Устройство для очистки жидкости и газа



Устройство для очистки жидкости и газа
Устройство для очистки жидкости и газа
Устройство для очистки жидкости и газа
Устройство для очистки жидкости и газа
Устройство для очистки жидкости и газа
Устройство для очистки жидкости и газа

 


Владельцы патента RU 2534776:

Федеральное государственное бюджетное образовательной учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский университет технологии и дизайна" (RU)

Изобретение относится к тепло- и массообменным устройствам и может быть использовано для осуществления процесса катализа, абсорбции и ректификации в колонных аппаратах химической, нефтеперерабатывающей, пищевой отраслях промышленности. Устройство для очистки жидкости и газа состоит из колонного аппарата с тарелками перекрестного тока, переливными порогами, снабженными съемными капсульными колпачками. Капсульные колпачки на каждой последующей тарелке расположены со смещением в шахматном порядке по отношению к предыдущей. Каждый колпачок имеет сквозные отверстия круглой формы с уменьшающимся диаметром от основания колпачка к вершине с общим свободным сечением от 40% до 45%. На каждом колпачке расположена насадка в виде колец из трикотажного материала, включающего полиакрилонитрильную нить, содержащую ионы металла, с объемным модулем петли, равным 110-120, и поверхностным модулем петли 3-3,5, расположенных по высоте капсульного колпачка с зазором не менее 1-3 толщины кольца друг относительно друга и к стенке капсульного колпачка и дополнительного кольца, установленного с натяжением по вершине капсульного колпачка. Технический результат: повышение эффективности тепломассобменных процессов. 5 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к тепло- и массообменным устройствам и может быть использовано для осуществления процесса катализа, абсорбции и ректификации в колонных аппаратах химической, нефтеперерабатывающей, пищевой и других отраслях промышленности, где необходима большая поверхность взаимодействия фаз для осуществления очистки или тепломассообмена.

Существуют аппараты с колпачковыми тарелками, представляющими собой патрубки, размещенные в отверстиях перфорации тарелки, с выступающими цилиндрическими участками над полотном тарелки и присоединенными к их торцевым частям колпачками (А.Г. Касаткин. Основные процессы и аппараты химической технологии. Учебник для вузов. - 11-е изд., стереотип., доработанное. Перепечатанное с изд. 1973 г. - М.: ООО ТИД «Альянс», 2005, стр.451-452). Конструкция колпачка имеет низкую пропускную способность по газовой (паровой) фазе, невысокую эффективность в связи с ограничением максимальной скорости газа (пара) из-за повышенного уноса жидкости (брызгоуноса).

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является колпачковая тарелка тепломассообменного аппарата (колонный аппарат) для разделения в системах газ (пар) - жидкость (RU 2369423, B01D 3/22, 26.02.2008). Тарелка содержит полотно с отверстиями перфорации и размещенными в них колпачками, представляющими собой цилиндрические патрубки. Верхние части патрубков, выступающие над полотном тарелки, выполнены в виде усеченных конусов и соосно размещены внутри насадок. Насадки выполнены переменным сечением с чередующимися внутри в направлении от полотна тарелки кверху цилиндрическими, конфузорными и диффузорными участками. Нижний цилиндрический участок снабжен боковыми прорезями. Диспергация газа происходит за счет большой скорости, создаваемой разными по диаметру частями колпачка и боковыми прорезями нижнего участка. Описанная конструкция имеет невысокую поверхность контакта (взаимодействия) фаз, низкую эффективность тепломассобмена и сложность в изготовлении элементов.

Задача изобретения - повышение эффективности тепломассобменных процессов, за счет увеличения поверхности взаимодействия газа с жидкостью при одновременной очистке газа, путем осуществления каталитических реакций.

