Насадка для абсорбционного аппарата

 

Изобретение относится к устройствам контакта между газом и жидкостью в массообменных аппаратах газовой, нефтяной, химической и нефтехимической промышленности, в частности к насадкам массообменных аппаратов, работающих псевдоожиженным трехфазным слоем на агрессивных средах, и используется в колоннах для очистки газа от кислых компонентов. Цель изобретения - повышение качества очистки газа от кислых компонентов за счет увеличения кратности обновления поверхности контакта фаз. Насадка выполнена в виде сплошных круглых дисков, расположенных перпендикулярно и эксцентрично относительно друг друга так, что величина эксцентриситета равна 0,065 - 0,1 диаметра, при этом один сплошной круглый диск снабжен двумя проходными отверстиями, расположенными по оси симметрии по обе стороны от оси пересечения дисков, и помещен в двойную рубашку из сетчатого материала, так, что первый слой сетки закреплен через проходные отверстия, а второй - свободно относительно первого. 5 ил., 2 табл.

Изобретение относится к устройствам контакта между газом и жидкостью в массообменных аппаратах газовой, нефтяной, химической и нефтехимической промышленности, в частности к насадкам массообменных аппаратов, работающих в псевдоожиженном трехфазном слое в агрессивных средах, и используется, преимущественно в колоннах для очистки газа от примесей, например от кислых газов.

Известна насадка, выполненная в виде гладких шаров из пластмассы [1] Недостатком является то, что насадки из шаров с гладкой повеpхностью не обеспечивают интенсивное перемешивание жидкости с газом, а из-за недостаточно эффективного перемешивания жидкости с газом поверхность контакта фаз остается минимальной. Достоинством насадки является простота ее изготовления и то, что при ее использовании в аппарате не образуются застойные зоны.

Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является насадка, выполненная в виде трех взаимно перпендикулярных жестко закрепленных по центру дисков [2] Использование насадки такой конструкции позволяет несколько повысить интенсивность перемешивания и увеличить поверхность контакта жидкой и газовой фазы. Однако такая насадка из 3-х перпендикулярных дисков не обеспечивает высокой интенсивности перемешивания жидкости с газом. Насадка перемещается без вращения вокруг оси, способствующей высокой интенсивности перемешивания, неравномерно распределяется по объему слоя, повышая гидродинамическое сопротивление слоя насадки, не способствует повышению кратности обновления поверхности контакта фаз. Из-за недостаточно эффективного перемешивания жидкости с газом поверхность контакта фаз остается минимальной, не достигается высокое качество очистки газов от кислых компонентов.

Целью изобретения является повышение качества очистки газа от кислых компонентов за счет увеличения кратности обновления поверхности контакта фаз.

Это достигается описываемой насадкой, выполненной в виде взаимно перпендикулярных жестко закрепленных дисков.

Новым является то, что она выполнена в виде сплошных круглых дисков, расположенных перпендикулярно и эксцентрично относительно друг друга так, что величина эксцентриситета равна 0,065-0,1 диаметра диска, при этом один сплошной круглый диск снабжен двумя проходными отверстиями, расположенными по оси симметрии по обе стороны от оси пересечения (скрепления) дисков и помещена в двойную рубашку из сетчатого материала так, что первый слой сетки закреплен через проходные отверстия, а второй свободно относительно первого.

Такое выполнение насадки обеспечивает за счет разности весов каждого полукруга, вращение ее в различных осях и любом направлении в зависимости от гидродинамического режима газожидкостного потока, исключает возможность образования застойных зон. Кроме того, помещение насадки в двойную рубашку из сетчатого материала позволяет упаковать свободное пространство между полукругами дисков, увеличивая при этом поверхность контакта, способствуя увеличению кратности ее обновления. Во время работы насадки в псевдоожиженном слое идет процесс интенсивного перемешивания и обновления поверхности контакта фаз в две ступени на поверхности упаковки и на наружной поверхности рубашки.

На фиг.1 изображена предлагаемая насадка, общий вид; на фиг.2 внутренняя часть предлагаемой насадки два круглых диска, расположенных перпендикулярно и эксцентрично относительно друг друга; на фиг.3 разрез А-А на фиг.1; на фиг. 4 разрез Б-Б на фиг.2; на фиг.5 внутренняя часть предлагаемой насадки в рубашке из сетчатого материала, закрепленной через проходные отверстия.

