Способ абсорбции газов

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(51) М. Кл.В 01 О 3/00 В 01 Р 53/18 Гефя 1 арстеенный кемнтет СССР Опубликовано 23.01.83. Бюллетень 3Дата опубликования описания 28.01.83 по делам нзебретеннй и еткрмтий(72) Авторы изобретен и В. Бутков и В осковский ордена Трудо институт химическог(54) СПОСОБ АБСОРБЦИИ ГАЗОВ неприменимость его для проведения процесса абсорбции.Известна масообменная колонна длявзаимодействия газа с жидкостью, содержащая корпус с тарелками и расположенными между тарелками элементами, подключенными к источнику тока 2.Недостатками этой колонны являютсямалые скорости газовой фазы, малая интенсификация процесса ввиду применения однородного электрического поля и отсутствие постоянной полярности в жидкости и газе, горизонтальное расположение многочисленных электродов по высоте, что ухудшает гидродинамику колонны.Известен способ абсорбции газов, за ключающийся во взаимодействии газовойи жидкой фаз, фазы подвергают предварительной ионизации 3.Недостатками известного способа являются необходимость обработки фаз до начала их взаимодействия друг с другом, необходимость применения для этого пульСирующего с высокой частотой электрического поля, необходимость предварительной ионизации фаз, отсутствие интенсификации в процессе массообмена. Изобретение относится к химико-технологическим процессам абсорбции и принадлежит к способам, для реализации которых необходимо наличие электростатического поля, и может быть использовано в химической, нефтяной, нефтеперерабатывающей, газовой, угольной, пищевой, медицинской, микробиологической и других отраслях промышленности, в черной и цветной металлургии и производстве минеральных удобрений.Известен способ электростатической очистки газов на основе принципа коронного разряда, при котором газ попадает в зону короны, где подавляющая часть пыли приобретает заряд и двигается в сторону осадительного электрода 1.Недостатками этого способа являются зависимость эффективности работы от проводимости взвешенных в газе частиц, необходимость специальных средств увлажнения и встряхивания, возможность появления обратной короны с образованием положительных ионов, что в конечном итоге приводит к рекомбинации отрицательных и положительных ионов, при этом способ перестает действовать, а также В. Вишняков1ого Кфасного. Знамени.,ма ш йттжт.роен Ыя, 990248Целью изобретения является повышение эффективности процесса абсорбции за счет увеличения коэффициента массопередачи и улучшения качества разделения газовых смесей и поглощения отдельных газов. 5Указанная цель достигается тем, что согласно спосооу абсорбции газов, заключающемуся во взаимодействии газовой и жидкой фаз, процесс абсорбции газов проводят в неоднородном электростатическоъ Иоле с отрицатсьным потенциалом О з 1 азе и цогОжителы)ым потенциалом в жидкости, при этом силовые линии поля перпендикулярны поверхности раздела фаз.Сущность способа заключается в том, что поверхность раздела фаз в процессе абсороции постоянно находится в неоднородном электростатическом поле строго определенной полярности. Элсктростатическос поле усиливает абсорбцию Вследствие того, что под действием высокого 1 апряжения в жидкости развиваются вторич ные гидродицамические неустоЙчивостн, при Водясцие к мелком а с штабной турбулизашги поверхностных слоев, изменяются сризико-хи)и вские свойства абсорбента, )роисхолит изменение рав)Овесных зависимостей, определяк) щих кинетику процесса, появляются )еравцовесные моьцные силовые поля поцдеромоторной природы, интенсивность которых превышает интенсивность гравитационных потснциалов. При перемене пол 5 рцол и ицтецсифицируется процесс лесоропц 51. Применение цеоднорол)гого электростатического поля позволяет значитслыц) усилить массообмсн при малых зцаси як цотрео;151 е)Ой х 01 цноси Ввидх малости гоков в системс. Процесс абс)рбции 11)Оводят при напряженности пс) 1 я ОО,1 ь пей, чем минима.)ьцая - нанр 5 женност 1 чУвствительности Еч длЯ да 1 цой системы газжидкость и равной или меньшей напряженности насьицеция Е, цри которой возле йствие электростатического поля на процесс абсорбции достигает максималь НОГО значения и Отцосителы 1 ый коэффициент массопередачи К = К /Ко, равный отношению коэффициентов массопередачи с полем и без него, максимален. Способ абсорбции азов осуществляется в следуюцих устройствах. 