Аппарат с насадкой для тепломассообмена и пылеулавливания

(51) 01 53/20 (2011.01) 01 47/14 (2011.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ Поставленная задача решается в аппарате с насадкой для тепломассообмена и пылеулавливания,включающем корпус с контактной зоной,секционированный штуцер ввода газа и штуцер,снабженный коническим центробежным завихрителем для выхода газа, штуцеры для ввода и вывода жидкости, рециркулирующего раствора,опорные решетки, насадочные тела, нанизанные на струны с шагом 1-4 калибра насадочного тела, в котором, согласно изобретению, корпус аппарата выполнен ступенчатым с большим диаметром в нижней ступени контакта и меньшим диаметром в верхней ступени контакта и снабжен наклонной перегородкой с патрубками и отбойными колпаками для прохода газового потока, разграничивающей два автономных контура орошения и имеющей угол наклона 15-30, а высота патрубков для прохода газа уменьшается в сторону противоположную от штуцера слива отработанного раствора. Разделение рабочего объема на две зоны контакта с помощью наклонной перегородки с патрубками для прохода газа позволяет организовать два автономных контура орошения и проводить одновременно, независимо друг от друга,процесс пылеулавливания и тепломассообмена. Это способствует росту эффективности очистки и уменьшению производственной площади, занятой под газоочистное оборудование.(72) Волненко Александр Анатольевич Бишимбаев Валихан Козыкеевич Ескендиров Марат Заханович Хусанов Жахонгир Евадиллоевич(73) Республиканское государственное казенное предприятие Южно-Казахстанский государственный университет им. М.Ауезова Министерства образования и науки Республики Казахстан(54) АППАРАТ С НАСАДКОЙ ДЛЯ ТЕПЛОМАССООБМЕНА И ПЫЛЕУЛАВЛИВАНИЯ(57) Изобретение относится к тепломассообменному и пылеулавливающему оборудованию и может найти применение в химической,нефтехимической,нефтеперерабатывающей,пищевой,металлургической, горнодобывающей, целлюлознобумажной промышленностях, преимущественно при осуществлении процессов тепломассообмена и пылеулавливания. Задача изобретения - повышение эффективности аппарата за счет раздельного проведения процесса пылеулавливания в нижней части аппарата и процесса тепломассообмена в насадочной зоне верхней части аппарата. Изобретение относится к тепломассообменному и пылеулавливающему оборудованию и может найти применение в химической, нефтехимической,нефтеперерабатывающей,пищевой,металлургической, горнодобывающей, целлюлознобумажной промышленностях, преимущественно при осуществлении процессов тепломассообмена и пылеулавливания. Известен аппарат с насадкой для тепломассообмена и пылеулавливания(инновационный патент РК 20069, 01 53/20,47/14, 01 43/20, 2008), включающий корпус с контактной зоной, секционированный штуцер ввода газа и штуцер,снабженный коническим центробежным завихрителем для выхода газа,штуцеры для ввода и вывода жидкости рециркулирующего раствора, опорные решетки,насадочные тела, нанизанные на струны с шагом 1-4 калибра насадочного тела и выполненные в виде конических пластинчатых элементов, имеющих угол при вершине 60-120, а основание их разрезано на лепестки, которые повернуты относительно друг друга на 20-45. Конические пластинчатые элементы могут располагаться на струнах основанием вниз и вверх. Интенсификация проводимых процессов достигается за счет использования удара газового потока о поверхность жидкости, достижения режима одновременного вихреобразования(синфазного режима) и организации вращательного движения образованных вихрей. Недостатком известного аппарата является то,что при обработке газовых потоков, содержащих большое количество адгезионной пыли, возможно зарастание лопастей (лопаток), что ведет к прекращению действия создаваемой центробежной силы и снижению эффективности устройства. Наиболее близким к предлагаемому изобретению является аппарат с регулярной насадкой (А.с. СССР 1450180 кл. В 01 53/20, 1997), включающий корпус с контактной зоной, секционированный штуцер ввода газа и штуцер, снабженный центробежным завихрителем для выхода газа,штуцеры для ввода и вывода жидкости,рециркулирующего раствора, опорные решетки и насадочные элементы, закрепленные на струнах с шагом 1-4 калибра каждого предыдущего элемента,а отношение размеров предыдущего к последующему по ходу потока газа элементу составляет 0,5-1. Работа аппарата интенсифицируется за счет ударно-вихревого взаимодействия потоков,причем вихревое взаимодействие происходит в режиме одновременного вихреобразования. Недостатками известного аппарата является то,что применение на одной струне разных по размерам насадочных элементов приводит к усложнению конструкции насадки и стабильности поддержания синфазного режима. Кроме того, при одновременном проведении процессов абсорбции и пылеулавливания с большой концентрацией адгезионных твердых