Указанная задача решается тем, что заявленное устройство для очистки жидкости и газа, состоящее из колонного аппарата внутренним диаметром Д с тарелками перекрестного тока, переливными порогами высотой Н, снабженные съемными капсульными колпачками диаметром dк в количестве n на одну тарелку, причем капсульные колпачки на каждой последующей тарелке расположены со смещением в шахматном порядке по отношению к предыдущей, а их количество связано соотношением α/cкaт, где α - степень окисления, %; cкaт - концентрация металла на катализаторе, моль/г, причем каждый колпачок имеет сквозные отверстия круглой формы с уменьшающимся диаметром от основания колпачка к вершине с общим свободным сечением от 40% до 45%, а на каждом колпачке расположена насадка в виде колец количеством k из трикотажного материала, включающего полиакрилонитрильную нить, содержащую ионы металла переходной валентности, с объемным модулем петли, равным 110-120, и поверхностным модулем петли 3-3,5, расположенных по высоте капсульного колпачка с зазором не менее 1-3 толщины кольца друг относительно друга и к стенке капсульного колпачка, и дополнительного кольца, установленного с натяжением по вершине капсульного колпачка.

Известны контактные устройства из полимерных материалов, представляющих собой регулярные и нерегулярные насадки для насадочных колонн. В настоящее время они стали популярнее колонн тарельчатого типа в силу простоты конструкции, высокой эффективности тепломассообмена за счет развитой поверхности (Леонтьев В.С., Сидоров С.И. Современные насадочные колонны: особенности конструктивного оформления // Химическая промышленность. - 2005. Т. 82, №7. - С.347-356). Данные насадки могут использоваться также в каталитических реакциях в случае создания на их поверхности каталитических активных центров. Применение насадок с каталитическими свойствами не обнаружено.

Также известно множество разновидностей конструкций колпачков в колонных аппаратах тарельчатого типа, которые имеют перфорацию, но в сочетании с насадкой и особыми свойствами перфорации, а именно разными диаметрами отверстий, причем уменьшающимися снизу вверх, что позволяет создать высокий контакт и интенсивный тепломассообмен фаз, такой совокупности признаков в известном уровне не наблюдалось.

Известно, что тарельчатые колонны широко применяются в промышленности за счет их высокой устойчивости к физико-химическим нагрузкам. Техническим преимуществом изобретения является возможность совмещения высоких тепломассобменных свойств с каталитическими, причем это сопровождается небольшими показателями по гидравлическому сопротивлению и простотой конструкции.

Значительный рост эффективности объясняется совокупностью признаков, из которых наибольшее значение имеет возможность создания извилистости каналов в материале дисков, обеспечивающих интенсивный контакт газа и жидкости, причем газ диспергируется в слой насадки через колпачок, имеющий сквозные отверстия круглой формы с уменьшающимся диаметром от основания колпачка к вершине с общим свободным сечением от 40% до 45%, благодаря чему значительного увеличения гидравлического сопротивления не происходит при сохранении эффективности процесса. Также в качестве материала для сетки может использоваться полиакрилонитрильная комплексная нить (ПАН-нить), которая в водной среде обладает эффектом «пушения», что обеспечивает дополнительную поверхность контакта взаимодействия фаз. Причем «пушение» нити позволяет заполнить зазор между кольцами и стенками капсульного колпачка, что позволяет перекрывать области взаимодействия фаз и не допускать свободного прохода газа. Имеющиеся на Пан-нити, как носителе, активные каталитические центры, содержащие ионы металлов, обезвреживают токсичные загрязнения (осуществляют реакции окисления). Структура материала, которая характеризуется объемным и поверхностным модулем, позволяет создавать повышенную турбулизацию газожидкостного слоя, в результате чего увеличивается массообмен и время участия реагентов в каталитической реакции. Вместе с этим для увеличения диспергирования газа и времени взаимодействия контактирующих фаз, капсульные колпачки на каждой последующей тарелке расположены со смещением в шахматном порядке по отношению к предыдущим. Регулирование количества насадочных элементов, включающих каталитические активные центры с ионами металлов, позволяет получать необходимую и достаточную степень окисления.

В известном уровне техники заявляемой совокупности признаков не обнаружено, что позволяет сделать вывод о существенности отличий заявляемого решения.