1.1 а фиг.изображен абсорбер трубчатый с Восх 1)ляц)им нрямотоком пленки лля осуществления способа, общий вид; на сриг. 2абсорбер трубчатый цротивоточ ный дл 51 плен)ИОЙ абсороции азов, ООЦИ й ВИД.Лб)сорбер тр) б 1 а 1 ыЙ с Восхол 51 щим прямотоком пленки состоит из цилиндрического корпуса 1 со ппуцерами д,)я входа 2 и выхода 3 жидкости, шуцерами лля вхо да 4 и выхода 5 хладагецта, нижней приемной 6 и верхней 7 камер, штуцера лля входа 8 и выхода 9 газа, обечаек 1 О и 11, трубных решеток 12 и 13, трубной решетки 14 с патрубками для формирования пленки, труб 15, к которым подведен положительный потенциал или заземление через контактный провод 16, центробежных электродов 17, к которым подведен отрицательный потенциал контактным проводом 18, и верхнего 19 и нижнего 20 фланцев с диэлектрической решеткой 21, 22, на которой укреплены центральные электролы. Абсорбер трубчатый цротивоточный лля пленочной абсорбции газов дополнительно содержит крышку 23. трубные ди. электрические решетки 24 и 25 с патрубками для формирования пленки 26, электролы в виде труб 27, к которым контактным проводом 28 подведен отрицательный потенциал или заземление, изоляторы 29 и 30.Способ абсорбции газов при восходящем црямотоке осуществляется следующим образом.Газ движется снизу вверх со скоростьк) 7 х)с, достаточной лля увеличения пленки жилкостп вверх по вцутренней 1 ювсрхности трубь 15, являющейся коаксиальцо составной. Внутренняя часть представляет собой трубу из диэлектрика, снару жи этой трубы находится наружный электрод, который может быть выполнен либо в виде трубы из проводника, либо в виле обмотки, сослинецной с положительным потенциалом или заземленной. Внутри газового потока (газ чистый, цезапыленный без твердых частиц или жилких капель) находится центральный электрол, окруженный вокруг слоем изолятора (диэлектрической трубои). Между электролами создается неоднородное электростатическое поле, си,овые линии которого поперечны по отно 1 пецию к поверхности раздела фаз жидкость (ц,)енка) . - газ (в случае выполнения положительного наруж)цп о электрола в Виде проводящей трубы силовые линии строго перпендикулярны поверхности раздела реагирую 1 цих фаз). Б неоднородном электростатическом поле оптимально при напряженности 9 - 12 кВ/см происходит интенсификация процесса абсорбции газа жидкостью за счет воздействия пондеромоторных сил и возникающих микротурбулентностей в виде ячеек вторичных течений, вызывающих радиальное перемешивание жидкости и и)пецсифицирцующих массообмен в пограничном слое между жидкостью и газом (пограничный слой является основным сопротивлением массообмену при пленочной абсорбции). Превышение критического числа Рэлея приводит к тому, чта ламинарный профиль основного течения становится более заполненным.Способ абсорбции газов при противотоке осу 1 цествляется следующим образом.990248 СерияОПЫТОВ (режиМОВ) С, 10,м /4 К/К при различных значениях напряженности электростатического поля, кВ/см ОВ мэ/4 Е = 12 Е = 16 Е = 18 Е=8 Е=О 7,56 15,6 7,56 15,6 7,56 15,6 7,56 15,6 7,56 15,6 7,5615,6 1,58 О, 10 1,10 2,00 2,02 2,02 163 0,23 1,13 2,01 2,03 1,97 1,86 1,86 0,41 1,61 1,83 1,12 0,62 1,77 1,09 1,57 175 1,79 0,81 1,54 1,73 1,73 1,07 1,71 1,54 1,01 1,71 1,07 1,70 1,71 1,65 1,65 15,6 7,56 1,06 1,64 1,23 1,52 15,6 7,56 1,64 1,64 1,04 1,62 1,39 1,53 Жидкость стекает вниз по наружной поверхности внутренней изоляционной трубы 15, являющейся коаксиально составной, внутри которой находится центральный электрод в виде трубы, выполненной из проводника, к которой с помощью провода подведен положительный потенциал. Таким образом, со стороны жидкости находится положительный потенциал, а со стороны газа - отрицательный, создаваемый электродом, который может быть выполнен в виде проводящего цилиндра или в виде обмотки. Массообменное пространство между электродами образовано внутренней поверхностью наружного цилиндра, выполненного из диэлектрика, и наружной поверхностью внутренней изоляционной трубы. Поверхность стекающей пленки, обращенная к газу, находится в неоднород-, ном электростатическом поле, поэтому на нее действует механизм интенсификации абсорбции, предложеннь 1 й и описанный выше. Пример. Экспериментальные исследования проведены на установке, состоящей из абсорбера трубчатого с неоднородным электрическим полем с