Контактное устройство для взаимодействия газа (пара) с жидкостью

 

КОНТАКТНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ГАЗА (ПАРА) С ЖИДКОСТЬЮ , включающее основание со щелью , снабженной с обеих сторон отбортовкой , вертикальные плоскопараллельные пластины, установленные с зазором к основанию и отбортовке щели , и перевернутый плоскоовальный желоб с отогнутыми внутрь торцовыми кромками, установленный над щелью с зазором к основанию отличающееся тем, что, с целью расигарения диапазона устойчивой работы и обеспечения работоспособности в условиях резкого повьш1ения нагрузки по газовой фазе, например, при залповых выбросах, щель выполнена между штоскопараллельными пластинами, которые снабжены горизонтальной перегородкой , установленной на расстояНИИ над отбортовкой щели и соединяющей их между собой, и торцовыми пластинами, примыкающими к ним и горизонтальной перегородке, а основание снабжено вертикальными порогами, установленными между плоскопараллель ными пластинами и боковыми стенками перевернутого желоба.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ае аи

3(1) В О1 З 3/26

OflHCAHHE HSO6PETEHHH(."

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

110 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОЧНРЫТИЙ (21) 3609328/23-26 (22) 23.06.83 (46) 30.10.84 Бюл. и 40 (72) Б.М.Азизов, И.И.Поникаров, М.Г.Гайнуллин, Н.С.Али-Заде, Э.Г-Г Кулиева и А.А.Блинов (71) Казанский ордена Трудового Красного Знамени химико-технологический институт им.С.М.Кирова (53) 66.015.23.05(088.8) (56) 1. Чепегин Н.В. Разработка и исследование контактных прямоточных . устройств с содержанием потоков, автореферат диссертации, Казань, КХТИ, 1975, 9-11.

2. Рамм В.М; Абсорбция газов.

М., с. 426.

3. Авторское свидетельство СССР

Ф 1005809, кл. В 01 2 3/26, 1981. (54)(57) КОНТАКТНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ

ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ГАЗА (ПАРА) С ЖИДКОСТЬЮ, включающее основание со щелью, снабженной с обеих сторон отбортовкой, вертикальные плоскопараллельные пластины, установленные с за зором к основанию и отбортовке щели, и перевернутый плоскоовальный желоб с отогнутыми внутрь торцовыми кромками, установленный над щелью с зазором к основанию о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения диапазона устойчивой работы и обеспечения работоспособности в условиях резкого повышения нагрузки по газовой фазе, например, при залповых выбросах, щель выполнена между плоскопараллельными пластинами, которые снабжены горизонтальной пере" городкой, установленной на расстоя- Я нии над отбортовкой щели и соединяющей их между собой,: и торцовыми пластинами, примыкающими к ним и горизонтальной перегородке, а основание снабжено вертикальными порогами, установленными между плоскопараллель ными пластинами и боковыми стенками перевернутого желоба.

1121019

Изобретение относится к контактным устройствам для осуществления про цессов массообмена между газовой (паровой) и жидкой фазами и может найти применение в процессах ректификации, абсорбции и хемосорбции, и предназначено для массообменных процессов в системах газ (пар), жидкость, сопровождающихся большими колебаниями расхода газовой (паровой) фазы,. 1О например, при залповых выбросах гаэа (пара), или в процессах с пульсирующими потоками.

Известно контактное устройство для взаимодействия газа (пара) с жидкостью, выполненное из листа со щелями, снабженными с одной сто роны отбортовкой и двух вертикальных плоскопараллельных пластин, TUIQTHo примыкающих к листу. Над щелями с за. 2О зором к листу и отбортовке щелей установлен перевернутый плоскоовапьный

:желоб с отогнутыми внутрь торцевыми кромками, плотно примыкающими к вертикальным плоскопараллельным плас- 25 тинам (1) .

Недостатком известного контактного устройства является небольшой диапазон устойчивой работы, так как

ЗО контактное устройство, работающее в режиме соударяющихся восходящих потоков, эффективно работает только при больших расходах (или скоростях) газовой (паровой) фазы. Режим восходящего прямотока для систем газжидкость и последующего соударения газожидкостных потоков возможен лишь ,при скоростях газа в сечении контакт ного устройства свьнпе 8 м/с (или при сильных взаимодействиях). При более низких скоростях газа (или слабых взаимодействиях) жидкость, поступающая в контактное устройство, не эжектируется газом, т.е. энергии. газового потока недостаточна, чтобы увлечь жидкость вверх по контактному устройству. Жидкость не контактируя с газом и проваливается на нижележащую контактную ступень. Таким об разом, диапазон устойчивой работы контактного устройства ограничен явлением провала жидкости при низких скоростях газа.

Известно контактное устройство для взаимодействия газа (пара) с жидкостью, выполненное в виде горизонтального полотна с продольными щелями, снабженными газовыми патрубками, над которыми установлены прямоугольные колпачки t2j .

