азота, и может найти применение в кимической, радиохи мической и других отраслях промышленности, где существует необходимость очистки газов от окислов азота и получения азотной кислоты. Известны колонны для контактировани газа с жидкостью, включающие закреп- леннью в корпусе перфорированные пластины (тарелки) с направленными отверстиями и плоские кольцеобразные пластины, установленные коаксиально между перфорированными пластинами и образующие зазор с корпусом аппарата Ij . Однако смещение газа в пространстве между тарелками снижает интенсивность массообмена на тарелке. Кроме того, пре ращение подачи газа приводит к потере тарелками жидкости, что увеличивает время запуска аппарата. Известен барботажный адсорбер, включающий тарелку с колпачком и устройство для перелива жидкости f Недостаток этого устройства определяется невысокой интенсивностью процессов массообмена на тарелке, вследствие продольного перемешивания жидкости на тарелке и перемешивания газа при входе в колпачок, из-за чего возникает необходимость увеличивать количество тарелок. Наиболее близка к предлагаемому изобретению абсорбционная колонна, преимущественно для улавливания окислов азота, включающая корпус, ситчатые тарелки, под каждой из которых установлена присоединенная к корпусу поперечная перегородка. На ситчатых тарелках установлены стаканы с отверстиями, а к поперечным перегородкам присоединены патрубки, входящие в стаканы нижерас- положенных тарелок 3. Однако перемешивание газа при движении по кольцевому зазору между сгаканем и патрубком перегородки И в самом патрубке снижает интенсивность ма сообмена на вышележащей тарелке. Кроме , в стакане происчодит см шение жидкости с разной концентрацией, после чего она поступает на ситчатую тарелку, что также снижает концентрацию кислоты на выходе с тарелки и, соответственно, интенсивность процесса массообмена. Цель изобретения - интенсификация процесса путем поддержания большей концентрации абсорбируемого компонента газа с поглощающей жидкостью, Это достигается тем, что известная абсорбционная колонна, включающая корпус, ситчатые тарелки, под каждой из которых установлена присоединенная к корпусу поперечная перегородка, снабжена коаксиально расположенными колпаками, один из которых присоединен к та релке - к поперечной перегородке и имеет отверстие, расположенное по оси колонны, и установленной между колпака ми смежных тарелок вертикальной перегородкой, проходящей через отверстие колпака поперечной перегородки. Такая конструкция позволяет уменьшить обратное перемешивание жидкости на тарелке и перемешивание газа в межтарелочном пространстве и обеспечивает поддержание большей концентрации абсорбируемого компонента газа с поглощающей жидкостью на тарелке. Это интенсифицирует процесс массообмена, а также позволяет сохранить жидкость на тарелках при отключении газа и сократить время запуска колонны. На фиг. 1 изображена предлагаемая колонна, разрез; на фиг, 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - разрез В-В на фиг. Абсорбционная колонна включает корпус 1, патрубок 2 входа газа, прохбдящий под распределительным устройством 3 до его центра; присоединенную к корпусу 1 поперечную перегородку 4 с ко- аксиально расположенным колпаком 5 с отверстием а по оси колонны, перфорированную ситчатую тарел1су 6 с коаксиально расположенным колпаком 7; пат рубок 8 выхода газа; патрубок 9 подачи орошающей жидкости (воды). На С{1тчато тарелке б расположены перегородки 1016, причем перегородки 12, 14, 16 рав ны по высоте и установлены вплотную jK ситчатой тарелке 6, а перегородки 11, 13, 15 выше перегородок 12, 14, 16, определяющих уровень жидкости на тарелке 6 и установлены с зазором с ней. Перегородка 1О равна по высоте или больше перегородок 11, 13, 15, Перегородки 10-16 установлены вплотную к корпусу 1 и колпаку 7, а в пространстве между перегородками 1Ои 11, 12 и 13, 14 и 15, 16 и10 ситчатая тарелка 6 перфорации для- прохода газа не имеет. Жидкость с тарелки стекает по трубе 17 перелива , расположенной под углом близким к 45°, один конец которой присоединен к ситчатой тарелке 6 -и поперечной перегородке 4, а другой конец опущен до ситчатой тарелки 6, расположенной ниже, и частично перекрыт пластиной 18 для создания гидрозатвора, В нижнюю часть колонны жидкость стекает по трубе 19 перелива, нижний конец которой также частично перекрыт пластиной 18. Колонна включает трубу 20 с трубой 21 слива жидкости (кислоты), причем оба конца трубы 2О открыты, В межтарелочном пространстве установлена вертикальная перегородка 22, проходящая через отверстие а колпака 5 поперечной перегородки 4 и распола- дающаяся между колпаками 7 смежных тарелок 6, Необходимость в перегородках 12-15 возникает в случае, когда диаметр колонны превышает 800-1500 мм. Поток очищаемого газа поступает в колонну через патрубок 2 под распределительное устройство 3 и движется в направлении от центра колонны к корпусу 1 до края распределительного устройства 3. Затем поток газа изменяет направление и движется к центру колонны в кольцевом пространстве, образованном распределительным устройством 3 и поперечной перегородкой 4 с коаксиально расположенным колпаком 5 с отверстием а по оси колонны. Через отверстие газ попадает в кольцевое пространство между колпаками 5 и 7, причем вертикальной перегородкой 22 поток газа делится на три части (количество частей может быть больше и определяется