DE2246144B2 - Verfahren und vorrichtung zur erzielung eines wirksamen kontakts zwischen fluessigkeit und gas durch fluessigkeitszerstaeubung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzielung eines wirksamen Kontakts zwischen Flüssigkeit und Gas durch Flüssigkeitszerstäubung, bei dem die Tropfen der versprühten Flüssigkeit in einzelnen Arbeitsstufen des Kontaktraumes in einen aufsteigenden Gasstrom geschleudert werden und bei dem die Flüssigkeit im Gegenstrom zum Gasstrom einer tieferliegenden Zerstäuberstelle zugeleitet und im untersten Teil des Kontaktraumes aus dem Prozeß abgeführt wird; und auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Es sind verschiedene Verfahren zur Erzielung eines wirksamen Kontaktes zwischen Flüssigkeit und Gas sowie mehrere Vorrichtungen, die diesen Kontakt bewirken, bekannt, z. B. eine Gruppe von Vorrichtungen mit verschiedenen Füllungen, in denen der Kontakt beider Komponenten (Phasen) auf der Füllkörperoberfläche erfolgt. Bei Vorrichtungen mit Begasung erfolgt der Gas/Flüssigkeit-Kontakt an der Oberfläche von Gasblasen, die durch die Flüssigkeitsschicht emporsteigen. In Vorrichtungen mit Flüssigkeitszerstäubung erfolgt der Kontakt an der Tropfenoberfläche. Die Flüssigkeit wird mittels Sieben, Düsen oder verschiedener rotierender Zerstäubungsvorrichtungen versprüht.

Bei den Siebboden-Apparaten wird die Kontaktoberfläche in einer dynamischen Schaumschicht, die sich durch die Flüssigkeitsbegasung ausbildet, geschaffen. Diese Vorrichtungen werden oft durch Venturi-Düsen ergänzt. Auf dem Prinzip der mechanischen Vergrößerung der Zwischenphasenoberfläche arbeiten z. B. auch der in Kokereien für die Ammoniak- und Benzolwäsche verwendete Feldwäscher sowie viele andere Zerstäuberwäscher und Absorber, die mit rotierenden, übereinander angeordneten, einfachen oder mehrfachen Zerstäubungstellern bzw. Zerstäubungsscheiben ausgestattet sind.

Allen diesen Vorrichtungen ist der grundsätzliche Nachteil einer verhältnismäßig geringen zulässigen Arbeitsgeschwindigkeit des durchgesetzten Gases, bedingt durch das beginnende Mitreißen von Tropfen, gemeinsam. Die benutzten Höchstgeschwindigkeiten liegen meist bei 2 bis 3 m/s. In Fällen, wo große Gasvolumina zu verarbeiten sind, zwingt die Unmöglichkeit, höhere Gasgeschwindigkeiten in der Vorrichtung anzuwenden, zu einer Parallelschaltung mehrerer Apparate, was vom betrieblichen und wirtschaftlichen Standpunkt unvorteilhaft ist. Gleichfalls steigen auch die Ansprüche an die Aufstellfläche. In diesen Fällen können die bekannten Vorrichtungen den gestellten

(is Anforderungen nicht nachkommen.

In der Industrie tritt häufig das Problem der Verarbeitung großer Gasmassen mit geringen Konzentrationen wirksamer — begehrter oder unerwünschter

_ Anteile auf. Eine in diesen Fällen häufig angewandte Verfahrenstechnik ist die Absorption durch eine mit j_em Wirkstoff chemisch reagierende Lösung. Ein solches Problem stellt neben anderen die Beseitigung von Schwefeldioxid aus Rauchgasen, Schwefelkohlenstoff und Schwefelwasserstoff aus den Abgasen der Kunstfaserherstellung u.a. dar. Bei diesen Prozessen müssen große Gasmassen verarbeitet werden, und es wäre daher vorteilhaft, mit hohen Geschwindigkeiten in der Vorrichtung zu arbeiten und mit Rücksicht auf den niedrigen Erzeugnispreis und auf die Betriebskosten der Vorrichtung die Forderung eines geringen Druckabfalls zu berücksichtigen.