Насадка содержит два круглых сплошных жестко закрепленных диска 1 и 2, расположенных перпендикулярно и эксцентрично (фиг.1,2) относительно друг друга так, что величины эксцентриситета равна 0,065-0,1 диаметра диска, при этом диск 1 снабжен двумя проходными отверситями 3, расположенными по оси симметрии в двойную рубашку из сетчатого материала 4,5, первый слой сетки 4 закреплен через проходные отверстия 3, а второй слой 5 свободно относительно первого слоя (фиг.1).

Величину эксцентриситета подбирали экспериментально в зависимости от интенсивной работы насадки во всем объеме псевдоожиженного слоя, обеспечивая в любом положении насадки не устойчивое ее состояние, заставляя ее все время вращаться, двигаться в любом положении, направлении и в самых различных осях.

При величине эксцентриситета меньшем 0,065 D диска уменьшается смещение центра тяжести насадки относительно его оси, проходящей через центр тяжести, насадка принимает более устойчивое положение, повышается неравномерность распределения ее по объему слоя и соответственно гидравлическое сопротивление слоя насадки.

При величине эксцентриситета большем 0,1 D диска поверхность двух полукругов уменьшается, а двух увеличивается, нарушается оптимально подобранное действие разнонаправленных сил стекающей сверху жидкости и поднимающегося газа. Замедляется обязательное вращение насадки вокруг своей оси.

Смещение центра тяжести насадки относительно его оси, проходящей через центр тяжести, придает неустойчивое положение насадке, заставляя ее вращаться в любом положении, направлении и в самых разных осях за счет того, что она выполнена в виде сплошных двух круглых дисков, расположенных перпендикулярно и эксцентрично относительно друг друга так, что величина эксцентриситета равна 0,065-0,1D диска, при этом один сплошной круглый диск снабжен двумя проходными отверстиями, расположенными по оси симметрии по обе стороны от оси пересечения дисков и насадка помещена в двойную рубашку и сетчатого материала (РС-12Х18Н10Т ТУ-2602-354-76) так, что первый слой сетки закреплен через проходные отверстия, а второй свободно относительно первого. Становится возможном увеличение интенсивности перемешивания газа с жидкостью.

Насадка является своеобразным вращательным элементом, вращающаяся вокруг своей оси и в скоростном потоке вместе с рубашкой, свободно перемещаясь внутри нее, увеличивая поверхность контакта газа с жидкостью и ее кратность обновления, способствуя равномерному распределению их внутри абсорбционного слоя, а также равномерно выравнивая распределения газожидкостного потока во всем объеме псевдоожиженного слоя, что позволяет стабилизировать процесс качественной очистки газа от кислых компонентов.

Места просверления отверстий выбрали из конструктивных соображений, такое решение усиливает неустойчивость насадки.

Устройство работает следующим образом.

В начальной стадии работы аппарата насадка находится на опорной решетке в неподвижном состоянии. Газ, поступающий снизу аппарата, проходит через каналы, образованные между насадками, где встречается с жидкостью, поступающей сверху. Каналы имеют сложную форму, так как просветы между насадками упаковываются сетчатым материалом. В этих каналах происходит интенсивное, беспрерывное обновление поверхности контакта фаз. Насадка имеет большую поверхность контакта на единицу объема. Даже в слое неподвижной насадки происходит ячеистое, обильное пенообразование, что способствует значительному повышению поверхности контакта фаз.

С повышением скорости газа система переходит в режим развитого псевдоожижения. При этом насадки находятся в расширенном состоянии, движущиеся потоки взаимодействующих фаз, воздействуя на полукруги дисков (которые служат лопастями), приводят насадку к обязательному интенсивному вращению, так как с одной стороны на насадку действует сила, направленная вертикально вверх и приложенная со смещением относительно центра тяжести, а с другой стороны сила, определяемая весом жидкости, направленная вниз и расположенная по другую сторону от вертикальной оси, проходящей через центр тяжести насадки. Поскольку плотность поднимающегося газа всегда меньше плотности стекающей жидкости разнонаправленные силы обеспечивают постоянное интенсивное вращение насадки, что в свою очередь способствует интенсивному перемешиванию жидкости с газом, чем и достигается повышение эффективности массообмена между ними, повышается качество очистки.

