Абсорбционная колонна

 

О П И С Д Я .К

И ЗОБРЕТЕН И

Союз Советскин

Соцналнстнчесннк

Республик

19 22

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ (6I ) Дополнительное к авт. санд-ву2

Кл. (22) Заявлено 30.10. 75 (2l ) 2186344/ с присоединением заявки М— (23) П риорнтет—

Опубликовано 25,06.80. Бюллетень

1 0 53/18

Гаеударетеенный каннтет

СССР на денем нэебретеннй н атнрытнй

К 66.071. (088.8) Дата опубликования описания 28. (72) Автор изобретения

В. Е. Шербаков (7I) Заявитель (54) АБСОРБЦИОННАЯ КОЛОННА

Изобретение относится к химическому машиностроению, а именно к конструкции тарельчатык колонн для проведения процессов тепло-массообмена между газом и жидкостью, преимущественно цля улавливания окислов азота, и может найти применение в химической, рациокимической и других отраслях промышленности, где существует необходимость очистки газов от окислов азота и получения азотной кислоты.

Известны колонны цля контактирования газа с жидкостью, включающие закрепленные в корпусе перфорированные пластины (тарелки) с направленными отвер15 стиями и плоские кольцеобраэные пластины, установленные коаксиально между перфорированными пластинами и образующие зазор с корпусом annapars 111

Однако смещение газа в пространстве между тарелками снижает интенсивность массообмена на тарелке. Кроме того, прекращение поцачи газа приводит к потере тарелками жидкости, что увеличивает время зануска аппарата.

Известен барботажный адсорбер, включающий тарелку с колпачком и устройство для перелива жидкости $2).

Недостаток этого устройства определяется невысокой интенсивностью процессов массообмена на тарелке, вследствие продольного перемешивания жидкости на тарелке и перемешивания газа при входе в колпачок, из-<за чего возникает необходимость увеличивать количество тарелок.

Наиболее близка к предлагаемому изобретению абсорбционная колонна, преимущественно для улавливания окислов азота, включающая корпус, ситчатые тарелки, под каждой иэ которых установлена присоециненная к корпусу поперечная перегородка. На ситчатых тарелкак установлены стаканы с отверстиями, а к поперечным перегородкам присоединены патрубки, входящие в стаканы нижерасположенных тарелок 3 .

3 7419

Однако перемешивание газа при движении IIO кольцевому зазору между ста- каном и патрубком перегородки и в самом патрубке снижает интенсивность массообмена на вышележащей тарелке.

Кроме того, в стакане происходит смешение жидкости с разной концентрацией, после чего она поступает на ситчатую тарелку, что также снижает концентрацию кислоты на выходе с тарелки и, со- 1о ответственно, интенсивность процесса массообмена.

Цель изобретения - интенсификация процесса путем поддержания большей концентрации абсорбируемого компонента газа с поглощающей жидкостью.

Зто достигается тем, что известная абсорбционная колонна, включающая корпус, ситчатые тарелки, под каждой из которых установлена присоединенная к . корпусу поперечная перегородка, снабжена коаксиально расположенными колпаками, один из которых присоединен к та релке - к поперечной перегородке и имеет отверстие, расположенное по оси колонны, и установленной между колпаками смежных тарелок вертикальной пере-. городкой, проходящей через отверстие колпака поперечной перегородки.

Такая конструкция позволяет уменьшить обратное перемешивание жидкости на тарелке и перемешивание газа в межтарелочном пространстве и обеспечивает поддержание большей концентрации абсорбируемого компонента газа с поглощающей жидкостью на тарелке. Зто интенсифицирует процесс массообмена, а также позволяет сохранить жидкость на тарелках при отключении газа и сократить время запуска колонны. 40

На фиг. 1 изображена предлагаемая колонна, разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 2, 45

Абсорбционная колонна включает корпус 1, патрубок 2 входа газа, проходящий под распределительным устройством

3 до его центра; присоединенную к корriycy 1 поперечную перегородку 4 с коаксиально расположенным колпаком 5 с отверстием а" по оси колонны, перфорированную ситчатую тарелку 6 с коаксиально расположеннйм колпаком 7; патрубок 8 выхода газа; патрубок 9 подачи

55 орошающей жидкости (воды), На ситчатой тарелке 6 расположены перегородки 1016, причем перегородки 12, 14, 16 равны по высоте и установлены вплотную

22 4 к ситчатой тарелке 6, а перегородки 11, 13, 15 выше перегородок 12, 14, 16, определяющих уровень жидкости на тарелке 6 и установлены с зазором с ней.

Перегородка 10 равна по высоте или больше перегородок 11, 13, 15, Перегородки 10-16 установлены вплотную к корпусу 1 и колпаку 7, а в пространстве между перегородками 10 и 11, 12 и 13, 14 и 15, 16 и 10 ситчатая тарелка 6 перфорации для. прохода газа не имеет.

