Тепломассообменный аппарат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советски к

Социапистичесиик

Республик и 874087 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 25.01.79 (21) 2717183/23-26 (5! )М. Кл .

В 01) .) 3/30 с присоединением заявки М

9кудеретееный кеиитет

СССР

II0 делам «забретеевй и еткрытяй (23) Приоритет

Опубликовано 23.10.81. Бюллетень М 39

Дата опубликования описания 25.10.81 (53) УДК 66.015.

23. (088.8) ™л „

А. П. Шутов, Г. 3. Алекперов, Н. Н. С тлтайЬв и Э.,:И., ГУсейнова

4 ( Р

Всесоюзный научно-исследовательский;и проектный инстйтут . с по подготовке к транспортировке и перерабо;ще природного

L газа (72) Авторы изобретения (73) Заявитель.(54) ТЕПЛОМАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ

Изобретение относится к газоперерабатывающей, нефтехимической и химической промышленности и может йрйменттться; в массо- и теплообменных процессах на системе жидкость - газ (пар).

Ф.

Известен тепломассообменный аппарат, в котором диспергирование жидкости производится форсуиками с использованием энергии самой участвующей в контакте жидкости (1)

Недостатком известного аппарата . яв ляется то, что жидкость диспергируется лишь однократно, в связи с чем лишена возможности неоднократного контактирования с газовым (паровым) потоком.Известен также массообменный аппарат, в котором диспергирование жидкости в газовый поток осуществляется элементами, приводимыми во вращение реакциями струй этой жидкости, истекающей в объем аппарата P2).

Недостатком этого аппарата является то, что лишь часть жидкости, поступающей в аппарат, участвует в многократ2 ном контакте с газом. Например жидкость, поступающая на первую, по ходу газа, контактную ступень, участвует в контакте с газом однократно, жидкость, поступающая на вторую ступень — двукратно, на третью — трехкратно и т.д. Это создает неодинаковые условия дпя проведения процесса в объеме аппарата, что снижает его интенсивность.

Известен тепломассообменный аппарат, содержащий контактные элементы, в котором поверхности контакта фаз между жидкостью и газом осуществлено разбрыэгиванием жидкости устройствами, вращающимися от энергии газового потока.

В известном аппарате часть энергии поступательно движущегося в аппарате газового потока преобразуется во враща-; тельное движение роторных устройств.

Устройства, вращаясь, захватывают жидкость и разбрызгивают ее в движущемся газовом потоке, создавая одновременно условия для турбулентной диффузии. Этот аппарат позволяет вести процесс массо87408

7 4 булентных течений и пульсирующих вихрей в поле центробежных сил, чем интенсифицируется процесс массо- и теплообмена (4 ).

Недостатком этого аппарата является то, что он требует установки специальных приводов и валов с жесткими требованиями к точности их изготовления, монтажа, герметизации и эксплуатации.

Другим недостатком является однонаправленность перемешивания фаз, связанная с направлением вращения вала.

Цель изобретения - снижение энергрзатрат.

Для достижения указанной цели в аппарате, включающем корпус с устройствами механического воздействия на контактируемые потоки, последние снабжены . жидкостными приводами и соединяющим их трубопроводом.

Белесообразно трубопровод снабжать регулятором расхода. жидкости.

На фиг. 1 изображейа установка с аппаратом, соединенными между собой трубопроводами и имеющими разное давление; на фиг. 2 - схема абсорбционной установки с использованием энергии, полученной жидким потоком от насоса.

Аппарат содержит корпус 1 абсорбера

2 и десорбера 3. Внутри абсорбера 2 расположены жидкостные приводы 4, соединенные трубопроводом 5, один конец которого находится ниже уровня жидкости, поддерживаемого в аппарате, а другой конец соединен со штуцером 6 в верхней части аппарата. Абсорбер имеет переточную линию 7, соединенную с нижней его частью.

Внутри десорбера 3 расположен трубопровод 8 для прохода поступающего на регенерацию насыщенного абсорбента.

Один конец трубопровода 8 находится в свободном объеме аппарата, а другой соединен со штуцером входа абсорбента.