Упаковка свободного пространства между полукругами дисков как дополнительный элемент насадки создает добавочную развитую поверхность контакта фаз на единицу объема и служит одной из ступеней, создающей дополнительную развитую повеpхность контакта на единицу объема и повышения кратности обновления поверхности контакта фаз на сетчатом материале.

Упаковка и рубашка насадки из рукава сетчатого как элементы насадки создают развитую поверхность контакта на единицу объема, способствуя лучшему дроблению струй газа и жидкости, повышая кратность обновления поверхности контакта фаз в двух зонах сетчатого материала, значительно увеличивая эффективную поверхность контакта фаз по всему объему псевдоожижения и интенсивность массообмена.

Важнейшим условием эффективной работы насадки в псевдоожиженном слое является правильный выбор ее удельного веса. Повышение массы насадки уменьшает степень расширения слоя и соответственно свободное сечение для прохождения газового и жидкостного потоков, увеличивает трение между насадками, неравномерность их распределения, что приводит к увеличению гидравлического сопротивления слоя. Увеличение числа слоев рубашки ведет к повышению массы насадки. Количество ступеней (две ступени) выбрано экспериментально. Колонные аппараты в газоперерабатывающей области работают в условиях колебания нагрузки и качественного состава газовых смесей. В этих условиях создается неустойчивый гидродинамический режим. Предлагаемая насадка обеспечивает стабилизацию гидродинамического режима процесса и высокую эффективность очистки.

П р и м е р. Насадки в вышеописанном выполнении засыпаются на решетчатые тарелки провального типа, которые вмонтированы в абсорбционную колонну диаметром 400 мм (установка опытная). На тарелку сверху подается жидкостно поток водного раствора абсорбента моноэтаноламина (12 мас. остальное вода) с массовой скоростью 41524 кг/м² ч, а снизу газ со скоростью 2,54 м/с. Скорость начала псевдоожижения 2,54 м/с зависит от гидродинамического режима системы и определяется расчетным методом или же экспериментально. Состав газа приведен в табл.1.

Газ, поступающий на тарелку снизу, проходит через каналы, образованные между насадками, где встречается с водным раствором моноэтаноламина, поступающего сверху. При скоростях ниже 2,54 м/с насадка находится в неподвижном состоянии, однако в каналах происходит диспегирование жидкости газовым потоком и интенсивное дробление и повышение кратности обновления поверхности контакта фаз на поверхности сетчатого материала, у которого более развитая поверхность контакта на единицу объема, лучше разбиваются струйки газа и жидкости.

С повышением скорости выше 2,54 м/с система переходит в режим развитого псевдоожижения. При этом насадки переходят в состояние псевдоожижения и движущиеся потоки газа и жидкости, а также газожидкостных струй приводят насадку к интенсивному вращению вокруг своей оси и в скоростном потоке. Упаковка пространства между полукругами дисков и рубашка насадки из рукава сетчатого как элементы насадки в совокупности признаков создают две дополнительные зоны развитой поверхности на единицу объема, увеличивают эффективную поверхность контакта фаз по всему объему псевдоожижения и интенсивность массообмена.

Использование предлагаемой насадки позволяет повысить эффективность массопередачи. Результаты работы насадки приведены в табл.2.

Из табл.2 видно, что предлагаемая насадка позволяет повысить степень очистки газа от кислых компонентов до 70-75 об. по сравнению с прототипом (10 об.).

Технико-экономическая эффективность предлагаемой насадки для абсорбционного аппарата складывается за счет повышения кратности обновления поверхности контакта фаз, т.е. за счет увеличения эффективной поверхности контакта фаз, стабилизации процесса гидродинамики в псевдоожиженном слое и как следствие увеличение степени очистки газа от кислых компонентов в 7 раз.

Формула изобретения

НАСАДКА ДЛЯ АБСОРБЦИОННОГО АППАРАТА, выполненная в виде взаимно перпендикулярных жесткоскрепленных сплошных круглых дисков, отличающаяся тем, что диски расположены эксцентрично относительно друг друга так, что величина эксцентриситета равна 0,065-0,1 диаметра, при этом один диск снабжен двумя проходными отверстиями, расположенными по оси симметрии по обе стороны от оси пересечения дисков, и помещен в двойную рубашку из сетчатого материала так, что первый слой сетки закреплен через проходящие отверстия, а второй свободно относительно первого.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7