Устройство для проведения массообменных процессов

. - с. А. Николаев,Шведов, Э, И.цев.кторское бюродования для прмасс и синтети поизес 6) 1. Авторское сви 161688, кл. В 01 Р 2. Авторское свиде 691170, кл. В 01 Р 3. Патент Англии М 67. тельство СССР3/28, 1967,льство СССР53/20, 1975.1531918, кл, В ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ(54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ МАССООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ, включающее корпус и размещенные по высоте контактные тарелки с форсунками, над которыми установлены сепараторы, отличающееся тем, что, с целью интенсификации процесса за счет увеличения поверхности контакта фаз, обеспечения работы на низких напорах газа и жидкости, форсунки выполнены плоско щелевы ми и выходные щели соседних форсунок, повернуты относительно друг друга на 90, а под каждой контактной тарелкой установлена дополнительная перфорированная тарелка.2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в основании контакных тарелок между форсунками выполнены крестообразные вырезы.Известен контактный аппарат, в котором газ и жидкость движутся прямотоком через инжекторы с диффузорами, обеспечивающими мелкодисперсный распыл жидкости.Для реализации многоступенчатого контакта фаз необходимо разделение газожидкостного потока на газ и жидкость. Роль сепаратора в таких устройствах выполня ет камера с насадкой из легких шаров, ограниченная сверху и снизу горизонтальными перфорированными решетками 2.Однако из условий противотока фаз в сепараторе скорость газа в полном сечении колонны не должна превышать 5 м/с,45 так как при большей скорости наступает захлебывание насадки.Для того, чтобы обеспечить в горловинах инжекторов следующей ступени скорости порядка 20 - 40 м/с, газовый поток с Ч=5 м/с должен быть сконцентрирован на площади в 4 - 8 раз меньшей, чем сечение аппарата, что составляет 12,5-25/о сечения. Таким образом, начиная со второй по высоте контактной ступени аппарата объем использования аппарата резко понижается за счет снижения объема активной зоны, занятой высокоскоростным потоком. При этом должно быть уменьшено число форИзобретение относится к устройствам, применяемым для проведения массообменных и реакционных процессов в газожидкостных системах и в системах газ-жидкость мелкодисперсная твердая фаза, в частности для абсорбции углекислоты щелочными растворами.Известно многоступенчатое массообменное устройство, включающее корпус и прямоточные контактные тарелки в виде вертикальных плоскопараллельных пластин, над которыми установлены дугообразные отбойники, Жидкость, поступающая на тарелку, подхватывается восходящим потоком газа и диспергируется, в результате чего происходит массообмен между газом и жидкостью, а затем, встречаясь с отбой- ником, газожидкостной поток разделяется снова на газ и жидкость 1,Недостатком такого устройства является невысокая эффективность, обуславливаемая малым объемом контакта фаз (в полостях между пластинами) по сравнению с объемом аппарата и невысокими допустимыми нагрузками по, газу (при скорости свыше 3-3,5 м/с наблюдается брызгоунос). Для достижения требуемой степени очистки газа требуется его многоступенчатый контакт с жидкостью, в результате чего такие аппараты металлоемки и имеют большую высоту. Кроме того, дугообразные отбойники не обеспечивают хорошего разделения газожидкостной смеси, что вызывает уйос газом капелек жидкости на вышележащую ступень. 5 о 15 зо 25 зо сунок либо для сохранения объема активной зоны необходимо иметь дополнительные средства для увеличения скорости газового потока с 5 до 20 - 40 м/с, что усложняет и удорожает установку в целом, При работе же с низкими скоростями газа. работа аппарата малоэффективна.Известно устройство для проведения массообменных процессов, включающее корпус, контактные тарелки с форсунками и установленные над ними сепараторы. Высота диффузора равна высоте контактной ступени за счет использования высокоэффективной проволочной или тканевой насадки 3.Однако остальной объем над контактной тарелкой, окружающий диффузоры, является зоной, где жидкость и газ в массообмене практически не участвуют. Эта зона используется только для перетока и сепарации жидкости.Устройство характеризуется низким процентом содержания жидкости в зоне диффузоров (0,1-0,155/с), что ограничивает поверхность контакта фаз; недостаточно развитая поверхность контакта фаз имеет следствием невысокую эффективность массообмена, объем над контактной тарелкой не используется полностью для контакта жидкой и газообразной среды в зоне, окружающей диффузоры, жидкость и газ в массообмене не участвуют; невозможностью использования устройства для систем с невысокими скоростями газа (5-7 м/с), так как при таких скоростях работа устройства неэффективна; необходимостью в дополнительных устройствах (насосах, компрессорах), обеспечивающих высокие напоры жидкости и газа; невозможностью работы на жидкостях с включением мелкодисперсной твердой фазы (суспензиях), так как мелкие частицы забивают сетки диффузоров; невозможностью надежной работы при отклонениях устройства от вертикальной оси (например, при использовании устройства в абсорберах для очистки воздуха на подводных лодках). Цель изобретения - интенсификация процесса за счет увеличения поверхности контакта фаз и обеспечения работы на низких напорах газа и жидкости.Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, включающем корпус и размещенные по высоте контактные тарелки с форсунками, над которыми установлены сепараторы, форсунки выполнены плоскощелевыми и выходные щели соседних форсунок повернуты относительно друг друга на 90, а под каждой контактной тарелкой установлена дополнительная перфорированная тарелка.