восходящим прямо- током пленки, устройств подачи жидкости и газа, контрольно-измерительных приборов, электрической схемы создания повышенной напряженности поля в массоооменном пространстве абсорбера. Неоднородное электрическое поле в абсорбере создавалось в вертикальных трубах длиной 820 мм. в центре которых натянут центральный электрод. В массообменном пространстве абсорбера создавалась напряженность поля 0 - 30 кВ/с подведением высокого напряжения к центральному электроду и к наружному цилиндрическому электроду, который был разработан в нескольких модификациях: в виде цилиндра, прямых медных шин, наружной обмотки. Высокое напряжение контролировалось киловольтметром. Необходимое напряжение создавалось преобразованием тока от сети промышленной частоты трансформатором, выпрямителеми преобразователем высокого напряжения.Осуществление способа проведено прискорости газа 5 - 50 и/см, Потребляемая установкой мощность оказалась не более 15 Вт. Строго выдержана полярность подключения электродов: центральный электрод, находящийся в газе, имеет отрица тельный потенциал, наружный, находящийся в жидкости, положительный или заземлен.Эксперименты проведены на смесяхтруднорастворимый газ - воздух при содержании газа 0 - 15%. Брызгоунос отсутствовал, На выходе из абсорбера проводились измерения концентрации абсорбента.Исследованы соотношения различных расходов газа, воздуха, жидкостии напряженности.20 Установлено, что концентрация жидкости на выходе из абсорбера существенно возрастает в зависимости от напряженности поля. Имеется оптимальный режим ра.боты по напряженности для каждой газо- жидкостной системы, для системы углекислый газ - вода он составляет 2 кВ/см.Эффективность процесса абсорбции существенно увеличилась до относительного коэффициента маслопередачи К = Ке/КО -- =1,85, где К и К коэффициенты масло- передачи с полем и без него.В таблице представлены результатыабсорбции согласно предлагаемому способу углекислого газа водой при различных режимах работы. Приняты седующие условные обозначения: Х - номер режима работы абсорбера в электростатическом поле, б,. - расход газа, СВ - )расход воздуха, 6, расход жидкости, Е - напряженность электростатического поля, К/К относительный коэффициент массопередачи.990248 Продолжение таблицы Серияопытов(режимов) С 10,м /4 Смз/4 м /4 1,07 1,45 1)49 1 51 1 51 1,62 1,64 1,64 1,60 1,65 1,66 1,66 1,71 1,71 7,56 15,6 1,62 4,40 1,04 15,6 1,55 0,81 15,6 0,81 1,03 1,53 5,11 1,56 15,6 0,81 1,05 5,91 12 1,06 15,6 0,81 6,72 1,74 15,6 1,02 0,81 1,55 14 7,59 1,08 1,41 1653,6 7,56 0,81 15 16 1,65 1,08 6,4 1,37 0,81 7,56 17 1,6 г 0,81 1,37 7,56 1,09 9,5 1,42 1,66 12,4 0,81 7,56 1,09 18 1,80 1,04 15,6 1,39 0,81 7,56 19 Формула изобретения Способ абсорбции газов, заключающийся во взаимодействии газовой и жидкой фаз, отличающийся тем, что, с целью повыПолучено увеличение относительных коэффициентов массопередачи в среднем в 1,5 - 2 раза при абсорбции в электростатическом поле.Применение изобретения позволит интенсифицировать процесс абсорбции и уменьшить размеры абсорбционной аппаратуры при минимальных энергозатратах. Экономический эффект изобретения состоит из экономии на материалах ввиду уменьшения габаритов аппаратов как минимум в 1,5 раза, экономии расходов при монтаже, замены дорогостоящих и дефицитных леги.рованных сталей на диэлектрические материалы. К/К при различных значениях напряженности электростатического поля, кВ/см Е=О Е=4 Е=8 Е=12 Е=16 Е=18 1,58 1,68 1,72 1,73 1,77 1,79 1,67 1,67 1,69 1,69 1,74 1,74 1,77 1,77 1,84 1,84 щения эффективности процесса абсорбции 30 путем увеличения коэффициента массопередачи и улучшения качества разделения газовых смесей и поглощения отдельных газов, процесс абсорбции газов проводят в неоднородном электростатическом поле с отрицательным потенциалом в газе и положительным потенциалом в жидкости, при этом силовые линии поля перпендикулярны поверхности раздела фаз. Источники информации,40принятые во внимание при экспертизе1. Рогов И. А. Горбатов А. В. Физические методы обработки пищевых продуктов. М., Пищевая промышленность,1974, с. 458 - 459, рис. 198.2. Авторское свидетельство СССР39318, кл. В 01 Р 3/32, 1972.3. Авторское свидетельство СССР567453, кл, В 01 Р 3/00, 197.990248 Адсор НИИПИ Заказ 8/8 Тираж 686 Подписноелиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4