Недостатками известного устройства являются малый диапазон устойчивой работы и большой унос жидкости при повышенных скоростях газа (пара), Это обусловлено тем, что устройство по своей конструктивной компоновке предназначено для работы только в барботажном режиме, т.е когда .гаэ в виде пузырьков пробулькивает через слой жидкости, находящеися на контактной ступени. Барботажный режим взаимодействия фаз характеризуется небольшой скоростью газа (пара). В случае увеличения скорости (или расхода) газа он полностью вытесняет жидкость из контактных зазоров и выходит из них, практически не контактируя с жидкостью, что значительно снижает эффективность процесса массообмена. При внезапном повьппении скорости газа (например, залповом вь!бросе газа, нли при работе устройства в пульсирующем режиме) последний с большой скоростью выходит из контактного устройст ва, захватывает часть жидкости и уносит ее на вышележащую ступень. При этом падает. эффективность процесса массообмена и унос жидкости значительно превышает допустимую величину.

Таким образом, диапазон устойчивой работы контактного устройства ограничен явлением уноса жидкости на вышележащую ступень при высоких скоростях газа.

Известно контактное устройства для взаимодействия газа (пара) с жидкостью, включающее основание со щелью, снабженной с обеих сторон отбортовкой, вертикальные ппоскопарйллельные пластины, установленные с зазором к основанию и отбортовке щели и перевернутый плосковального желсб с отогнутыми внутри торцовыми кромками, установленного над щелью -c зазором к основанию(3).

Однако контактное устройство имеет более узкий диапазон устойчивой работы, а также не работоспособно в условиях залповых выбросов газовой фазы, так как наблюдается провал жидкости на никележащую ступень через щели и при умеренной (номинальной) нагрузке по газу. Если конструктивные параметры ко::тактного устройства выбрать по ном;:нальной нагруэ3 1121019 ке (и этим обеспечить его работоспособность при умеренных нагрузках по газу), то при резком повышении нагрузки по газовой фазе (например при залповом выбросе) за счет резкого увеличения скорости в контактных каналах наблюдается значительное увеличение гидравлического сопротивления контактного устройства, что вызывает проскок газа через зазоры 2 и 3 10 и через гидрозатвор, обеспечиваемый высотой слоя жидкости на основании.

Цель изобретения — расширение диапазона устойчивой работы и 15 обеспечения работоспособности в условиях резкого повышения нагрузки по газовой фазе, например, при залповых выбросах.

Поставленная цель достигается тем, 20 что в контактном устройстве для взаимодействия газа (пара) с жидкостью, выполненным из основания со щелью, снабженной с обеих сторон отбортовкой, двух вертикальных плоскопарал-, лельных пластин, установленных с зазором к основанию и отбортовке щели, и перевернутого плоскоовального желоба с отогнутыми внутрь торцовыми кромками, установленного над щелью с за.30 эором к основанию, щель выполнена между плоскопараллельными пластинами, которые снабжены горизонтальной перегородкой, установленной на щели и соединяющих их между собой и торцовыми пластинами, примыкающими к ним и горизонтальной перегородке,. а основание снабжено вертикальными порогами, установленными между вертикальными пластинами и боковыми стенками. перевернутого желоба.

На фиг.1 изображено общий вид, устройство.

Устройство выполнено из основания 1 со щелью 2, снабженной с обеих сторон отбортовкой 3, двух вертикальных плоскопараллельных пластин 4, установленных. с зазором 5 к основанию

1 и с зазором 6 к отбортовке 3, и перевернутого плоскоовального желоба 7 с отогнутыми внутрь торцовыми кромками 8, установленного над щелью

2 с зазором 9 к основанию.

Щель 2 расположена внутри плоскопараллельных пластин 4, которые на 55 некотором расстоянии над .отбортовкой 3 соединены между собой горизонтальной перегородкой 10, снабженной торцовыми пластинами 11, плотно примыкающими к плоскопараллельным пластинам 4 и горизонтальной перегородке 10. Между плоскопараллельными пластинами 4 и боковыми стенками перевернутого плоскоовального желоба 7 к основанию 1 прикреплены вертикальные пороги 12.

Расположение щели 2 внутри плоско параллельных пластин 4, установка горизонтальной перегородки 10 с торцовыми пластинами 11 и установка порогов 12 позволяют соединить полость !3 под горизонтальной перегородкой 10 с внутренней полостью контактных каналов 14, а также перекрыть снизу контактные каналы 14 основанием 1. В результате изменяется схема взаимодействия потоков и обеспечивается последовательный про ход газовой фазы через полость 13 под горизонтальной перегородкой !О и через контактные каналы 14.

Таким образом, увеличивается диапазон устойчивой работы и обпеспечивается работоспособность контактного устройства в условиях резких колебаний нагрузки по газовой фазе, так как установка горизонтальной перегородки 10 с торцовыми пластинами 11 и, расположение щели 2 между плоскопараллельными пластинами, обеспечивают нормальную работу и эффектив- . ность устройства при номинальной (умеренной) нагрузке по газу (без явления провала жидкости), а -установ" ка пластин 12, в виде вертикальных порогов и последовательное соединение полости 13 с контактными каналами

14,приводит к тому, что контактное устройство устойчиво и эффективно работает в условиях резкого повышения нагрузки по газовой фазе (например, при залповых газовых выбросах).