конструкцией перегородки 22). Перегородка 22 препятствует смешению частей потока газа при его движе- нии в центральной части колонны и при входе в отверстие а колпака 5, 5 При дальнейшем движении газ попадает под ситчатую тарелку 6, на которо находится жидкость (кислота) (на фиг. 14 не показано), проходит перфорацию ситчатой тарелки 6 и барботирует через жидкость. При этом происходит абсорбция двуокиси азота жидкостью (водой, кислотой) и в результате химической реакции образуется азотная кислота и окись азота, не взаимодействующая с водой. Выделяющееся при этом тепло отводится охлаждающей водой, подаваемой в трубчатый холодильник, расположен)ный на ситчатой тарелке 6 (на фиг. 1-4 не показано). Окись азота переходит в газовый поток и окисляется кислородом до двуокиси в пространства между смежными ситчатыми тарелками 6. Необходимое для этого время обеспечивается при заданном массовом расходе газа определенным объемом межтарелочного прост;ранства и направлением движения газа, преимущественно перпендикулярно оси колонны. . Оптимальные условия барботажа для тепло-массообмена на ситчатой тарелке 6 обеспечиваются ее шириной, определяющей необходимую линейную скорость г за перед ситчатой тарелкой 6. С этой целью ширина этой тарелки в верхней части колонны может быть принята мень шей, чем в нижней части, поскольку объемный расход газа уменьшается по мере его движения снизу вверх, вследствие поглощения двуокиси азота и уме шения количества кислорода из-за окисления окиси азота до двуокиси. Перед выходом из колонны через пат рубок 8 газ проходит через сепаратор капель (на фиг. 1-4 не показано). Орошающая жидкость (вода) поступае ет через патрубок 9 на ситчатую тарелку 6 в пространство, ограниченное перегородками 10 и 11 (см. фиг. 2). . Далее жидкость движется через зазор между перегородкой 11 и ситчатой тарелкой 6 и встречается с газом, поднимающимся снизу через перфорацию тарелки б. При взаимодействии газа с жидкостью образуется газожидкостная пена, которая движется по ситчатой тарелке 6 в сторону перегородки 16. На участках ситчатой тарелки 6 между перегородками 12 и 13, 14 и 15 происходит гашение пены, переливающейся через верхний край перегородок 12 и :14 (см. фиг. 4). Последние служат для 2 разрыва сплошности потока пены на ситчатой тарелке 6, что в сочетании с гашением пены позволяет уменьшить перепад уровня жидкости, возникающий при ее течении по тарелке 6. Это повышает равномерность распределения газа по ситчатой тарелке 6 и увеличивает интенсивность массообмена. После гашения пены светлая жидкость вытекает через зазор между сит- чатой тарелкой 6 и перегородками 1з, .15 на ее перфорированную часть. Жид- ;кость вновь вспенивается потоком газа, причем высота слоя пены у перегородой 11, 13 и 15 практически одинакова, поскольку расходы и жидкости и газа одинаковы. Жидкость уходит с ситчатой тарелки 6 через перегородку 16 по трубе 17 перелива нижний конец которой частично перекрыт пластиной 18, для создания надежного гидрозатвора при запуске и работе колонны, и попадает на ситчатую тарелку 6, расположенную ниже. Наклон переливной трубы 17 и установка перегородки 10 обеспечивают движение жидкости на всех тарелках в одном направлении (в рассматриваемом случае против хода стрелки часов). По мере движения жидкости по сит- чатой тарелке 6 концентрация азотной кислоты в ней возрастает и на выходе с тарелки у перегородки 16 существенно отличается от концентрации на входе-у перегородки 11. Этому способствует уменьшение продольного перемешивания жидкости на ситчатой тарелке 6 в промежутках между перегородками 11-12, 13-14, 15-16 вследствие того, что ширина ситчатой тарелки 6 в 5-10 раз меньше диаметра колонны, а наличие перегородок 12 и 15 полностью исключает продольное перемешивание жидкости между указанными промежутками. Существование четко выраженного градиента концентрации азотной кислоты в жидкости на ситчатой тарелке 6 приводит к появлению в газе градиента концентрации двуокиси азота, который сохраняется в пространстве между смежными ситчатыми тарелками 6 установкой вертикальной перегородки 22, препятствующей перемешиванию газа. Наличие этой перегородки и однонаправленного движения жидкости по всем ситчатым тарелкам 6 обеспечивает поддержание большей концентрации абсор0ируемого компонента газа с поглоща77ющей жидкостью. Это повышает количество г бсорбированной двуокиси азота жидкостью на тарелке и увеличивает концентрацию кислоты на выходе. Концентрированная азотная кислота стекает с первой (по ходу газа) тарелки через перегородку 16 по переливной трубе Г9 в нижнюю часть корпуса 1. Избыток кислоты отводится по трубе 2 О через трубу 21 слива жидкости, которые обеспечивают сохранение определенного уровня жидкости в нижней части корпуса 1. При отклонении газа жидкость стекает с ситчатой тарелки 6 на поперечную перегородку 4с колпаком 5 и удерживается ими. При подаче газа жидкость выдавливается на ситчатую тарелку 6. Поэтому запуск колонны после остановки происходит практически мгновенно. Благодаря коаксиально расположенным колпакам, присоединенным к тарелке и поперечной перегородке, создается возможность проведения процесса тепло-мае- сообмена между газом и жидкостью на тарелке в оптимальном режиме по скорости газа, уменьшении вредного про- дольного перемешивания жидкости на тарелке и получения на выходе более кон- центрированной кислоты. Установка верти

