CN1128679A - 气液接触装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种气液接触装置，其包括一个浅涡流腔(D)，气体正切进入该涡流腔中，并优选从其中心部向上被排出，还包括处于涡流腔(D)中心部位的喷嘴(HD)，液体由上述喷嘴大体沿径向向外喷出。该装置适用于以冷却剂如水来冷却气体(特别是冷却粗煤气)，以及通过洗液吸收气体成分。

Description

气液接触装置
本发明涉及一种气液接触装置。
在诸多生产工艺过程中，反向流动相(液一气)充分接触是很重要的。这其中的例子有：
-通过喷射液体(水)使气流冷却，其中，重复进行上述冷却过程，直至前述的气相完全冷凝；
-清洗气体(洗气、涤气)，由洗涤剂吸收气流中的待分离成分。
-在装有塔板或填料的塔中进行能使两相(，蒸汽液体)均匀接触的蒸馏或精馏。
在用于乙烯装置的粗煤气压缩机中，采用壳管式热交换器或用水运行的洗涤塔进行中间冷却，使对流中朝上流动的粗煤气被朝下流动的冷却水冷却。本发明涉及一种用于上面提到的第二种工艺过程的装置，其中，水直接喷射到待冷却的气流中。
DBP1108714公开了一种冷却快速流动的气体的普通热交换器，其中，冷却液由多个喷嘴射向待冷却的气流。由于上述气体必须流经由网线制成的筛形导向装置，流动阻力及由此产生的压力损失较大。
DE3935898A1披露了一种用于冷却在环氧乙烷的催化氧化反应中产生的热废气的装置，其中，尤其是通过喷射，使废气直接与冷却剂(如水)接触而冷却。该装置虽压力损失不大，但是由于距离短，液滴在待冷却的气体中的持续时间较短，因此，不可能将气体冷却到接近冷却剂的进口温度。
1983年4月18-19日在曼彻斯特市召开的化学工程师协会研讨会中，C.Ramshaw提出了ICI Higee蒸馏装置该装置包括一个作为核心部分的旋转包封的单元，其中，借助于离心力使液体从里面向外流，而逆流中的蒸气则由外面向里面扩散。其缺点在于旋转包封单元的机械损耗较高。
本发明的目的在于提供一种构造简单、工作效率高的气液接触装置。
本发明的上述目的是通过带浅涡流腔的装置来实现的，其中，将气体沿切线方向导入，然后最好在其中心部将气体向上排出。该装置在涡流腔的中心部设有喷嘴，液体最好由上述喷嘴沿径向向外喷出，这样，与向内流动的气体逆向流动的液滴可以沿径向向外移动。气流携带液滴至螺旋通道内(大多数情况下很多圈)，由于离心力的作用，重的液滴向外(缓慢)移动，因此，液滴在气流中的持续时间就变得更长一些。
相对于传统的设备，本发明具有以下优点：
-设备体积小，
-投资费用少，
-机械活动部件少，
-在通过逆流冷却更剧烈地冷却粗煤气的气体冷却应用中，该装置可使气体体积流量更小，进而可再使压缩机的尺寸缩减，
-由于气体体积流量很小，驱动功率也很小，这样就可减少压缩机的运行费用。
本发明的实施例为从属权利要求所描述的主题。在一个优选实施例中，涡流腔下游接有分离级，以使液体与气体冷凝物彼此分离。该分离级可设置在外壳的内部-在浅涡流腔之下-或者在隔开的外壳内。在-实施例中，利用离心力使冷凝物从冷却剂中分离出来，其中，特别是通过冷却剂的流动使冷凝物-冷却剂液处于旋转状态。
空心锥形喷嘴特别适于作为喷射冷却介质的喷嘴，核喷嘴可形式360°的水滴幕。在一个优选实施例中，重叠设置两个这样的空心锥形喷嘴，形成两个水幕，而进入的气体横穿这两个水幕。在与气体旋转相反的液体初始旋转中，由于气体与液体之间的相对速度较高，可使冷却效率增高。也可使导入的气体与液体之间为同向旋转。再使液滴流过螺旋通道，则其在气体中的持续时间变得较长。