Жидкость с тарелки стекает по трубе 17 перелива, расположенной под углом близким к 45о, один конец которой присоединен к ситчатой тарелке 6 и поперечной перегородке 4, а другой конец опущен до ситчатой тарелки 6, расположенной ниже, и частично перекрыт пластиной

1 8 для создания гидрозатвора.

B нижнюю часть колонны жидкость стекает по трубе 19 перелива, нижний конец которой также частично перекрьгг пластиной 18. Колонна включает трубу

20 с трубой 21 слива жидкости (кислоты), причем оба конца трубы 20 открыты.

В межтарелочном пространстве установлена вертикальная перегородка 22, проходящая через отверстие "a" колпака

5 поперечной перегородки 4 и располагающаяся между колпаками 7 смежных тарелок 6.

Необходимость в перегородках 12-15 возникает в случае, когда диаметр колонны превышает 800-1500 мм, Поток очищаемого газа поступает в колонну через патрубок 2 под распределительное устройство 3 и движется в направлении от центра колонны к корпусу

1 до края распределительного устройства 3. Затем поток газа изменяет капп» равление и движется к центру колонны в кольцевом пространстве, образованном распределительным устройством 3 и поперечной перегородкой 4 с коаксиально расположенным колпаком 5 с отверстием "а по оси колонны, Через отверстие газ попадает в кольцевое пространство между колпаками 5 и 7, причем вертикальной перегородкой 22 поток газа делится на три части (количество частей может быть больше и определяется конструкцией перегородки 22).

Перегородка 22 препятствует смешению частей потока газа при его движе,нии в центральной части колонны и при входе в отверстие "а" колпака 5.

741922 6 разрыва сплошности потока пены на сит- и чатой тарелке 6, что в сочетании с гашением пены позволяет уменьшить перепад уровня жидкости, возникающий при ее течении по тарелке 6. Это повышает равномерность распределения газа по ситчатой тарелке 6 и увеличивает интенсивность массообмена.

После "гашения пены светлая жидкость вытекает через зазор между ситчатой тарелкой 6 я перегородками 13, 15 на ее перфорированную часть. Жид» кость вновь вспенивается потоком газа,причем высота слоя пены у перегородок

1 1, 13 и 15 практически одинакова, поскольку расходы и жидкости и газа одинаковы.

Жидкость уходит с ситчатой тарелки

6 через перегородку 16 по трубе 17 перелива, нижний конец которой частич« но перекрыт пластиной 18, для создания надежного гидрозатвора при запуске и работе колонны, и попадает на ситчатую тарелку 6, расположенную ниже.

Наклон переливной трубы 17 и уста новка перегородки 10 обеспечивают движение жидкости на всех тарелках в одном направлении (в рассматриваемом случае против хода стрелки часов).

По мере движения жидкости по ситчатой тарелке 6 концентрация азотной кислоты в ней возрастает и HQ выходе с тарелки у перегородки 16 существенно отличается от концентрации на входе у перегородки 1 1. Этому способствует уменьшение продольного перемешивания жидкости на ситчатой тарелке 6 в промежутках между перегородками 11-12, 13-14, 15-16 вследствие того, что

4р ширина ситчатой тарелки 6 в 5-10 раз меньше диаметра колонны, а наличие перегородок 12 и 15 полностью исключает продольное перемешивание жидкости между указанными промежутками.

При дальнейшем движении газ попадает под ситчатую тарелку 6, на которо находится жидкость (кислота) (на фиг. 14 не показано), проходит перфорацию ситчатой тарелки 6 и барботирует через жидкость. При этом происходит абсорбция двуокиси азота жидкостью (водой, кислотой) и в результате химической реакции образуется азотная кислота и окись азота, не взаимодействующая с .Э водой. Выделяющееся при этом тепло отводится охлаждающей водой, подаваемой в трубчатый холодильник, расположен, ный на ситчатой тарелке 6 (на фиг. 1-4 не показано).

Окись азота переходит в газовый поток и окисляется кислородом до двуокиси в пространстве между смежными ситчатыми тарелками 6. Необходимое для этого время обеспечивается при заданном массовом расхоце газа определенным объемом межтарелочного пространства и направлением движения газа, преимущественно перпендикулярно оси колонн ы, Оптимальные условия барботажа для тепло-массообмена на ситчатой тарелке

6 обеспечиваются ее шириной, определяющей необходимую линейную скорость га за перед ситчатой тарелкой 6. С этой целью ширина этой тарелки в верхней части колонны может быть принята мень шей, чем в нижней части, поскольку объемный расход газа уменьшается по мере его движения снизу вверх, вследствие поглощения двуокиси азота и уме шения количества кислорода из- за окисления окиси азота до двуокиси.