частиц происходит быстрое насыщение поглотительного раствора, в результате чего эффективность аппарата резко снижается. В настоящем изобретении решается задача по разработке конструкции аппарата с насадкой для тепломассообмена и пылеулавливания,обеспечивающая повышение эффективности аппарата за счет раздельного проведения процесса пылеулавливания в нижней части аппарата и процесса тепломассообмена в насадочной зоне верхней части аппарата. При этом орошение обоих зон производится автономно и повышение концентрации улавливаемого компонента в орошаемой жидкости в нижней части аппарата практически не влияет на эффективность процесса в верхней части. Технический результат при использовании предлагаемого изобретения заключается в достижении более высоких количественных и качественных показателей межфазной поверхности,коэффициентов массотеплопередачи и степени пылеулавливания, снижении материалоемкости системы газоочистки,уменьшении производственной площади,занятой под газоочистное оборудование,возможности совмещения в одном аппарате различных процессов химической технологии. Поставленная задача решается в аппарате с насадкой для тепломассообмена и пылеулавливания,включающем корпус с контактной зоной,секционированный штуцер ввода газа и штуцер,снабженный коническим центробежным завихрителем для выхода газа, штуцеры для ввода и вывода жидкости, рециркулирующей жидкости,опорные решетки, насадочные тела, нанизанные на струны с шагом 1-4 калибра насадочного тела, в котором, согласно изобретению, корпус аппарата выполнен ступенчатым с большим диаметром в нижней ступени контакта и меньшим диаметром в верхней ступени контакта и снабжен наклонной перегородкой с патрубками и отбойными колпаками для прохода газового потока, разграничивающей два автономных контура орошения и имеющей угол наклона 15-30, а высота патрубков для прохода газа уменьшается в сторону, противоположную от штуцера слива отработанной орошающей жидкости. Аппарат с насадкой для тепломассообмена и пылеулавливания (фиг. 1) включает корпус 1,штуцеры 2 и 3, соответственно для ввода и вывода газа, ороситель 4 для ввода орошающей жидкости в верхнюю ступень контакта и штуцер 5 для ввода свежей поглотительной жидкости в нижнюю ступень контакта, штуцеры 6 и 7 для рециркулирующей жидкости и перелива жидкости,опорно-распределительную решетку 8, струны 9 с закрепленными на них насадочными телами 10. Штуцер ввода газа 2 имеет секционированные перегородки, а штуцер вывода газа 3 снабжен коническим центробежным завихрителем 11 со штуцером слива отсепарированной жидкости 12. Верхняя и нижняя ступень контакта разделены перегородкой 13 с патрубками и отбойными колпаками для прохода газа 14. Слив отработанной жидкости из верхней ступени осуществляется из патрубка 15, а из нижней ступени из патрубка 16. Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показывает,что заявляемое устройство отличается от известного ступенчатым корпусом с большим диаметром в нижней ступени контакта и меньшим диаметром в верхней ступени контакта, наличием оросителя в верхней ступени контакта и наклонной перегородки с патрубками и отбойными колпаками для прохода газа, позволяющей осуществлять автономное орошение верхней и нижней ступеней контакта. Аппарат с насадкой для тепломассообмена и пылеулавливания работает следующим образом. Газовый поток, поступающий на очистку,подается через штуцер 2 и, разделенный на части перегородками, с высокой скоростью ударяется о поверхность жидкости, находящейся в нижней части аппарата. При ударе содержащиеся в газовом потоке твердые частицы за счет сил инерции осаждаются в жидкости. Поддержание необходимого уровня жидкости в нижней части аппарата осуществляется за счет слива ее через штуцер 7, а подпитка свежей жидкостью происходит через штуцер 5. Поглотительная жидкость в нижней части аппарата может работать в режиме циркуляции до достижения заданной концентрации поглощаемого вещества,обеспечивающей необходимую эффективность процесса пылеулавливания. В этом случае объединенный жидкостной поток из штуцеров 7 и 16 через промежуточную емкость насосом вновь закачивается в аппарат через штуцер 5. Очищенный от пыли газовый поток через патрубки 14, расположенные в наклонной перегородке 13, поступает в верхнюю ступень контакта. Взаимодействие газа и жидкости,подаваемой через ороситель 4, происходит в противоточном режиме в объеме насадочной зоны. Расположение насадочных элементов 10 на струнах 9 выполнено таким образом, что создается синфазный режим взаимодействия вихрей,образующихся за насадочными телами. Этот режим характеризуется совпадением времени образования вихрей за насадочными телами и временем движения образованных вихрей за цепочкой насадочных тел, расположенных по ходу движения газового потока. В момент подлета происходит взаимодействие подлетевших и завершивших