以下通过用水冷却粗煤气流的实施例对本发明作更详细的说明。其中，
图1为本发明装置的侧视图。
图2为图1装置的俯视图。
图3和4为专门的空心锥形喷嘴的剖视图和横截面图。
图5为带有一体成形的离心分离级的装置。
图1示出了本发明的装置，其主要结构单元为带有切向入口E和喷嘴(在此为空心锥形喷嘴HD)的浅涡流腔D。在该涡流腔D上，沿径向(在此为上)装有作为排出口A的插入管T，其下所示为冷却剂-气体冷凝物的出口AB。P代表用于冷却水-粗煤气冷凝物的缓冲器。
本发明按以下方式运行：例如来自压缩机的待冷却气体，经入口E切向进入浅涡流腔D，并由出口A从涡流腔D的上方排出。有利的是，将插入管作为出口A，这样可确保良好的分离效果。入口E和出口A在此实施例中有相同的标称宽度。当气体经涡流腔朝螺旋通道内部流动时，液态冷却介质(在此为水)从喷嘴中沿径向向外(及沿周边)喷出。图1中，液滴通道以虚线表示。该液滴通道可以偏离基本水平的传送方向。同样，液滴通道可用点划线表示，因为喷射，该液滴通道应有一个朝上或朝下的部分。由于开始为径直水平喷射，向上流动的气体将液滴向上带，这样，液滴通道也有一个朝向上方的部分。正如从图3中清楚地看到的那样，液滴的确定的散射范围视所采用的喷嘴而定。气体穿过上述水流，并被冷却，其中还有部分气体可被冷凝。水滴则成螺旋状地由循环通道流到外面。这是气体的携带作用以及缘于圆圆速度所产生的液滴离心力的结果。在计算出的合适的气流横截面下，特别是涡流腔的高度超过总体半径及液滴的逸出速度合适时，离心力比由向里旋转的气体产生的阻力略微大一些，这样，液滴向外移动的速度慢，而在气体中的滞留时间则较长。冷却水和冷凝下来的的粗煤气成分聚集在涡流腔D下部的缓冲器P中，在该处，上述物质从冷却水出口AB排出并导入分离级。如图5所示，分离级可以是将涡流腔向下延伸而成，可呈圆柱形或抛物线形。
图2为图1的冷却装置的横截面图。其中可看到气体的正切入口E。气体由入口E通过螺旋通道(未示出)向里流向出口A。图2示意地表明，由设置在中心部位的喷嘴HD流出的水滴首先大体沿径向向外移动，然后沿切线方向流动的气体迫使其流入螺旋形液滴通道TB。在正常使用中，气体部分围绕中心部位旋转多次，并携带液滴进入圆形通道。粗煤气旋转至中心部位，而水滴则由于离心力的作用向外旋转，这样，在气体与液体之间沿径向形成对流，借此，液滴通过长的螺旋通道在气体内的持续时间就相对变长。水滴在旋转的气体场中能尽可能地得到更充分的分离。没被蒸发的液滴随产生的粗煤气冷凝物一起被导入冷凝物一水的分离级中。在该分离级中，可将已分离出的循环冷却水再泵回到空心锥形喷嘴HD中。粗煤气则由简单地插入到涡流腔D中的插入管T排出。
图3和4所示为空心锥形喷嘴，该喷嘴特别适于安装在本发明装置中。这种空心锥形喷嘴属于单组分高压喷嘴(Einstoffdruckdusen)，在这类喷嘴中利用流体动能使薄流体膜破碎。流体经由带切线速率控制部件的入口Z被导引至空心锥形喷嘴的圆柱形外壳。如图3和4所示，这就形成了旋转的流体。由于紧贴边缘的离心力，液体沿着充满气体的空腔循环，并在该处形成水膜W。由于角动量采恒的缘故，液体最终沿切线方向加速到达出口，该出口的半径比入口Z的腔体半径略小。如此产生的高离心力使得在出口形成薄的带核的流体膜(水膜W)。供助于喷嘴，液膜伸展成凹面形，或如实施例所示沿切线方向径向向外伸展，并在散落范围ST内破碎成单个的液滴。通常的喷嘴外径为大约12cm，水流速度在出口可达到大约30m/s。
