Способ абсорбции газов Советский патент 1983 года по МПК B01D3/00 B01D53/18 

(54) СПОСОБ АБСОРБЦИИ ГАЗОВ

Изобретение относится к химико-технологическим процессам абсорбции и принадлежит к способам, для реализации которЬ1х необходимо наличие электростатического поля, и может быть использовано в химической, нефтяной, нефтеперерабатывающей, газовой, угольной, пищевой, медицинской, микробиологической и других отраслях промышленности, в черной и цветной металлургии и производстве минеральных удобрений. Известен способ электростатической очистки газов на основе принципа коронного разряда, при котором газ попадает в зону короны, где подавляющая часть пыли приобретает заряд и двигается в сторону осадительного электрода 1 . Недостатками этого способа являются зависимость эффективности работы от проводимости взвешеннцх в газе частиц, необходимость специальных средств увлажнения и встряхивания, возможность появления обратной короны с образованием положительных ионов, что в конечном итоге приводит к рекомбинации отрицательных и положительных ионов, при этом способ перестает действовать, а также неприменимость его для проведения процесса абсорбции. Известна масообменная колонна для взаимодействия газа с жидкостью, содержащая корпус с тарелками и .расположенными между тарелками элементами, подключенными к источнику тока 2. Недостатками этой колонны являются малые скорости газовой фазы, малая интенсификация процесса ввиду применения однородного электрического поля и отсутствие постоянной полярности в жидкости и газе, горизонтальное расположение многочисленных электродов по высоте, что ухудщает гидродинамику колонны. Известен способ абсорбции газов, заключающийся во взаимодействии газовой и жидкой фаз, фазы подвергают предварительной ионизации 3. Недостатками известного способа являются необходимость обработки фаз до начала их взаимодействия друг с другом, необходимость применения для этого пульсирующего с высокой частотой электрического поля, необходимость предварительной ионизации фаз, отсутствие интенсификации в процессе массообмена. Целью изобретения является повышение эффективности процесса абсорбции за счет увеличения коэффициента массопередачи и улучи1ения качества разделения газовых смесей и поглощения отдельных газов. Указанная цель достигается тем, что согласно снособу абсорбции газов, заключающемуся во взаи1 1одействии газовой и жидкой фаз, процесс абсорбции газов проводят в неоднородном электростатическом ноле с отрицательным потенциалом 3 газе и положительным нотенциалом в жидкости, при этом силовые линии ноля перпендикулярны поверхности раздела фаз. Сущность способа заключается в том, что поверхность раздела фаз в процессе абсорбции постоянно находится в неодпород 1ом электростатическом поле строго определенной полярности. Электростатическое ноле усиливает абсорбцию вс.ледствие того, что нод действием высокого isaпряжепия в жидкости развиваются вторичные |-идродинамические неустой.чивости, нриводя{цие к мелкомасштабной турбулизации поверхностных слоев, изменяются физико-химические свойства абсорбента. 1|роисходит изменение равновесных зависимостей, определяк)н1их кинетику процесса, появляются Неравновесные мощные силовые поля нондеромоторной нрироды, интепсивHOCTii которых нрев 1щает интенсиипость гравитационных потенциалов. При перемене полярности иптепси(|зицируется процесс десорбнии. Применение неоднородного э: сктростатического поля позволяет значитс;1ьно усилить массообмен при .ia;ibr значениях нотребляе.мой мощности ввиду малости токов в системе. Процесс абсорбции проводят при нанряже1пюсти поля бо.чь1пей, че.м .минимальная - нанряжеиность чувствите.тьнЬсти Е для данной системы газ - жидкость и равиой или меньшей напряженности насыщепия Е:, при которой воздействие электростатического но.ая на процесс абсорбции достигает максимального значения и относительиый коэффициент массопередачи К Кб/Ко, равный отно1пению коэффициентов массопередачи с поле.м и без него, максимален. Способ абсорбции 1азов осуществляется в следуюнщх устройствах. На фиг. 1 изображен абсорбер трубчатый с восходящим прямотоком пленки д;1я оеуществления способа, общий вид; па фиг. 2 - абсорбер трубчатый противоточный Д.-1Я и.тепочной абсорбг1ии газов, общий вид. Абсорбер трубчатый с восходящим прямотоком пленки cocTOirr из нилиидрического корпуса 1 со ппуцера.ми д,;:я входа 2 и выхода 3 жидкости, 1нуцерами для входа 4 и выхода 5 хладагента, нижней приемной 6 и верхней 7 камер, штуцера для входа 8 и выхода 9 |-аза, обечаек 10 И 11, трубных решеток 12 и 13, трубной решетки 14 с патрубка.ми для формирования пленки, труб 15, к которым нодведен положительный потенциал или заземление через контактный нровод 16, центробежных электродов 17, к которым подведен отрицательный потенциал контактным проводо.м 18, и верхнего 19 и нижнего 20 фланцевс диэлектрической решеткой 21, 22, на которой укреплены центральные электроды. Абсорбер трубчатый нротивоточный для пленочной абсорбции газов дополнительно содержит крышку 23, трубные диэлектрические решетки 24 и 25 с патрубками для формирования пленки 26, электроды в виде труб 27, к которым контактным ироводом 28 подведен отрицательный потенциал или заземление, изоляторы 29 и 30. Способ абсорбции газов при восходящем прямотоке осуществляется следующим образом. Газ движется сцизу вверх со скоростью 7 м/с, достаточной для увеличения ленки жидкости вверх по впутренней поверхпости трубы 15, являющейся коаксиальпо составной. Внутренняя часть представляет собой трубу из диэлектрика, снаружи этой трубы находится наружный э.лектрод, который .может быть вынолнен либо в виде труб1 1 из проводника, либо в виде об.мотки, соединенной с положительным потенциалом или заземленной. Внутри 1азового ио1ока (газ чистый, незапыленный без твердых частиц или жидких капель) находится иентра;1ьный электрод, окруженный вокруг слоем изолятора (диэлектрической трубой). Чежду электродами создается неоднородное электростатическое ноле, силовые линии которого ноиеречны по отнон1ению к поверхности раздела фаз жидкость (пленка) - - газ (в случае выполнения ю;1ожителыюго наружного электрода в виде проводяп1ей трубы силовые линии строго перпендикулярны поверхности раздела реагирующих фаз). В неоднородном электростатическом поле оптимально нри напряженности 9-12 кВ/см происходит мнтенсификация процесса абсорбции газа жидкостью за счет воздействия нондеромоторных сил и возникающих микротурбулентностей в виде ячеек вторичных течений, вызывающих радиальное иеремещивание жидкости и интенсифицирцующих массообмен в пограничном слое между жидкостью и газом (пограничный слой является основным сопротивлением маесообмену нри пленочной абсорбции). Превышение критического числа Рэлея приводит к то.му, чтд ла.минарный нрО(|)иль основного течения становится более заполненным. Способ абсорбции газов при противотоке осун.1ествляется следующим образом.

