Газожидкостной контактный аппарат для взаимодействия газа с жидкостью Советский патент 1983 года по МПК B01D53/20 

1

Изобретение относится к химическому и энергетическому машиностроению и предназначено для проведения процессов абсорбции, десорбции, ректификации, испарительного охлаждения, тепловлажностной обработки воздуха и пылеулавливания.

Известен газожидкоетный контактный аппарат для взаимодействия газа с жидкостью, включаюший корпус, распределитель жидкости, расположенный между ограничительной к опорно-распределительной решетками со слоем насадочных элементов и слой элементов каплеулавливания I.

Недостатком известной конструкции является возможность забивания проходного сечения каплеуловителя липкими примесями и осадками. Необходима длительная остановка аппарата на чистку или замену элементов каплеуловителя. Использование двух решеток для фиксации слоя элементов каплеуловителя усложняет конструкцию всего аппарата в целом, увеличивает его металлоемкость.

Целью изобретения является обеспечение устойчивой эффективности работы аппарата

в загрязненных средах и упрош,ение его конструкции.

Поставленная цель достигается тем, что в газожидкостном контактном аппарате для взаимодействия газа с жидкостью, вклю5 чающем корпус, распределитель жидкости, расположенный между ограничительной и опорно-распределительной решетками со слоем насадочных элементов и слоя элементов каплеулавливания, распределитель

,Q жидкости установлен на расстоянии, равном не менее двух статических высот слоя элементов каплеулавливания от ограничительной решетки, и на расстоянии, равном не менее трех статических высот слоя насадочных элементов от опорно-распредели15 тельной решетки, а элементы каплеулавливания расположены н опорно-распределительной решетке и имеют плотность в два и более раз меньше плотности насадочных элементов.

20 Целесообразно, чтобы слой элементов каплеулавливания имел порозность не менее 40%.

Кроме Того, целесообразно, чтобы размер элемента каплеулавливания составлял 0,8-1,2 раза насадочного элемеата. На фиг. 1 изображен газожидкостный контактный аппарат в статике; на фиг. 2 - схема работающего аппарата. Аппарат состоит из корпуса 1, в рабочей зоне 2 которого на опорно-распределитель. ной решетке 3 располагаются в работающем аппарате, слой насадочных элементов 4 и элементов 5 каплеулавливания. Распределитель 6 жидкости размещен ниже ограничительной рещетки 7, которой заканчивается рабочая зона 2. Устройство работает следующим образом. Газ поступает в нижнюю часть рабочей зоны 2, проходит последовательно опорнораспределительную решетку 3, слой насадочных элементов 4, слой элементов 5 канлеулавливания, ограничительную решетку 7 и удаляется из верхней части аппарата. Поток орошающей жидкости подается в среднюю часть пространства между решетками 3 и 7 через распределитель б жидкости. Под действием сил давления поток диспергируется форсункой и жидкость последовательно проходит через слой подвижных насадочных элементов 4, опорно-распределительную решетку-3 и собирается в нижней части аппарата. Под воздействием относительно высоких скоростей газожидкостного потока насадочные элементы 4 и элементы 5 каплеулавливания приходят в высокотурбулизированное движение. Так как элементы 5 значительно легче элементов 4, то они скапливаются в верхней части аппарата у ограничительной решетки 7, выше распределителя 6 жидкости, образуя инверсионный слой. Часть рабочей зоны 2 распределителя 6 жидкости до инверсионного слоя элементов 5 является зоной первичного улавливания капелек жидкости. Эффект каплеулавливания возрастает при прохождении газового потока через неподвижный инверсионный слой элементов 5 и решетки 7. Инверсионный слой элементов 5 при длительной работе аппарата забивается липкими отложениями. Конструкция предлагаемого аппарата отличается от известных свойством самоочищаемости - замена забитого отложе ниями инверсионного слоя элементов 5 каплеулавливания, на чистый производится в течение 1-2 мин. Чтобы произвести эту замену, необходимо лишь на несколько секунд убрать нагрузку по газу, тогда инверсионный слой элементов 5 каплеулавливания под действием сил гравитации отделяется от ограничительной решетки 7. При возобновлении подачи рабочего расхода газа в инверсионный слой переходят чистые элементы, так как они легче, а загрязненные ранее работают в режиме псевдоожижения, соударяясь и перемешиваясь между собой, в результате чего они освобождаются от налипших на них отложений и перемещаются в инверсионный слой. Для одновременного осуществления при одном и том же расходе газа режимов развитого псевдоожижения и инверсионного необходимо, чтобы эффективная плотность подвижных насадочных элементов превышала в два и более раза эффективную плотность элементов каплеулавливания. В противном случае происходит неполное разделение, когда часть элементов для каплеулавливания циркулирует в псевдоожиженном слое элементов подвижной насадки. Исследовано пять типоразмеров шаровых насадочных элементов из вспененного полипропилена. Результаты испытаний представлены в табл. 1. Смеси насадочных элементов. 1-3, 1 - 4, 1-5, 2-4, 2-5 дают 100%-ное разделение. Смеси 1-2, 2-3, 3-4 и 3-5 дают частичное разделение элементов. Дополнительным материалом, позволяющим выбрать высоту рабочей зоны, является .зависимость динамической высоты подвижного насадочного слоя от скорости движения газового потока. Таким образом, доказывается соотношение удельных плотностей элементов каплеулавливания и подвижной насадки. Существенной конструктивной рекомендацией является указание на размещение распределителя жидкости в зависимости от статической высоты слоя насадочных элементов. Это подтверждается результатами исследования характеристик газожидкостных контактных аппаратов для испарительного охлаждения воды. На фиг. 2 представлена охладительная способность при , различном расположении распределителя жидкости, опытно-промыщленным судовым контактным аппаратом. (площадь поперечного сечения 0,56 X X 0,56 м, насадка - щары диаметром 40 мм, эффективной плотностью 300 кг/м), укомплектованным центробежно-струйной форсункой. Из приведенных выше данных (см. табл. 2) следует, что целесообразно устанавливать распределитель жидкости на высоте, не меньшей, чём три статических высоты слоя подвижной насадки от опорнораспределительной рещетки. В этом случае форсунка находится непосредственно над псевдоожиженным слоем и .снижение ее на 0,5 значения статической высоты приводит К резкому увеличению уровня охлажденной воды. Существенно также влияние положения распределителя жидкости на формирование равномерного инверсионного слоя элементов каплеулавливания. Каечество равномерности толщины инверсионного слоя сказывается на величине капельного уноса из аппарата. В качестве элементов каплеулавливания используются щары. Статистической обработкой эксперимента определено, что при свободной, произвольной укладке однотипных шаровых элементов, находящихся в инверсионном состоянии, порозность слоя составляет 40°/оПроверка показала, что смесь легких шаров разных диаметров (40 и 25 мм) дает в инверсионном режиме среднюю порозность слоя 35%. При использовании однотипных шаров (40 мм) капельный унос составляет 25 л/ч, а применение смеси при той же скорости газа дает значение капельного уноса 48 л/ч. Т. е. при более плотном слое наблюдается вторичный унос жидкости. Существенным отличием является соотношение размеров элементов каплеулавливания и размеров насадочных элементов. Гидродинамическая картина псевдоожиженного слоя из смеси элементов различного размера зависит от относительных размеров элементов. В табл. 4 представлены результаты исследования смеси из семи типов элеменБазовым, насадочным элементом является шар диаметром 40 мм. Испытания проводятся в опытно-промышленной колонне диаметром 0,8 м. Однотипные элементы каплеулавливания из насадок 4 и 5 образуют с насадкой 3 равномерный псевдоожижённый слой без застойных зой, смесь насадок 1 и 3, 5 и 3 и др. образуют в рабочей зоне аппарата застойные зоны, в которых элементы