цикл формирования вихрей за насадочными телами. В результате такого взаимодействия суммарная мощность вихрей увеличивается, что позволяет совершить большую работу по дроблению орошающей жидкости и созданию высокоразвитой межфазной поверхности. Очищенный газовый поток выводится из аппарата через штуцер 3, снабженный коническим центробежным завихрителем 11 со штуцерами слива отсепарированной жидкости 12. Отсепарированная жидкость возвращается в аппарат через штуцер 6 и вместе с отработанной жидкостью в верхней ступени через патрубок 15 выводится из аппарата. Выполнение корпуса аппарата ступенчатым с большим диаметром в нижней зоне и меньшим диаметром в верхней зоне позволяет добиться различных скоростей в сечении этих зон. Для нижней зоны достаточным условием является создание высокой скорости газового потока в газоподводящем патрубке, которая достигает 3050 м/с. За счет этого достигается эффективное ударное взаимодействие газового потока с жидкостью с образованием воронки и высокая степень очистки от пылевых частиц. Попадая в зону над поверхностью жидкостной воронки, скорость газового потока резко снижается (до 1 м/с) и образовавшиеся от удара капли жидкости за счет силы тяжести вновь возвращаются в слой жидкости и не выносятся в верхнюю зону. Диаметр верхней насадочной зоны определяется исходя из условия обеспечения оптимальной рабочей скорости в сечении аппарата, которая для большинства аппаратов с регулярной подвижной насадкой составляет 3,5-4,5 м/с. Установка наклонной перегородки 13 с патрубками и отбойными колпаками для прохода газа 14 позволяет отделить верхнюю и нижнюю ступень контакта и создать два автономных контура орошения. При этом, в случае улавливания пыли,имеющей высокую концентрацию и обладающую адгезионными свойствами, производится одной жидкостью за счет инерционного механизма, а доулавливание пыли за счет диффузионного механизма осуществляется жидкостью в верхней ступени контакта. Естественно, что свежий раствор позволяет произвести более глубокую очистку. Кроме того, использование двух автономных контуров орошения позволяет совместить процессы пылеулавливания и абсорбции или же пылеулавливания и теплообмена. При этом в каждом контуре орошения может быть использована идентичная жидкость, а также различная в верхней и нижней ступенях контакта. Это дает возможность получения либо высококонцентрированных растворов,либо проведения избирательных процессов по абсорбции нужных компонентов. Угол наклона разделительной перегородки составляет 15-30. Этот диапазон является наиболее оптимальным для смыва примесей, находящихся в газовом потоке и орошающей жидкости. Выполнение перегородки с углом наклона менее 15 приводит к появлению застойных зон и отложению твердых примесей на перегородке. При угле наклона перегородки свыше 30 происходит нерациональное увеличение расчетной высоты ступени контакта, а,следовательно, перерасход металла и рост габаритов аппарата. Высота патрубков для прохода газа из нижней ступени контакта уменьшается в сторону противоположную от штуцера слива отработанной орошающей жидкости. Это необходимо для того,чтобы не допустить попадания орошающей жидкости из верхней ступени контакта в нижнюю, а также создания жидкостного слоя, выполняющего роль гидрозатвора и исключающего проход газа через сливной штуцер. Преимуществами предложенного технического решения по сравнению с прототипом является- достижение более высоких количественных и качественных показателей межфазной поверхности,коэффициентов массотеплопередачи и степени пылеулавливания снижение материалоемкости системы газоочистки, когда для проведения процессов пылеулавливания и тепломассообмена используется разное по назначению оборудование, установленное последовательно, а также за счет изготовления корпуса аппарата ступенчатым возможность совмещения в одном аппарате различных процессов химической технологии. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Аппарат с насадкой для тепломассообмена и пылеулавливания,включающий корпус с контактной зоной, секционированный штуцер ввода газа и штуцер,снабженный коническим центробежным завихрителем для выхода газа,штуцеры для ввода и вывода жидкости,рециркулирующей жидкости, опорные решетки,насадочные тела, нанизанные на струны с шагом 1-4 калибра насадочного тела, отличающийся тем, что корпус аппарата выполнен ступенчатым с большим диаметром в нижней ступени контакта и меньшим диаметром в верхней ступени контакта и снабжен наклонной перегородкой с патрубками и отбойными колпаками для прохода газового потока,разграничивающей два автономных контура орошения и имеющей угол наклона 15-30. 2. Аппарат с насадкой по п.1, отличающийся тем, что высота патрубков для прохода газа из нижней ступени контакта уменьшается в сторону противоположную от штуцера слива отработанной орошающей жидкости.