CN100594965C - 具有各相下降流的涡流设备 - Google Patents

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Abstract

本发明所述的用于实现物理化学过程的涡流设备被用于吸附、解吸附、粉尘和气体去除、干燥、混合和气体冷却。所述设备包括：外壳、盖、底、相传输和排放管；涡流接触装置，所述涡流接触装置具有上基座、切向板、托盘、分离器，以及设有喷嘴的设在盖和涡流接触装置的上基座上的液体分配器。水平盘状隔板被沿着涡流接触装置的切向板的高度设置，所述水平盘状隔板和涡流接触装置的上基座设有环形槽，在该处切向板被固定。环形压条被设在盘状隔板的外部切口和内部切口上以及所述涡流接触装置上基座的外部切口上。

Description

具有各相下降流的涡流设备
技术领域
本发明涉及用于实现物理化学过程如吸附、解吸附、粉末纯化、干燥、气体混合和冷却的设备；并且本发明可被适当地用于化学、石油化工和冶金中。
背景技术
具有接触相下降流的中空的涡流设备是公知的，此设备的圆筒形外壳容纳有涡旋式喷嘴。液体通过润湿器(wetter)沿轴线被供入所述设备中，穿过整个高度，液体在设备下部被排出设备。液体用的集管被设在涡旋式喷嘴内部，用于附加的润湿(见USSR发明人证书No.1346209，cl.B 01 D47/06，公告No.39，23.10.1987)。液体和气体沿重力方向以下降流方式在所述设备中运动，液体通过机械手段被雾化，而不损失气体流的能量。
所述设备的缺点是它的效率低，因为液体被送入设备的分离区域中。
根据技术特性和取得的成果，大多数有关的现有技术是用于实现物理化学过程的具有各相下降流的涡流设备，包括：外壳，含有分离器、切向板和托盘的凸形的涡流接触装置(VCD)；切向气体入口管，用于各相的传送和排放的管道。位于涡流接触设备上方的是盘形圆筒润湿器。外壳下部设有排气管(见RU专利No.2232625，cl.B01 D 47/06，B 04 C3/00，公告No.20，20.07.2004)。
气流通过切向管进入所述设备的上部，初步的旋转在那里被施加至所述气流。液体通过盘形圆筒润湿器被供应至VCD盘的外上部，沿所述盘向下流。气体穿过由切向板界定的槽，以逐渐增加的速度旋转，将液体从盘表面分离，并分散液体。在所述VCD的内表面上的是旋转的高湍流的液滴层，此层接触气流的新进入部分。热交换/传质主要发生在这些环境中。当各相在单一方向下降时，气流能量主要被消耗仅用来分散液体，传输液体消耗的能量是最小的，这有助于降低水力损失。这种涡流设备的设计提高了热交换/传质的效率，水力阻力小。此设备的缺点在于热交换/传质在气相和液相的高流速下是低效率的。在气体和液体的流速高时，两相之间的接触时间变得更短，所述接触的表面被减小了。这降低了过程的效率。
发明内容
本发明的目的是开发实现各种物理化学过程的涡流设备，此设备将允许延长时间和增加相接触表面，提高在气相和液相高流速下的热交换/传质效率，加宽设备有效操作的范围。
所述目的通过具有各相下降流的涡流设备实现，其中水平盘状隔板被沿着涡流接触装置的切向板高度设置，所述盘状隔板和涡流接触装置的上基座设有环形槽，在该处切向板被固定；环形压条被设置在所述盘状隔板的外部切口和内部切口上，以及涡流接触装置上基座的外部切口上。
在所述设备中，分离器采用截锥体外壳形式，该外壳的下部切口直径是涡流接触装置内径的0.75-0.9。
涡流接触装置的数量是1-3个，涡流接触装置上基座和上方涡流接触装置的分离器的下部切口之间的距离是涡流接触装置内径的0.3-1.0。