Насадка , ,90 150 250 300 360

чание: Диаметр шаТаблицаров 36-40 мм, диаметр колонны 200 мм.

Таблица2 не псевдоожижаются. Образование застойных зон сопровождается ухудшением массообменных характеристик аппарата вследствие того, что жидкость проваливается через застойную зону, не контактируя с газом. „ Например, добавление лопастных элементов к элементам 4 повышает температурный уровень охлажденной воды на . 1,5°С. Та КИМ образом, наиболее эффективное разделение элементов наблюдается, если определяющий размер элементов каплеулавливания лежит в диапазоне 0,8-1,2 определяющего размера насадочного элемента. При использовании элементов, не удовлетворяющих указанному требованию, происходит как бы «цементирование слоя из подвижных насадочных элементов и элементов каплеулавливания, т. е. образуется слой относительно плотной структуры, Для увеличения порозности инверсионного слоя из элементов каплеулавливания, последние могут иметь другую конфигурацию, чем подвижные насадочные элементы. Например, ыар - подвижный насадочный элемент, а шар с шипами - элемент каплеулавливания. Изобретение позволяет сократить простой, связанный с заменой или чисткой сепаратора, от одного-двух дней до 1-2 мин, т. е. практически обеспечить длительную, безостановочную его работу.

Расстояние от опорной решетки до распределителя жидкости (отнесенное к статической высоте) Температурный уровень охлаж36,1 35,7 35,1 дения воды,С Примечание:

2,5 3,0 3,5 4,0 Статическая высота 0,1 м, скорость газа 3,5 м/с, тепловая нагрузка 21 кВт, расход воды 4 . 34,5 33,3 33,0 :J2,8 32,7

Расстояние от опорной решетки до распределителя жидкости (отнесенное к статической высоте слоя)

Потери воды, л/ч

33

Неравномерный инверсионный слой Примечание:

Определяющий

25 размер, мм

Формула изобретения

I. Газожидкостный контактный аппарат для взаимодействия газа с жидкостью, включающий корпус, распределитель жидкости, расположенный между ограничительной и опорно-распределительной решетками со слоем насадочных элементов и слоя элементов каплеулавливания, отличающийся тем, что, с целью обеспечения устойчивой, эффективной работы аппарата в загрязненных средах и упрощения его конструкции, распределитель жидкости установлен на расстоянии равном не менее двух статических высот слоя элементов каплеулавливания от ограничительной решетки, и на расстоянии, равном не менее трех стати2,5

3,0

1,5 2,0

28

27

28

Равномерный инверсионный слой

Таблиг;а4

40

36

5060

70

ческих высот слоя насадочных элементов от опорно-распределительной решетки, а элементы каплеулавливания расположены на опорно-распределительной решетке и имеют плотность в два и более раз меньше плотности насадочных элементов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 578989, кл. В 01 D 53/18, 1964. Качество равномерности оценивают визуально. Капельный унос резко возрастает в примере 2 по отношению к примеру 3.

t lп-оЯШ

l tSfacmb

.0060

5S

Газ uzA