Заявляемое устройство поясняется прилагаемыми чертежами 1-5, на которых схематично изображено конкретное воплощение предлагаемого элемента, капсульного колпачка и колонного аппарата. На фиг.1 представлена схема устройства для очистки жидкости и газа. На фиг.2 показан фрагмент диска (кольца), вид сверху. На фиг.3 показана структура материала сетки. На фиг.4 представлен зазор с эффектом «пушения» между фрагментами дисков, главный вид. На фиг.5 представлен общий вид колонного аппарата, оснащенного предложенным устройством для очистки газа и жидкости.

Заявляемое новое устройство включает в себя полотно тарелки 1 (фиг.1), кольца из трикотажного объемного волокнистого каталитического материала 2, цилиндрический колпачок с прорезями 3. Диск имеет внутренний диаметр, равный диаметру колпачка dk. Материал сетки диска состоит из полипропиленовой (фиг.3, 4а) и полиакрилонитрильной (фиг.3, 4б) нитей. На фиг.4 видно, что в зазоре между дисками создается эффект «пушения» нитей (5), за счет этого увеличивается поверхность взаимодействия фаз и эффективность тепломассобменных процессов.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Загрязненный газ подают в нижнюю часть 12 колонного аппарата 6 с внутренним диаметром Д (фиг.5). Внутри колонны располагаются горизонтальные тарелки 1 с переливными порогами 11 высотой Н, которые регулируют уровень жидкости 8, и капсульными колпачками с прорезями 3. Газ движется в колонне снизу вверх, проходит через колпачки, расположенные в шахматном порядке в количестве n=5 на каждой тарелке, оснащенные дополнительной насадкой в виде колец количеством k=6 с зазором друг относительно друга, равной 1-3 его толщине, из модифицированного полимерного волокнистого материала 2, включающего полипропиленовую 4а и полиакрилонитрильную 4б нити. Газ диспергируется через отверстия колпачка, свободное сечение которых составляет 40%, создавая газожидкостный слой в пространстве насадки. При взаимодействии газа и жидкости в слое материала происходит эффективный массообмен, благодаря большой поверхности контакта, создаваемой сетчатым материалом, с объемным модулем петли, равным 110, и поверхностным модулем равным 3. Очистка газа, путем окисления органических веществ ионами металлов, которые содержит насадка, степень окисления составляет 98% при концентрации металла на катализаторе 0,8 моль/г, соотношение этих показателей связано с количеством колпачков на тарелке. Продукты окисления выводятся из колонны с жидкой фазой. Жидкость поступает на верхнюю тарелку 10 и движется вниз, через гидрозатвор удаляется из системы 13. Очищенный газ выходит из колонны 9, предварительно проходя через брызгоотделитель 7. Орошение производят при расходе водяного конденсата 7-15 м32·ч. Высота шага между тарелками и колпачками определяется расходом очищаемого газа, обычно она составляет 400 и 100 мм, соответственно. Таким образом, в системе происходит, например, очистка газа.

Испытания проводили в диапазоне плотности орошения q=7-15 м32·ч; скоростей воздуха в расчете на полное сечение пустого аппарата W0=1,5-2,5 м/с. Наилучшие результаты гидравлического сопротивления и массоотдачи представлены в таблице.

Уменьшение свободного сечения сквозных отверстий колпачка до 35% приводит к увеличению гидравлического сопротивления, а повышение свободного сечения отверстий колпачка более 50% создаст каналы для проскока жидкости и, как следствие, снижение тепломассообмена.

Уменьшение скорости до 1,5 м/с приводит к неэффективному тепломассообмену и низкой степени окисления, а увеличение до 2,5 м/с не оказывает влияние на величину степени окисление, но заметно повышается гидравлическое сопротивление.

При увеличении модуля петли выше 4 наблюдается повышение гидравлического сопротивления.

Таким образом, совокупность всех заявленных признаков позволяет достичь указанного технического результата.