Десорбер имеет переточную marco 9.

Каждый аппарат содержит устройство 10 механического воздействия, играющего роль контактного устройства. Абсорбер и десорбер может быть оснащен насосом

11 для подачи свежего абсорбента в абсорбер и насосом 12 для подачи на регенерацию в десорбер насыщенного абсорбента.

Жидкостными приводами могут служить известные устройства, преобразующие энергию поступательно движущегося потока во вращение элементов этих устройств, как например в виде известных турбин или лопастных колес, устаи теплообмена неоднократным диспергиро- тур ванием жидкости без наличия валов и специальных приводов (3 J., Недостатком этого аппарата является то, что процесс при нем может проводиться лишь при больших отношениях контактируемой массы газа к массе жидкости.

При больших удельных расходах жидкости не обеспечивается развитая поверхность контакта фаз. 10

При переработке и очистке природного, особенно высокосернистого газа, требуется большой удельный расход абсорбента.

Как правило эти процессы происходят при

2. давлениях порядка P=50 кг/см. Примем, что процесс происходит при давлении P=

=50 кг/см и при расходе абсорбента 3 л

2 на 1 м газа, приведенного к нормальным

Э усповияме

В одном м газа, находящегося в аппарате при давлении процесса: содержится

50 м газа приведенного к нормальным условиям. На этот объем газа подается g =3 V ЭХ 50=15О л абсорбента.

При пло тности жидКости У 1 -1 кг/л и Газа

V> =0,8 кг/нм получаем, что на 1 м газа

Э находящегося в аппарате при давлении процесса расходуется 1 =150 кг абсорбента. э

Следовательно, при прохождении 1 м газа (массой = 50 0,8=40 кг) по ап- 30 ту он своей энергией при помощи вращаемых им роторных устройств, должен создать развитую поверхность контакта раэбрызгиванием Ь =150 кг жидкости, что трудно выполнимо.

Этот недостаток является препятствием для применения в процессе регенерации жидкого поглотителя на установках с замкнутым циклом (с возвратом регенерированной жидкости в цикл), так как при регенерации насыщенного поглотителя основную массу составляет жидкая фаза, а газовая (паровая) фаза представлена лишь частью поглощенного абсорбентом газа. Масса поглощенного газа несравнимо

45 мала по сравнению с массой подаваемой в десорбер жидкости и энергии его недоста«точно дпя вращения устройства.

Известен также аппарат для проведения . процесса массо- и теплообмена, в котором поверхность контакта фаз между жидкостью о и газом (даром) обеспечивается диспергированием жидкой фазы устройствами механического воздействия.

Для проведения процесса в этом аппарате контактные устройства совершают механическое воздействие на контактируемые потоки выражающиеся, например в виде разбрь«1згивания жидкости, создания

874087

5 новленных в трубопроводах, вращающие оси которых находятся вне трубопровода в зоне контакта фаз.

На осях жидкостных приводов установлены устройства механического воздействия, которые могут быть .любого известного исполнения и конструкция их выбирается в зависимости от желаемого количества диспергируемой жидкости, качества дисперсности или же принятого to механизма воздействия иа контактируемые потоки.

В аппаратах могут находиться по одному или несколько трубопроводов, расположение которых принимаются в зависимости от желаемого направления воздействия устройств.

Аппараты могут быть выполнены гори; зонтальными V

Непременным условием проведения процесса в аппаратах является наличие на концах канапа разности давления, необходимой дпя придания жидкому потоку, движущемуся по трубопроводу, энергии достаточной дпя создания эффективного механического воздействия на контактируемые потоки при помощи жидкостных приводов, расположенных в трубопроводах и устройств механического воздействия.

Аппарат работает следующим образом.

Природный газ, содержащий сернистые и кислые компоненты, подают в нижнюю часть абсорбера и он движется в нем снизу вверх.

Жидкий поглотитель, например водный 35 раствор моноэтанопамина, подают в верхнюю часть абсорбера и, двигаясь вниз, он проходит все ступени контакта, снабженные устройствами 10 механического воздействия. Проконтактировав с газом на 40 ступенях контакта; жидкий поглотитель собирается в нижней части аппарата, откуда, в силу существующей разности между. давлениями в абсорбере и десорбере,попадает в трубопровод через его конец и дви- 45 жется по этому трубопроводу.