所要求的设备的优点在于水平盘状隔板，沿着涡流接触装置的切向板高度设置，使得可以细分进入VCD的气流为几个流，从而在每个流中的气相和液相的流速质量比升高，此环境便于延长时间并增加相接触表面。在具有环形槽的切向板被固定的区域中布置水平盘状隔板和涡流接触装置的上基座，允许保证在VCD切向板之间的连续的液体幕帘，所述幕帘在进入气液流的新加部分之前被设置。设置环形压条在盘状隔板的外部切口和内部切口上，并且还在涡流接触设备的上基座的上部切口上，使得可以分布至液体，使液体被细分为多个流，所述液体的主要部分向下流过环形槽，液体的其余部分流过环形压条。采用这种结构，多个液体幕帘被形成，气液流穿过这些幕帘。所述分离器的截锥体外壳结构允许增加下落液体层厚度，提高传质效率，选择分离器下部切口直径的值是涡流接触装置内径的0.75-0.9，是由排出分离器的旋转气液流的自由溢流状态决定的。在这种尺寸比例中，液体向下均匀流过分离器的整个周边，并且液体薄膜在分离器的整个周边具有相同厚度，如果分离器下部切口直径值小于涡流接触装置内径的0.75，则设备的水力阻力由于减少了排出气流的自由截面而增加。如果分离器下部切口直径值超过涡流接触装置内径的0.9，则部分液体流向下进入VCD之间的环形空间，并且设备外壳变得更大，这导致热交换/传质效率更低。
将所要求的设备中的涡流接触装置的数量从1增加至3，导致热交换/传质过程的效率提高，这是由于防止了当气液流穿过涡流接触装置时，气体遗漏而不与液体相互作用，
选择涡流接触装置的上基座和上方涡流接触装置的分离器的下部切口之间的距离是涡流接触装置内径的0.3-1.0，是根据水力阻力及流出分离器的旋转气液流向下流至下方涡流接触装置的情况确定的。在所述比例内，全部液体以连续幕帘的形式流出分离器流至下方VCD的上基座，气体流穿过所述液体幕帘到达下方部分。如果此距离小于涡流接触装置内径的0.3，那么设备中的水力阻力增加，如果此距离超过涡流接触装置内径的1.0，那么各相的相互作用有效性弱化，这是由于下落液体层的不连续，以及气体遗漏而没有接触液体的事实。
附图说明
本发明将结合附图更进一步说明，其中：
图1显示了权利要求的涡流接触装置的纵向截面；
图2是沿A-A线的截面；
图3是B向视图；
图4是C向视图；
图5是具有3个涡流接触装置的涡流设备的纵向截面。
具体实施方式
所要求的具有各相下降流的涡流设备包括：外壳1、盖2、底3、混合区4、具有涡流接触装置6的旋涡区5，所述涡流接触装置6包括上基座7、切向板8、托盘9、分离器10、分离区11、气体入口管12和出口管13，分别用于传输液体和排出液体的管14和15。沿着涡流接触装置的切向板高度设置的是水平盘状隔板16。所述盘状隔板和涡流接触装置的上基座具有环形槽17和18，在该区域中切向板被固定。环形压条19、20和21被安装在水平盘状隔板的外部切口和内部切口上，以及涡流接触装置上基座的外部切口上。具有喷嘴24和25的液体分配器22和23被设在设备盖和涡旋式喷嘴的上基座上。分离器采用截锥体外壳形式，该外壳的下部切口直径是涡流接触装置内径的0.75-0.9。在设备的多阶设置的情况下，涡流接触装置的数量是1-3个，涡流接触装置上基座和上方涡流接触装置的分离器的下部切口之间的距离是涡流接触装置内径的0.3-1.0。
所要求的具有各相下降流的涡流设备的操作通过硫酸生产中三氧化硫的吸收例子来进一步说明。此过程特点在于气相高流速(G＝40-260)103m3/h，液体流速(L)、气体流速(G)质量比是L/G＝8-10。液体(硫酸)流速显著超过气相流速。
