Газлифтный аппарат Советский патент 1982 года по МПК B01J19/00 

Изобретение относится к конструп.ции газлифтного аппарата и предназначено для использования в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности для проведения тепло-массообменных процессов в системе газ-жидкость, например, при окислении кислородом воздуха углеводородов в производстве синтетических волокон, при проведении реакций основного органического синтеза и т.д.

Известны устройства, имеющие вертикальный цилиндрический корпус, верхнюю и нижние трубные решетки, в которых закреплены циркуляционные и барботажные трубы. В барботажные труды подается газ, который образует с реакционной массой газожидкостную смесь. За счет разности плотностей сплошной фазы в циркуляционных трубах и газожидкостной смеси в барботажных трубах происходит циркуляция реакционной массы в объеме аппарата. Газожидкостная смесь по барботажным трубам движется вверх, а сплошная жидкая фаза по циркуляционным трубам движется вниз. Теплообменные процессы взаимодействия газовой и жидкой

фаз происходят в барботажных трубах .

Процесс массообмена в указанных аппаратах зависит от степени перемешивания жидкой и газовой фаз, .от скоростей движения жидкой и газовой фаз, от определяющих размеров аппарата (диаметр и высота труб, размеры барботажных и циркуляционных зон).

10

Интенсивность массообмена между газовой и жидкой фазой зависит от относительной скорости движения газовых пузырей и жидкости при движении газожидкостной смеси по барботажным

15 трубам. Движущиеся относительно жидкости газовые пузыри вызывают в ней дополнительное пульсационное течение , которое уменьшает толщину пристенного ламинарного слоя на грани20це раздела фаз, и вызывает увеличение коэффициента массопереноса в жидкой фазе, который является лимитирующим при превращении газа в жидкости. Изменяя относительную ско25рость движения жидкости и газа в барботажных трубах пульсационно, за счет пульсационного изменения скорости движения жидкости в циркуляционных и барботажных трубах, можно