При движении по трубопроводу жидкий поток своей энергией приводит во вращение лопасти колес или турбины жидкостных

50 приводов. Энергия вращения передается при помощи их осей на устройства механического воздействия, преобразующие эту энергию в энергию механических воздействий на контактируемые потоки.

Жидкий поток прошедший по трубопро55 воду, выводится из абсорбера 2 и, предварительно нагретый,. поступает в десорбер 3. б

Работа десорбера 3 аналогична работе абсорбера 2. В десорбере 3 жидкий поток проходит по трубопроводу и приводит во вращение при помощи жидкостных приводов закрепленные на осях этих приводов устройства механического воздействия.

Выходя иэ конца трубопровода, жидкий поток движется вниз и проходит через. ступени контакта.

Контактные устройства, в зависимости от принятого типа, производят различные по характеру и по степени интенсификации процесса механические воздействия.

Эти воздействия могут проявляться в виде диспергирования жидкости, перемешивания ее, создания вихрей и пульсаций.

Степень механического воздействия устройств 10 в аппаратах приведенных схем зависит от количества проходящей по каналу жидкости и ее скорости. Для регулирования интенсивной работы устройств механического воздействия на контактируемые потоки в абсорбере часть жидкости выводится из аппарата, минуя трубопровод при помощи переточной линии 7. Для этих целей в десорбере используется переточная линия 9. При выходе из аппаратов по переточным линиям

7 или 9 через трубопроводы проходит меньшее количество жидкости, следовательно, скорость жидкого потока в трубопроводах падает, падает соответственно и скорость вращения контактных устройств. Таким образом, регулирование интенсивности воздействия контактных устройств осуществляется регулированием количества выходящей по переточным линиям жидкости, В технологических установкаХ, напри: мер нефтяной и химической промышленности, разность между давлениями аппаратов которых недостаточна для создания необходимых механических воздействий на контактируемые потоки, может быть применен вариант использования энергии жидкости, полученной ею от насосов ,(фиг. 2).

В этом случае жидкость насосом 11 подается по трубопроводу на верх абсорбера и своей энергией с помощью жидкостных приводов приводит в движение контактные устройства. Выходя с конца трубопровода, жидкость движется вниз, взаимодействуя с поднимающимся газовым потоком на ступенях контакта.

Дпя приведения в движение контактных устройств десорбера используется энергия, сообщенная насосом 12 потоку жидкости в канале 13.

7 874087 8

Регулирование работы контактных 2. Аппарат по и. 1 о т л и ч а ю— устройств производится при помощи вво- шийся тем, что, с целью расширения да части жидкости в аппараты, минуя диапазона нагрузки по жидкости и возтрубопроводы, по переточным линиям: в можности регулирования интенсивности абсорбере - по линии 14, в десорбере — 5 механического воздействиЯ, тРУбопРовод по линии 15.. снабжен регулятором расхода жидкости.

Формула изобретения Источники информации.

1, Тепломассообменный аппарат, принятые во внимание при экспертизе включающий корпус с расположенными в 1. Рамм В. И. Абсорбция газов. нем устройствами механического воздей- 1о М., 1976, с 531-536. сивия на контактируемые потоки, о т- 2. Авторское свидетельство СССР л и ч а ю шийся тем, что, с целью ¹ 565873, кл. В О19 3/30, 1977. снижения энергозатрат, устройства меха- 3. Авторское свидетельство СССР нического воздействия снабжены жидкост- ¹ 497025, кл. В 01D 3/30, 1975. .ными приводами и соединяющим их тру- 4. Авторское свидетельство СССР

6опроводом. № 386640, кл. В 01 D 3/30, 1972.

-nozn титель

Составитель .С. Баракова

Редактор B. Иванова Техред А.Бабинеи Корректор О. Билак

Заказ 9116/10 Тираж 709 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент,,r. Ужгород, ул. Проектная, 4