Контактное устройство работает следующим образом.

Жидкость (сплошные стрелки) стекает по переливному устройству с выше-. лежащей контактной ступени и растекается по горизонтальному полотну одним слоем некоторой толщины. При малых скоростях газа, когда контактное устройство работает в барботажном режиме, газ (пунктирные стрелки) поступает с нижележащей ступени в продольные щели 2 и затем в виде пузырьков барботирует через слой жидкости на основании 1, проходя последователь

1121019 но зазоры 6 и зазоры 5. Проконтактировавший гаэ удаляется по плоским каналам 14 через открытые торцы пере. вернутого плоскоовального желоба 7 на вышележащую ступень. Жидкость пос.ле взаимодействия по переливу самотеком стекает на нижележащую ступень.

Следует отметить, что ч0сть жидкости, которая в виде капель може1 быть унесена газовым потоком в каналы 14, отделяется от газа в верхней части плоскоовального желоба 7, т.е. уноса капель жидкости на вышележащую ступень не происходит.

При больших скоростях газа, когда контактное устройство работает в прямоточном режиме с последующим соударением, газ последовательно проходит продольные щели 2, зазоры 6, зазоры 5 и за счет большой скорости эжек- 20 тирует зазоры 9 жидкость, находящуюся на основании 1. Образовавшиеся газожидкостные потоки перемещаются по плоским каналам 14, поворачивают в верхней части плоскоовального желоба 7 навстречу друг другу и соударяются. В результате соударения потоки тормозятся и происходит сепарация фаз. Гаэ, расширяясь и теряя скорость, выходит из торцов плоско- 30 овального желоба 7 и устремляется на вышележащую ступень, а жидкость под действием силы тяжести стекает в полость между вертикальными пластинами 4, на основание 1 и по перели- 35 ву на нижележащую ступень. Благодаря установке перевернутых плоскоовальных желобов 7 (с отогнутыми внутрь торцовыми кромками), вертикальньж порогов 12 существенно расширяется 0 диапазон устойчивой работы контактного устройства и уменьшается брызго-. унос жидкости с контактного устройства на вьппележащую ступень при высоких скоростях газа. При этом наибо- 45 лее существенное влияние на сепарацию фаз оказывает соударение встречных газожидкостных потоков, при котором происходит резкое торможение как газовой, так и жидкой фазы. 50

В промышленности для осуществления,процессов массообмена между газо вой (паровой) и жидкой фазами применяются устройства барботажного типа с колпачковыми тарелками. По совокупности показателей качества эа базовый образец принята колпачковая та. релка с прямоугольными колпачками.

Проведенный предварительный технологический расчет позволил выявить ряд преимуществ предлагаемого контактного устройства по сравнению с устройством по прототипу.

Сравнение проводилось по величине диапазона устойчивой работы и по величине увоса при различных расходах газовой фазы. Расчеты показали, что диапазон устойчивой работы у предлагаемого устройства в 2-2,5 ра эа вьппе, чем у колпачковой тарелки по прототипу, унос жидкой фазы при малых скоростях газа (в расчете на сечение колонны 0,6-1,5 м/с) у предлагаемого устройства отсутствует, а у колпачковой тарелки находится в пределах общепринятой допустимой величины (0,1 кг жидкости/кг газа) . При больших скорос а тях газа (в расчете на сечение колонны порядка 1,5-5,6 м/с) предлагаемое устройство работает устойчиво и унос жидкости меньше допусти. мой величины, а у колпачковой тарелки при скорости газа более

2 м/с унос жидкости превьппает допустимую величину. Следует также отметить, что при больших расходах газа увеличивается эффективность процесса массообмена, ввиду изменившей ся схемы взаимодействия фаз в пред— лагаемом устройстве.

Были проведены опытно-промышленные испытания аппарата диаметром

Сд мм с предлагаемыми контактными

9 устройствами в процессе очистки залповых газовых выбросов от хлористого водорода (производство соляной кислоты). Испытания показали высокую эффективность, отсутствие уноса жидкости и надежную работу предлагаемого,контактного устройства при резком возрастании расхода газа.

Кроме этого, проведены предварительные испытания предлагаемого устройства в процесс регенерации растворителя (производство фурфурольной очистки масел). Эти испытания показали практическую возможность создания пульсирующей подачи потоков, которая создает благоприятные условия для улучшения межфазного массопереноса и приводит к ощутимому уве— личению пропускной способности аппарата. Допустимая рабочая скорость

»zion>

Составитель А.Сондор

Техред С,Легеза Корректор E.Ñèðîõìàè

Редактор Н. Воловик

Тираж á83 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

333035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 7844!5

Филиал ППП "Патент", r Ужгород, ул. Проектная, 4 паров (в расчете на счение колонны) по сравнению с существующими барботажными ситчатыми тарелками возросла в 3,7-4 раза, при этом унос жидкости на вышележащую ступень отсутствовал.