图5示出了本发明的装置(涡流腔D)与接在其后的分离级TR、冷却介质的循环以及清除冷凝物的设备连在一起的情况。在该实施例中，冷却剂的循环包括冷却剂泵UP、冷却器K、带流量指示器FI的主流管HS、支流管TS、位置指示器LDI(水平距离指示器)及用于调节冷却介质的入口阀门和出口阀门。
冷凝物的清除是通过以下设备实现的：冷凝物出口AB、接受器器V、液面调节器LICA+、冷凝物泵KP以及在分离级TR中的液位仪LZ+。
该装置按以下方式运行：将由压缩机(未示出)压缩的待冷却气体经入口E压入涡流腔D，在涡流腔D中冷却并除去冷凝出的成分后经出口A排出。上述气体在涡流腔D中被主流管HS中的冷却液冷却。已变热并带有冷凝物的冷却剂通过环绕在涡流腔D外侧的缝隙向下流入优选为圆柱形的分离级TR中。在该分离级中，混合物在流经正切导入的冷却剂分流管TS时，借助于动量转移而处于旋转之中。由于离心加速度很高，产生一个几乎重直的相界面，其中，轻的冷凝物聚集在内层中。冷却剂向外旋转，并在下游接有冷却器K的冷却剂循环泵UP处壳处被抽出。冷凝物通过一插入管(出口AB)收集在直立的接受容器V中，再由冷凝物泵KP从该容器中抽出。以适当的方式，通过位置指示器LDI来监测分离级TR中冷凝物-冷却剂的相界。若外侧相界向外扩展太远，就将冷却剂导引至扩宽的内侧相界。在例如由于冷凝物量过多导致使分离级TR有溢出的危险时，通过液位仪LZ+可使气体压缩机停转。
上述方法具有以下优点，不必通过机械部件使混合物转动，因此不会产生轴密封的问题。
在涡流腔D的一个实例中，粗煤气流量为97000m3/h，插入管直径为1.4m。在该实例中，涡流腔D的直径是4.2m，高度约为1m。与传统的带有壳管式热交换器/分离器及洗涤塔的装置相比，该装置更矮而且更小。就这点而言，估计可使投资费用大大减少。此处插入管T与粗煤气进入涡流腔D的入口E有相同的标称宽度。当插入管内速度为17.5m/s时，涡流腔的总压力损失大约在1800Pa。在适中的16bar泵压下，空心锥形喷嘴即可喷出液滴。喷嘴直径为60mm时，流体横截面可大到不必担心出现安装危险的程度。在对通常流量为97000m3/h的粗煤气流进行冷却时，冷却水的流量为114kg/s。假如使气体冷却和水变温的温度差在30℃，则可冷却310t/h的气量。按照包括液滴通道模型在内的设计计算，粗煤气和冷却水之间的平均温差低于1K。相比较而言，这一点更为重要，因为可将粗煤气冷却到接近冷却水的入口温度。因为体积流量、机器尺寸和驱动功率都有所减小，所以粗煤气压缩机的运行费用也有所降低。

Claims (8)

1.气液接触装置，其特征在于包括一个涡流腔(D)和至少一个喷嘴(HD)，气体正切进入该涡流腔，并最好从其中心部向上被排出，上述喷嘴处于涡流腔(D)的中心部位，它将液体最好沿径向向外喷出。
2.如权利要求1的装置，其特征在于，浅涡流腔(D)的直么比其结构高度大。
3.如前述权利要求之一的装置，其特征在于，有一个可形成360°的液滴幕的空心锥形喷嘴(HD)。
4.如权利要求3的装置，其特征在于，有两个彼此在涡流腔(D)的中心部位重叠设置的空心锥形喷嘴(HD)，这样，上述空心锥形喷嘴(HD)具有正切的液体入口。
5.如前述任一权利要求的装置，其特征在于有一个后接的分离级(TR)，在该分离级中可将液体和气体冷凝物彼此分离。
6.如权利要求5的装置，其特征在于，在分离级(TR)中分离是通过离心力的作用来实现的。
7.如权利要求6的装置，其特征在于，在分离级(TR)中的冷凝物一冷却剂液是通过冷却剂的流动(TS)而旋转的。
8.前述任一权利要求的装置的用途在于冷却气体，吸收气体成分，蒸馏或精馏。
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