Устройство для очистки жидкости и газа, состоящее из колонного аппарата с тарелками перекрестного тока, переливными порогами, снабженными съемными капсульными колпачками на одну тарелку, отличается тем, что капсульные колпачки на каждой последующей тарелке расположены со смещением в шахматном порядке по отношению к предыдущей, причем каждый колпачок имеет сквозные отверстия круглой формы с уменьшающимся диаметром от основания колпачка к вершине с общим свободным сечением от 40% до 45%, а на каждом колпачке расположена насадка в виде колец из трикотажного материала, включающего полиакрилонитрильную нить, содержащую ионы металла, с объемным модулем петли, равным 110-120, и поверхностным модулем петли 3-3,5, расположенных по высоте капсульного колпачка с зазором не менее 1-3 толщины кольца друг относительно друга и к стенке капсульного колпачка и дополнительного кольца, установленного с натяжением по вершине капсульного колпачка.



 

Похожие патенты:

Изобретение предназначено для контактного взаимодействия газа и жидкости. Контактная тарелка содержит переливные желоба с нижней пластиной, включающей неразрывную часть, выполненную в виде тонкого листа металла, и разрывную часть, выполненную в виде, по меньшей мере, одного отдельного выбиваемого участка и предназначенную для ее удаления за счет приложения усилия с целью создания одного или большего количества отверстий, служащих для прохождения через них текучей среды.

Изобретение относится к тарельчатому аппарату, к колонне с этим аппаратом и к способу его использования. Парожидкостный контактный тарельчатый аппарат содержит тарелку с участком подачи текучей среды и с участком перемещения текучей среды, сливной стакан, сообщающийся с участком перемещения текучей среды тарелки.

Изобретение предназначено для массообмена. Тарелка с многочисленными сливными стаканами для массообменной колонны содержит зону массообмена и множество сливных стаканов для сбора и слива текучей среды из зоны массообмена каждого из сливных стаканов, выполненного в виде канала для потока текучей среды.

Изобретение относится к аппаратам колонного типа для проведения массобмена в системе пар(газ)-жидкость с контактными устройствами тарельчатого типа и предназначено для процессов ректификации, абсорбции и может быть применено в газовой, нефтяной, нефтехимической и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к конструкциям массообменных тарелок для систем газ (пар) - жидкость, предназначенных для процессов абсорбции, ректификации и может найти применение в химической, нефтехимической и других смежных отраслях промышленности.

Десорбер // 2452557
Изобретение относится к химическому машиностроению, в частности к конструкциям установок для взаимодействия систем газ (пар) - жидкость, предназначенных для процессов абсорбции, ректификации, промывки газов, и может найти применение в химической, нефтехимической, газовой и в других смежных отраслях промышленности.

Изобретение относится к конструкциям контактных тарелок для массообменных аппаратов и может быть использовано в химической промышленности, гидрометаллургии и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к устройству для распределения жидкости и пара для использования в переливных сосудах с двумя сопутствующими фазами. .

Изобретение предназначено для массообмена. Контактная тарелка для массообменной колонны содержит полотно тарелки для приема на нем потока жидкости, при этом указанное полотно тарелки имеет множество отверстий для прохождения сквозь них поднимающегося пара и множество клапанных крышек, при этом каждая указанная клапанная крышка установлена над соответствующим одним из указанных отверстий и имеет центральный участок, расположенный на расстоянии от указанного полотна тарелки и над соответствующим отверстием, и по меньшей мере одну направляющую лопатку, проходящую в боковом направлении и вниз от указанного центрального участка к указанному полотну тарелки для отклонения по меньшей мере части пара, поднимающегося сквозь соответствующее отверстие, к указанному полотну тарелки. По меньшей мере некоторые из указанных клапанных крышек имеют пару ножек, проходящих от противоположных концов указанного центрального участка к указанному полотну тарелки, и пару панелей. Каждая указанная панель проходит между соответствующей одной из указанной пары ножек и указанной направляющей лопаткой для отклонения части пара, поднимающегося сквозь соответствующее отверстие, в направлении указанного полотна тарелки. Технический результат: простота конструкции клапанной тарелки и легкость ее установки на тарелке, увеличение производительности тарелки. 5 н. и 26 з.п. ф-лы, 15 ил.
Наверх