Жидкость стекает вниз по наружной поверхности внутренней изоляционной трубы 15, являющейся коаксиально составной, внутри которой находится центральный электрод в виде трубы, выполненной из проводника, к которой с помощью провода подведен положительный потенциал. Таким образом, со стороны жидкости находится положительный потенциал, а со стороны газа - отрицательный, создаваемый электродом, который может быть выполнен в виде проводящего цилиндра или в виде обмотки. Массообменное пространство между электродами образовано внутренней поверхностью наружного цилиндра, выполненного из диэлектрика, и наружной поверхностью внутренней изоляционной трубы. Поверхность стекающей пленки, обращенная к газу, находится в неоднородт ном электростатическом поле, поэтому на нее действует механизм интенсификации абсорбции, предложенный и описанный выще.

Пример. Экспериментальные исследования проведены на установке, состоящей из абсорбера трубчатого с неоднородным электрическим полем с восходящим прямотоком пленки, устройств подачи жи.з,кости и газа, контрольно-измерительных приборов, электрической схемы создания повыщенной напряженности поля в массообменном пространстве абсорбера. Неоднородное электрическое поле в абсорбере создавалось в вертикальных трубах длиной 820 мм. в центре которых натянут центральный электрод. В массообменном пространстве абсорбера создавалась напряженность поля О-30 кВ/с подвед,ением высокого напряжения к центральному электроду и к наружному цилиндрическому электроду, который был разработан в нескольких модификациях: в виде цилиндра, прямых медных щин, наружной обмотки. Высокое напряжение

контролировалось киловольтметром. Необходимое напряжение создавалось преобразованием тока от сети промышленной частоты трансформатором, выпрямителем и преобразователем высокого напряжения.

Осуществление способа проведено при скорости газа 5-50 куЬм. Потребляемая установкой .мощность оказалась не более 15 Вт. Строго выдержана полярность подключения электродов: центральный электрод, находящийся в газе, имеет отрица тельный потенциал, наружный, находящийся в жидкости, положительный или заземлен.

Эксперименты проведены на смесях труднорастворимый газ - воздух нри содержании газа О-15%. Брызгоунос отсут5ствовал. На вы.ходе из абсорбера проводились измерения концентрации абсорбента. Исследованы соотношения различных рас.ходов газа, воздуха, жидкостии напряженности.

0 Установлено, что концентрация жидкости на выходе из абсорбера существенно возрастает в зависимости от напряженности поля. Имеется оптимальный режим работы по напряженности для каждой газожидкостной системы, для системы углекис5лый газ - вода он составляет 12 кВ/см. Эффективность процесса абсорбции существенно увеличилась до относительного коэффициента маслопередачи К Кн/Ко 1,85. где КЕ и KO - коэффициенты .маслопередачи с полем и без него.

0

В табли 1е представлены результаты абсорбции согласно предлагаемому способу углекислого газа водой при различных режимах работы. Приняты с. едующие условные обозначения: N - режима

S .рэботы абсорбера в электростатическом поле, Gp-расход газа, Gg-расход воздуха, Gj расход жидкости, Е - напряженность э.чектростатического поля, Кс/Кд относительный коэффициент массопередачи.

Получено увеличение относительных коэффициентов массопередачи в среднем в 1,5-2 раза при абсорбции в электростатическом поле.

Применение изобретения позволит интенсифицировать процесс абсорбции и уменьшить размеры абсорбционной аппаратуры при минимальных энергозатратах. Экономический эффект изобретения состоит из экономии на материалах ввиду уменьшения габаритов аппаратов как минимум в 1,5 раза, экономии расходов при монтаже, замены дорогостояших и дефицитных легированных сталей на диэлектрические материалы.

Формула изобретения

Способ абсорбции газов, заключающийся во взаимодейсТЗии газовой и жидкой фаз, отличающийся тем, что, с целью повыПродолжение таблицы

шения эффективности процесса абсорбции путем увеличения коэффициента массопередачи и улучшения качества разделения газовых смесей и поглощения отдельных газов, процесс абсорбции газов проводят в неоднородном электростатическом поле С отрицательным потенциалом в газе и положительным потенциалом в жидкости, г1ри этом силовые линии поля перпендикулярны поверхности раздела фаз.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

3.Авторское свидетельство СССР № 567453, кл. В 01 D 3/00, 1977.