Gleichzeitig ist es wichtig, den Waschflüssigkeitsbedarf möglichst gering zu halten und einen wirksamen Kontakt der gasförmigen und flüssigen Phase sowie ein Arbeiten der Vorrichtung im Gegenstrom zu erreichen. Die angeführten Forderungen können von den bestehenden Vorrichtungen nur schwer und unvollkommen erfüllt werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzielung dieses wirksamen Kontaktes zwischen Flüssigkeit und das Gas durch Flüssigkeitszerstäubung und -abscheidung für höhere Strömungsgeschwindigkeiten des durchgesetzten Gases zu schaffen und dabei noch den Kontakt zwischen Flüssigkeit und Gas zu verbessern.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einem Verfahren gemäß der eingangs angegebenen Art dadurch gelöst, daß die Geschwindigkeit des aufsteigenden Gasstromes größer ist als die Sinkgeschwindigkeit eines Teils der Flüssigkeitstropfen, und mindestens ein Teil der dadurch mitgerissenen Flüssigkeitstropfen über der Ebene der Zerstäubungsstellen abgeschieden und der ursprünglichen Zerstäubungsstelle wieder zugeführt wird, während der Rest der Flüssigkeit der tieferliegenden Zerstäubersteüe zugeführt wird.

Gegenstand der Erfindung ist dann weiter eine zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung bestimmte Vorrichtung. Bei dieser wird ausgegangen von einem kolonnenförmigen Behälter mit mindestens einer Arbeitsstufe und einem Endtropfenabscheider, dessen Kontaktraum mindestens einen durch eine senkrechte Welle angetriebenen Flüssigkeits-Fliehkraftzerstäuber aufweist und an dessen Innenwand oberhalb der Zerstäubungsstelle eine ringförmige Umfangsrinne mil: einer auf den Zerstäuber zuführenden Sammelrinne angeordnet ist.

Gemäß der Erfindung wird dann die gestellte Aufgabe in bezug auf die Vorrichtung dadurch gelöst, daß über jeder der Zerstäubungsstellen aus mindestens einem Zerstäubungsteller des Fliehkraftzerstäubers zusätzlich zu der ringförmigen Umfangsrinne ein durchströmter Tropfenabscheider angeordnet ist, von dem die Flüssigkeit jeweils dem unter ihm liegenden Zerstäuber wieder zugeführt wird.

Sowohl das Verfahren als auch die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens werden durch die in den Unteransprüchen enthaltenen Merkmale in zweckmäßiger Weise weitergebildet.

Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw der erfindungsgemäßen Vorrichtung schlägt der grundsätzliche Nachteil bzw. die Einschränkung der bekannten Vorrichtungen, nämlich das Mitreißen der flüssigen Phase in Tropfenform bei hoher Gasgeschwindigkeit in der Vorrichtung über 2 bis 3 m/s, in einen Vorteil um. Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt bewußt die mitgerissenen Flüssigkeitstropfen, und die nachfolgende Abscheidung und wiederholte Versprühung ermöglichen auch bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten des Gases durch die Vorrichtung, d. h. etwa von 5 bis 9 m/s, den Kontakt zwischen Flüssigkeit und S Gas zu verbessern.

Im Arbeitsraum der Vorrichtung befindet sich die Flüssigkeit im ständigen Umlauf, d. h. die Flüssigkeit wird von einem Zerstäuber wiederholt versprüht, die vom Gas mitgerissenen Tropfen werden abgeschieden, lu und die Flüssigkeit wird abermals in den gleichen Zerstäuber zurückgeleitet. Ein beträchtlicher Teil der Flüssigkeit befindet sich somit im Schwebezustand. ]e höher der Anteil an mitgerissenen Tropfen ist, um so höher ist der Flüssigkeitsumlauf. In einer Arbeitsstufe ι S wird somit eine gröikre Flüssigkeitsmenge zurückgehalten und die Kontaktfläche vergrößert. Der Flüssigkeitsumlauf in einem Arbeitsabteil erfolgt ohne zusätzliche Vorrichtungen für den Flüssigkeitstransport. Die von einem Zerstäuber versprühte Flüssigkeitsmenge ist infolge des Umlaufes mehrfach größer als die primär eingespritzte Flüssigkeitsmenge. Die ^re'a^tlve Geschwindigkeit des Gases und der Tropfen ist hoch, was den Stoffaustausch zwischen den beiden Phasen «ünstig beeinflußt. Gleichzeitig kann im Gegenstrom 2s auch bei hohen Geschwindigkeiten, d. h. etwa vom .> bis 9 m/s, gearbeitet werden.