В основании контактных тарелок между форсунками выполнены крестообразные вырезы.3Предлагаемое выполнение устройства имеет следующие преимушества.Пленочные плоскощелевые форсунки преобразуют течение жидкости перед распределением в форму пленки с наибольшейповерхностной энергией. Эта форма является неустойчивой и быстро распадается, чем обеспечивается диспергирование жидкости во всем объеме аппарата между контактной тарелкой и сепаратором, Эффектдиспергирования существенно увеличиваетсяза счет подачи в форсунки не чистой жидкости, а газожидкостного потока, образованного на нижележащей перфорированной тарелке; струйки газа, поступающего в. форсунку, способствуют разрыву пленки уже при движении через форсунку. Диспер- гирование усиливается также за счет выполнения в основании тарелки крестообразных вырезов, которые формуют неустойчивыепленки жидкости в сечении тарелки. Все это способствует увеличению поверхности контакта фаз, а следовательно интенсификации процесса массообмена,Устройство может применяться для систем с низкими напорами газа и жидкостипо результатам исследований напор жидкости и газа, достаточный для диспергирования, составляет 0,1-0,2 ат.Пленочные плоскощелевые форсунки работоспособны при любых соотношениях потоков газа и жидкости, По результатамисследований оптимальным является содержание жидкости в газожидкостном слое, равное 10-15%, что в .100 раз превышает аналогичные значения для эжекционных пневматических форсунок, и соответственно увеличивает поверхность контакта фаз.Пленочные плоско шел евые форсунки выполнены в виде хорошо обтекаемой плоскости, не -содержат внутренних устройств в виде трубок для подачи жидкости, в связи с этим их форма имеет минимальное гидравлическое сопротивление и позволяет работать в условиях введения в систему мелкодисперсной твердой фазы, которая также способствует интенсификации диспергирования жидкости и интенсификации процесса массообмена.Устройство может быть использовано в условиях отклонения его от вертикали; жидкость распределена в объеме несущего газа и не имеет в аппарате явно выраженного уровня, а газовый поток непрерывно пере- распределяется по всему сечению колонны с помощью центробежных сепараторов, работоспособных при значительных углах на-.клона.На фиг. 1 изображен аппарат, продольный разрез; на фиг. 2 - узел 1 на фиг. 1; на фиг. 3 - вид по стрелке А на фиг, 2.Устройство включает корпус 1 со шту. церами 2 и 3 входа и выхода газа и штуцерами 4 и 5 входа и выхода жидкой фазы (суспензий). По высоте аппарата размеще 0 15 30 35 40 45 50 55 ны контактные тарелки 6, в которых установлены плоскощелевые форсунки 7, выходные щели которых повернуты относительно друг друга на 90Между форсунками 7 в основании контактных тарелок 6 предусмотрены крестообразные вырезы 8. Под каждой контактной тарелкой 6 установлена дополнительная перфорированная тарелка 9, а над контактными тарелками размещены вихревые центробежные сепараторы 10.Основание сепаратора вышележащего блока соединено через штуцер 11 переливной трубой 12, включающей кран 13 и гидро- затвор 14 с полостью над перфорированной тарелкой 9 нижележащего блока. В узле сепаратора концентрично корпусу 1 установлена перфорированная обечайка 15.Аппарат работает следующим образом.В корпусе 1 колонны через штуцер 4 верхнего контактного блока подают жид.кость (суспензию), а вниз колонны через штуцер 2 подают газ. На перфорированной тарелке 9 верхнего контактного блока образуется газожидкостный барботажный слой, движущийся прямотоком снизу вверх в плоскощелевые форсунки вышележащей тарелки 6. Форсунки преобразуют течение жидкости в форму пленок, которые являются неустойчивыми и быстро распадаются на струйки и капли. Распад жидкости увеличивается за счет подачи в форсунки газожидкостного потока, образованного на нижележащей перфорированной тарелке; струйки газа, поступающего в форсунку, способствуют разрыву пленки уже при движении через форсунки. При введении в систему мелкодисперсной твердой фазы диспергирование .жидкости также интенсифицируется за счет взаимодействия частичек твердой фазы с пленками жидкости.Крестообразные вырезы 8 в основании тарелки 6 также формуют быстро распадающиеся пленки, способствуя увеличению до 100% активной. поверхности сечения аппарата, Соотношение потоков жидкости и г за выбирают таким образом, чтобы обеспечить в объеме аппарата оптимальное диспергирование и максимальную поверхность контакта, имея ввиду, что при увеличении жидкостной нагрузки возможна коалесценция капель и снижение поверхности контакта. После контактирования фаз в объеме над тарелкой с форсунками газожидкостный слой попадает в вихревой центробежный сепаратор 10, где происходит разделение слоя на газ и жидкость (суспензию). Для усиления эффекта сепарации установлена обечайка 15. Газ удаляется из аппарата через штуцер 3, а жидкость поступает через штуцер 11 в перелив 12 откуда подается для повторного контакта на перфорированную тарелку 9 нижележащего контактного блока. Для исключения проскока газа через перелив, минуя контактные тарелки,1053843 ти на втором сверху контактном блоке газ после сепарации идет на верхний контактный блок, а жидкость через штуцер 5 удаляется из системы или передается на орошение в нижележащий контактный блок (не показано). Составит Техред И, Тираж 688 рствеиного обретений - 35, Рауг. Уж го ль С. БараноВерес Редактор Н. Заказ 8965/5 Корректор О, БилПодписноеССР тулине ком и о шска род,4/5тная, 4 служит гидрозатвор 14 и кран 13. Гидрозатвор обеспечивает слив жидкости через переливную трубу 12 полным сечением, а кран 13 создает в трубе 12 необходимый уровень, превышающий давление газа в зоне слива. После повторного контакта газа и жидкосВНИИПИ Госуда по делам и 113035, Москва, Ж Филиал ППП Патент