30 постоянно обновлять контактирование , слоев жидкости с газом. Это позволяет газу более полно поглотиться жидкостью. Увеличивается разность концентраций между равновесной концентрацией газа на границе раздела фаз и концентрацией газа в жидкости, благо даря чему возрастает движущаяся сила процесса массопередачи между газом и жидкостью. Наличие пульсационного изменения относительной скорости движения жидкости и газа в газожидкостном потоке приводит к интенсификации процессов тепло-массообмена в системе газ-жидкость . Наиболее близким к изобретению техническим решением является газлифтный аппарат, который снабжен вер тикальным цилиндрическим корпуоом, верхней и нижней емкостями, верхней и нижней трубнь1ми решетками, в кото рых закреплены барботажные и циркуля ционные трубы. На верхней трубной решетке аппарата установлена Обечайка с крышкой, имеющей отверстие.Внут ри обечайки под-отверстием располо,жен клапан. При уменьшении уровня жидкости на верхней- трубной решетке когда давление газа под крышкой обе чайки возрастает, клапан опускается и открывает отверстие в крышке. Газ выходит из отверстия, давление под крышкой обечайки уменьшается, уровень жидкости -на трубной решетке ув личивается, клапан поднимается, и пе рекрывает отверстие в крышке обечайки. Скорость жидкости в цйркуляцион ных трубах изменяется от максимально го значения, когда уровень жидкости на трубной решетке наивысший, до минимального, когда уровень жидкости наименьший. Относительная скорость движения газа и.жидкости в барботажных трубах в данном случае изменяется наоборот, от минимального до максимального значения. Таким образом происходит пульсационное изменение скорости жидкости в циркуляционных, и относительной скорости движения газа и жидкости в барбот.ажных трубах 3. Основным недостатком конструкции известного аппарата является наличие перемещающегося внутри обечайки кла пана . Перекрытие отверстия в крышке обе чайки возможно только в результате плотного прилегания клапана к седлу. При обработке вязких, склонных к. налипанию жидкостей, а также при наличии в рабочей Жидкости твердой фазы возможно зарастание седла или клапана материалом, в результате чего про исходит неплотное прилегание клапана к седлу, и возможно дросселирование газа. Клапан должен вертикально перемещаться по направляющим, чтобы не было его колебаний, вызванных колебаниями уровня жидкости на верхней трубной решетке. Практически невозможно точно рассчитать силу трения боковой поверхности клапана о направляющие, так как коэффициент трения зависит от физических свойств обрабатываемых рабочих сред, которые в свою очередь широко изменяются в зависимости от условий проведения процесса. Поэтому массу клапана невозможно рассчитать точно. Масса клапана может завышена, и это приводит к тому, что он вообще всплывает, и отверстие в крышке обечайки все время открыто. В случае, если масса клапана занижена, он может залипнуть на седле. Это приводит к тому, что жидкость внутри обечайки на верхней трубной решетке передавливается через зазор между нижним срезом обечайки и трубной решетки, сливается через переливной порог, происходит срыв в работе аппарата. Кроме того, могут залипнуть направляющие, или может попасть твердая частичка между направляющими, или твердая частичка между направляющими и клапаном, и он вообще не будет ни . подниматься, ни опускаться, произойдет также срыв в работе аппарата. Таким образом, наличие перемещающегося внутри обечайки клапана вызывает ненадежную работу аппарата. Газ или свободно проходит через отверстие в крышке обечайки, и аппарат работает как обычный газлифтный аппарат с постоянными скоростями циркуляции рабочей смеси, или свободно проходит через зазор между обечайкой и верхней трубной- ешеткой, и аппарат работает как барботажная колонна, без циркуляции рабочей смеси в объеме аппарата.. Снижается интенсивность процесса массообмена между газовой и жидкой фазами, уменьшается удельная производительность аппарата. Цель изобретения - повышение надежности работы аппарата при пульсационном режиме. Указанная цель достигается тем, что газлифтный--аппарат, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, верхнюю и нижнюю камеры с верхней и нижней трубными решетками, в которых закреплены барботажные и циркуляционные трубы, причем барботажные трубы выполнены с отверстиями для ввода газа, колпачок с отверстием,установленный на верхней трубной решётке с возможностью вертикального перемещения, технологические штуцера-и опоры, снабжен патрубком, неподвижно установленными в отверстии колпачка, соплом, коаксиально установленным в нижней части патрубка, и стаканом, коаксиально установленным под патрубком, причем нижний срез патрубка рас положен выше днища стакана. На фиг. 1 представлен газлифтный аппарат, общий вид) на фиг. 2 - узел на фиг. 1. Аппарат содержит вертикальный цилиндрический корпус 1, нижнюю 2 и верхнюю 3 трубные решетки, нижнюю 4 и верхнюю 5 емкости, барботажные 6 и циркуляционные 7 трубы, которые закреплены в трубных решетках. В барботажных трубах 6 имеются отверстия 8 для ввода в них газа, выполненные одного диаметра и расположенные на одинаковом расстоянии от нижней трубной решетки. На верхней труб ной решетке 3 аппарата установлена с зазором обечайка 9 с крышкой; имеющей отверстие. Сквозь отверстие проходит патрубок 10, имеющий в нижней части сопло 11. Нижний конец патрубка 10 вставлен в соосно расположенный с ним стакан 12. На верхней труб ной решетке 3 установлен также переливной порог 13 для поддержания опре деленного уровня жидкости на ней. Нижний срез сопла 11 расположен выше днища стакана 12. Верхний срез переливного порога 13 расположен выше верхнего среза циркуляционных труб 7 и ниже верхнего среза барбот-ажных труб 6. Верхний срез стакана 12 расположен ниже верхнего среза переливного порога 13, и выше верхнего среза циркуляционных труб 7, а днище его расположено ниже верхнего среза циркуляционных труб. Это сделано для заполнения стакана рабочей жидкостью Аппарат содержит брызгоделитель 14) расположенный в верхней камере 5, технологические штуцеры для подачи газа 15, для подачи рабочей жидкоети и опорожнения аппарата 16, для подачи теплоносителя 17 и для отвода теплоносителя 18, отработанного газа 19, готового продукта 20. На корпусе 1 аппарата имеются опоры 21 для крепления его на строительных конструкциях. Аппарат работает следующим образом. При подаче газа в заполненный жидкой реакционной массой аппарат по нижней трубной решеткой 2 образуется газовый слой, из которого газ поступает в барботажные трубы 6 через отверстия 8, образуя в них газожидкост ную смесь. За счет различной плЬтнос ти газожидкостной смеси в барботажны трубах 6 и жидкости в циркуляционных трубах 7 возникает циркуляция реакци онной массы в объеме аппарата. Газожидкостная смесь по барботажным трубам движется вверх, а жидкая реакционная масса по циркуляционным трубам движется вниз. Взаимодействие между газом и жидкостью происходит только в барботажных трубах. Жидкость, выходя из барботажных труб, сливается на верхнюю трубную решетку 3 где уровень ее поддерживается с помощью переливного порога 13. Скорость жидкости в циркуляционных трубах в этот момент максимальная, а относительная скорость движения газа и жидкости в барботажных трубах минимальная. По мере накопления газа в верхнем пространстве обечайки 9 его давление под крышкой возрастает, происходит переток жидкости через зазор между нижним срезом обечайки и верхней трубной решеткой за переливной порог. Урс}вень жидкости внутри обечайки понижается, скорость жидкости в циркуляционных трубак уменьшается,- относительная скорость движения газа и жидкости в барботажных трубах увеличивается. Жидкость из стакана 12 под действием давления поднимается по патрубку 10, уровень ее в стакане понижается. Как только ее уровень опустится чуть ниже нижнего среза патрубка 10, газ поступает в патрубок, где образуется газожидкостная смесь. Гидростатическое давление столба жидкости уменьшается, и жидкость вместе с газом удаляется. из патрубка.Около верхнего среза сопла 11образуется разряжение, и жидкость из нижней части стакана через сопло подсасывается в патрубок, откуда она удаляется вместе с газом. Уровень жидкости в стакане опускается еще ниже, и газ теперь беспрепятственно выходит из верхнего пространства обечайки через патрубок 10. Давление газа под крышкой обечайки уменьшается, уровень жидкости на трубной решетке, она переливается через верхний срез стакана 2, полностью заполняет его. Выход газа из обечайки прекращается. Уровень жидкости На трубной решетке, поддерживаемый переливным порогом 13, остается постоянным, а давление под крышкой обечайки 9 возрастает.Как только оно.становится выше гидравлического сопротивления столба жидкости в патрубке 10, уровень жидкости на верхней трубной решетке начинает уменьшаться, и весь цикл работы начинается вновь. Изменять частоту пульсаций скорости жидкости Б циркуляционных трубах и относительной скорости движения газа и жидкости в барботажных трубах можно за счет изменения расстояния .между верхним срезом стакана 12и нижним срезом патрубка 10. Увеличение надежности работы газлифтного аппарата способствует повышению его удельной производительности, делает возможным его применение для интенсификации процессов тепломассообмена в системе газ-жидкость. Формула изобретения Газлифтный аппарат, содержащий вер тикальный цилиндрический корпус, верХ