Beim Versprühen der Flüssigkeit entstehen T roplen von unterschiedlicher Größe. Tropfen kleinerer Durchmesser durchlaufen steilere Bahnen, die Bahnen größerer Tropfen sind weniger steil bzw. fallen ab. Ua nur ein Teil der Flüssigkeit im Umlauf stehen muß, ist es vorteilhaft, die Flüssigkeit an mehreren getrennten Stellen in verschiedenen Höhen über dem Zerstäuber abzuscheiden. Die in den höhergelegenen Stellen y, abgeschiedene Flüssigkeit wird zum ursprünglichen Zerstäuber zurückgeführt, und die an den tieferliegenden Stellen abgeschiedene Flüssigkeit wird dem nächst darunterliegenden Zerstäuber zugeleitet.

Die durchströmten Tropfenabscheider sind in Ricntung zur Achse der Vorrichtung geneigt, so daß die aufgefangene Flüssigkeit infolge Gefälles auf den ursprünglichen Zerstäuber zurückfließt, wodurch ein Umlauf im Arbeitsabteil, d. h. eine wiederholte Verspruhung und Abscheidung durch ein Funkt.onspaar 4-s Zerstäuber/Tropfenabscheider ermöglicht werden.

In der Vorrichtung ist praktisch keine Verengung des Strömungsprofils vorhanden. Die ein.-.ige Verengung verursachen nur die Zerstäuber und die durchströmten Tropfenabscheider; der von diesen hervorgerufene so Druckabfall ist verhältnismäßig gering. Durch Verwendung kegelförmiger Zerstäuberteller bei den Zerstäubern kann gegenüber flachen Zerstäubungsscheiben von gleichem Durchmesser bei denselben Drehzahlen eine größere Geschwindigkeit der versprühten Flüssiges keil erzielt werden, was durch ein größeres Andrucken der Flüssigkeit an den Zerstäubungsteller und eine längere Bahn über die Zerstäubungsteller-Oberflache vor deren Verlassen bewirkt wird.

Mittels eines Zerstäubungstellers in Form eines 6o Rotationskörpermantels mit mehreren Öffnungswinkeln kann eine unterschiedliche Richtung der versprühten Tropfen erreicht und die Beschleunigung der Flüssigkeit durch die Zerstäubungstellergestaltung optimalisiert werden.

_(Λ Für größere Flüssigkeitseinläufe ist es vorteilhaft, den Zerstäuber aus mehreren übereinander angeordneten Zerstäubungstellern der angeführten Formen auszufuhren wobei der obere Zerstäubungsteller einen Teil der

Einspritzflüssigkeit durch das Mittelloch auf den tieferliegenden Zerstäubungsteller durchläßt, bis der unterste Zerstäubungsteller die Restflüssigkeit versprüht. Es entsteht ein aus mehreren Schichten bestehender Strom versprühter Flüssigkeit, und die Flüssigkeit kann auch bei großem Zulauf auf den Zerstäuber in feine Tropfen versprüht werden, wodurch der Gas/Flüssigkeit-Kontakt verbessert wird.

Bei größeren Mengen der versprühten Flüssigkeit bildet sich am Rand des Zerstäubers ein Film, der in kurzer Entfernung vom Tellerrand in Tropfen zerfällt. In diesem engen Bereich wird die Flüssigkeit vom Gas stärker mitgeführt, und die Tropfen besitzen infolge dieser Erscheinung eine größere Tendenz, sich in steileren Bahnen zu bewegen. Dadurch werden teilweise die horizontale Flugbahn der Tropfen und infolgedessen auch der Durchmesser der Vorrichtung eingeschränkt. Deswegen ist es vorteilhaft, besonders bei Vorrichtungen großer Durchmesser, erfindungsgemäß unter den Zerstäubungsstellen noch Abschirmungsteller anzubringen, die die Tropfenbildungsstellen am Zerstäubungstellerrand vom Gasstrom abschirmen, wodurch die horizontale Flugbahn der Tropfen verlängert und eine Vergrößerung des Vorrichtungsdurchmessers ermöglicht werden.

Bei Ausführung der durchströmten Tropfenabscheider nur im ringförmigen Raum am inneren Umfang des Behältermantels in einigen oder allen Arbeitsabteilen findet in der Vorrichtung eine Gasströmung längs der Welle ohne Druckabfallerhöhung statt. Tropfen, die durch die Mitte der Vorrichtung, wo sich kein Tropfenabscheider befindet, strömen, sind von kleinem Durchmesser und bilden nur einen geringen Volumenanteil der versprühten Flüssigkeit. Sie können durch die Wasserblende in der höherliegenden Arbeitsstufe oder in dem ganzen Querschnitt der Vorrichtung ausfüllenden Tropfenabscheider einer höherliegenden Arbeitsstufe abgeschieden werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung soll anhand eines in der einzigen Figur veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.