Перед выходом из колонны через пат рубок 8 газ проходит через сепаратор капель (на фиг. 1-4 не показано).

Орошающая жидкость (вода) поступае ет через патрубок 9 на ситчатую тарелку 6 в пространство, ограниченное перегородками 10 и 11 (см. фиг. 2).

Далее жидкость движется через зазор между перегородкой 11 и ситчатой тарелкой 6 и встречается с газом, поднимающимся снизу через перфорацию тарелки 6. При взаимодействии газа с жидкостью образуется газожидкостная пена, которая движется по ситчатой тарелке 6 в сторону перегородки 16. На участках ситчатой тарелки 6 между перегородками 12 и 13, 14 и 15 проис55 ходит гашение" пены, переливающейся через верхний край перегородок 12 и

;.14 (см. фиг. 4) ° Последние служат для

Существование четко выраженного градиента концентрации азотной кислоты в жидкости на ситчатой тарелке 6 приводит к появлению в газе градиента концентрации двуокиси азота, который сохраняется в пространстве между смежными ситчатыми тарелками 6 установкой вертикальной перегородки 22, препятствующей перемешиванию газа.

Наличие этой перегородки и однонаправленного движения жидкости по всем ситчатым тарелкам 6 обеспечивает поддержание большей концентрации абсорбируемого компонента газа с поглоша741922 ющей жидкостью. Это повышает количество абсорбированной двуокиси азота жид костью на тарелке и увеличивает концентрацию кислоты на выходе.

Концентрированная азотная кислота стекает с первой (по ходу газа) тарелки через перегородку 16 по переливной трубе 19 в нижнюю часть корпуса 1.

Избыток кислоты отводится по трубе 20 через трубу 21 слива жидкости, которые >р обеспечивают сохранение определенного уровня жидкости в нижней части корпуса 1.

При отклонении газа жидкость стекает. с ситчатой тарелки 6 на поперечную перегородку 4 с колпаком 5 и удерживается ими, При подаче газа жидкость выдавливается на ситчатую тарелку

6. Поэтому запуск колонны после остановки происходит практически мгновенно. 20

Благодаря коаксиально расположенным колпакам, присоединенным к тарелке и поперечной перегородке, создается возможность проведения процесса тепло-массообмена между газом и жидкостью на д тарелке в оптимальном режиме по скорости газа, уменьшении "вредного" про- дольного перемешивания жидкости на тарелке и получения на выходе более кон центрированной кислоты. Установка верти-щ кальной перегородки между колпаками смежных тарелок предотвращает перемешивание газа при его движении в центральной части колонны и позволяет интенсифицировать процессы массообмена на тарелке за счет поддержания большой концентрации абсорбируемого компонента. газа с поглощающей жидкостью. Это позволяет увеличить степень поглощения абсорбируемого компонента (двуокиси щ азота) и снизить его концентрацию в от« ходящих из колонн газах. При этом на выходе из колонны получается более концентрированная кислота.

Предлагаемая конструкция позволяет 4 при заданном окислительном объеме умень шить высоту аппарата за счет увеличения его диаметра, причем с увеличением диаметра возрастает эффективность работы аппарата, так как при этом уменьшается перемешивание газа в межтарелочном пространстве, где отсутствует вертикальная перегородка. Уменьшение высоты аппарата целесообразно, например, в случае очистки сбросных газов от окислов азота, выделяющихся при переработке радиоак тивных отходов, так как в этом случае аппарат размещают в специальном помещении, обеспечивающем биологическую защиту от радиоактивного излучения.

Годовой экономический эффект от внедрения изобретения составит около

100000 руб.

Формула изобретения

Абсорбционная колонна, преимущественно.для улавливания окислов азота, включающая корпус, ситчатые тарелки, под каждой из которых установлена присоединенная к корпусу поперечная перегородка, отличающаяся тем, что, с целью интенсификации процесса путем поддержания большей концентрации абсорбируемого компонента газа с поглощаю« щей жидкостью, абсорбционная колонна снабжена коаксиально расположенными колпаками, один из которых присоединен к тарелке, а другой - к поперечной перегородке и имеет отверстие, расположенное по оси колонны, и установленной между колпаками смежных тарелок вертикальной перегородкой, проходящей через отверстие колпака поперечной перегородки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 420306, кл. В 01 D 3/22, 1971.

2. Чернобыльский И. И. и др. Машины и аппараты химическ и промышленности.

М.: Машгиз, 1962, с. 234, рис. 94в.

3. Авторское свидетельство СССР № 257440, кл. В 01 Э 3/22, 1968.

741922

МВ 1!

f2

4 юг.4.

Составитель В. Шербаков

Редактор А. Гребенникова Техред Ж.Кастелевич Корректор А. Гриценко

Заказ 3348/5 Тираж 809 Подписное

IIHHHI1H Государственного комитета СССР по делам . изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4