кальной перегородки между колпаками смежных тарелок. предотвращает перемешивание газа при его движении в центральной части колонны и позволяет интенсифицировать процессы массообмена на тарелке за счет поддержания большой концентрации абсорбируемого компонента, газа с поглощающей жидкостью. Это позволяет увеличить степень поглощения абсорбируемого компонента (двуокиси

азота) и снизить его концентрацию в отходящих из колонн газах. При этом на выходе из колонны получается более кон центрированная кислота.

Предлагаемая конструкция позволяет при заданном окислительном объеме уменшить высоту аппарата за счет увеличения

снабжена коаксиально расположенными колпаками, один из которых присоединен к тарелке, а другой - к поперечной перегородке и имеет отверстие, расположенно по оси колонны, и установленной между колпаками смежных тарелок вертикальной перегородкой, проходящей через отверстие колпака поперечной перегородки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 420306, кл. В 01 D 3/22, 1971.

2.Чернобыльский И. И. и др. Машины и аппараты химической промышленности. М.: Машгиз, 1962, с. 234, рис. 94в.

3.Авторское свидетельство СССР № 257440, кл. В 01 Т) 3/22, 1968. 2 его диаметра, причем с увеличением диаметра возрастает эффективность работы аппарата, так как при этом уменьшается перемешивание газа в межтарелочном пространстве, где отсутствует вертикальная перегородка. Уменьшение высоты аппарата целесообразно, например, в случае очистки сбросных газов от окислов азота, выделяющихся при переработке радиоактивных отходов, так как в этом случае аппарат размещают в специальном помещении, обеспечивающем биологическую защиту от радиоактивного излучения. Годовой экономический эффект от внедрения изобретения составит около 10ОООО руб. Формула изобретения Абсорбционная колонна, преимущественно для улавливания окислов азота, включающая корпус, ситчатые Тарелки, под каждой из которых установлена присоединенная к корпусу поперечная перегородка, отличающаяся тем, что, с целью интенсификации процесса путем поддержания большей концентрации абсорбируемого компонента газа с поглощающей жидкостью, абсорбционная колонна

гг

,«

«hf... - ;,,

. :,. ,. л « ;,л . , .-„ii -. - - V . - v V VS -741922

ff-B