含有7-14％的280℃的三氧化硫通过切向管12进入设备的混合区4，旋转运动被施加至所述气体。液体(硫酸)被送入液体分配器22，并通过喷嘴24雾化成在气流中精细分散的液滴形式。混合区中的旋转的气流与液体的精细分散的液滴混合。一部分液体的雾化液滴凝结在涡流接触装置的上基座上。凝结液体的主要部分向下流过环形槽17至下面的盘形隔板16上，从而形成液体幕帘。液体的剩余部分流过环形压条21，向下沿涡流接触装置6的外表面流动，从而也形成液体幕帘。气-液流穿过两个液体幕帘。当气流在切向板8之间通过时，气流被盘状隔板16细分为多个流。当此情况发生时，每个所述气流与通过涡流接触装置的上基座7的环形槽17和通过盘状隔板环形槽18的湿润液体相互作用，这允许延长时间并增加气体和液体两相之间接触表面。然后，带有分散的硫酸的旋转气流通过由VCD切向板形成的槽进入涡旋式喷嘴。当气液流从槽中退出时，旋转运动被施加在其上。旋转的高紊流化的气液流被形成在涡流接触装置内表面上，此气液流通过由设在涡旋式喷嘴上基座上的喷嘴25雾化的液滴连续地被湿润，并且还接触气流的新进入部分。带有分散的硫酸的旋转气流在涡流式喷嘴内部的下降流内运动。由喷嘴分散的液体运动被散布，使得液体在每个涡流阶段都产生精细分散的液滴，其中大量SO3集中地吸收。当液滴被相互碰撞，并且所述液滴冲击涡流式喷嘴的板时，相接触表面被反复更新，三氧化硫的吸收程度被提高了。旋转液流通过分离器10进入吸收器下部，进入气相和液向的分离区域。在此处，气流穿过从分离器向下流出来的液体幕帘。已经与气流分离的液体通过管13从设备排出。与液滴分离的气相通过管12排出设备外。
三氧化硫的吸收伴有化学反应，从而大量热量被释放。为了提高三氧化硫的吸收速度和程度，气相和液相温度必须降低。液体的高流速和涡流接触设备中气液流的有效混合提高热交换/传质的强度至最大值。在流过三个涡流接触装置的液体和气体的运动的三个阶段的布置中，三氧化硫的吸收速度和程度将增加。当液相向下穿过涡流接触装置时，液相的集中多阶段混合将防止三氧化硫任何局部过热，将减少三氧化硫的雾化，并降低设备的腐蚀速度。
所要求的用于实现物理化学过程的涡流设备的应用，与最相关的现有技术相比较，在气体和液体相的更高流速下，允许延长时间和增加两相的接触表面，从而放宽了稳定操作的限制，提高热交换/传质过程的效率，提高所要求的设备的操作可靠性，减少多级设备的体积和重量。

Claims (3)

1.用于实现气相与液相接触的物理化学过程的具有各相下降流的涡流设备，包括：外壳、盖、底、用于传输和排放各相的管、涡流接触装置和液体分配器，所述涡流接触装置具有上基座、切向板、托盘、分离器；所述液体分配器设有喷嘴并且设置在盖和涡流接触装置上基座上；其特征在于，水平盘状隔板被沿着涡流接触装置的切向板高度设置，所述盘状隔板和所述涡流接触装置的上基座在所述切向板被固定的区域中具有环形槽，并且环形压条被设置在所述水平盘状隔板的外部切口和内部切口处，以及所述涡流接触装置上基座的外部切口处。
2.根据权利要求1所述的涡流设备，其特征在于，所述分离器采用截锥体外壳形式，所述截锥体外壳的下部切口直径是所述涡流接触装置内径的0.75-0.9。
3.根据权利要求1、2中任一权利要求所述的涡流设备，其特征在于，涡流接触装置的数量是1-3个，其中，当涡流接触装置的数量超过1个时，下方涡流接触装置上基座和上方涡流接触装置的所述分离器的下部切口之间的距离是涡流接触装置内径的0.3-1.0。
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