Der Vorrichtungsbehälter besteht aus einem zylinderförmigen Kontaktraum 1 mit konischem Boden 2 und trichterförmig erweitertem Kopf 3. Durch die Mitte der Vorrichtung verläuft die über einen Elektromotor 6 mit stufenlos regelbarem Getriebe angetriebene vertikale Welle 4, auf der in den einzelnen Arbeitsstufen Zerstäubungsteller 5 angebracht sind. Unter den einzelnen Zerstäubungstellern 5 sind Abschirmungsteller 15 angebracht. Im Kontaktraum 1 befinden sich durchströmte Tropfenabscheider 7, die auf ringförmigen Umfangsrinnen 8 und Sammelrinnen 14 aufgesetzt sind. Im trichterförmig erweiterten Kopf 3 ist ein radialer Endtropfenabscheider 9 angeordnet. Die Flüssigkeit tritt durch den Eintrittsstutzen 10 ein und fließt durch den.Stutzen 11 ab. Das Gas tritt durch den Stutzen 12 unten ein und durch den Stutzen 13 oben aus.

Die durch den Eintrittsstutzen 10 eingeführte Flüssigkeit strömt auf den Zerstäubungsteller 5. Durch dessen Drehbewegung wird sie über den ganzen Querschnitt des Kontaktraumes versprüht, wobei sie als Polydispersion verteilt wird. Die kleineren Tropfen dieser Polydispersion werden durch dem vom Stutzen 12 aufsteigenden Gasstrom mitgerissen und in dem durchströmten Tropfenabscheider 7 abgeschieden. Die Tropfenabscheider 7 sind derart zur Mitte der Vorrichtung geneigt, daß die Flüssigkeit durch Gefälle

ίο in die quer durch die Vorrichtung verlaufende Sammelrinne 14 abfließt. Diese Sammelrinne 14 führt dann die abgeschiedene Flüssigkeit zurück auf die Zerstäubungsteller 5 der gleichen Arbeitsstufe. Die großen Tropfen werden an die innere Wand des Kontaktraumes 1 geschleudert, an der sie in die ringförmigen Umfangsrinnen 8 ablaufen, von wo die Flüssigkeit in die Sammelrinne 14 und von dort auf die nächsttieferen Zerstäubungsteller 5 geleitet wird. Die ringförmigen Umfangsrinnen 8 sind unter dem gleichen Winkel wie die durchströmten Tropfenabscheider 7 geneigt Die durchströmten Tropfenabscheider 7 sind an der ringförmigen Umfangsrinne 8 befestigt, auf der Sammelrinne 14 aufgesetzt und münden in diese ein. Ein je höherer Anteil an mitgerissenen Tropfen erzielt wird, um so größer wird die in einer Arbeitsstufe, d. h. zwischen einem durchströmten Flüssigkeitsabscheider 7 und einem tieferliegenden, durch einen Zerstäubungsteller 5 und einen Abschirmteller 15 gebildeten Zerstäuber zurückgehaltene Flüssigkeitsmenge, um so größer werden der Flüssigkeitsumlauf und die Wirksamkeit des gegenseitigen Kontaktes beider Phasen.

Der zur Verhinderung des Entweichens von Flüssigkeitsnebel aus der Vorrichtung am Gasaustritt aus dem Kontaktraum vorgesehene Endtropfenabscheider 9 wird vorteilhaft in radialer Form ausgeführt, wodurch eine Herabsetzung der Strömungsgeschwindigkeit des Gases im Abscheider und dadurch auch bei einfacher Bauweise ein hoher Abscheidegrad bei geringem Druckabfall erreicht werden kann. Die im Endtropfenabscheider 9 abgeschiedene Flüssigkeit wird auf den obersten Zerstäubungsteller 5 zurückgeführt.

Die Flüssigkeit im Kontaktraum fällt schließlich vor den oben am Kontaktraum 1 angeordneten Einlauf 10 über die einzelnen Arbeitsstufen 5 im Gegenstrom zum Gasstrom zum Boden der Vorrichtung und wird durch den Stutzen 11 abgeführt.

In extreme Gasmengen verarbeitenden Vorrichtungen, wo die radiale Sprühweite eines Zerstäubers nicht ausreicht, d. h. die Bedeckung des ganzen durchströmten Vorrichtungsprofils nicht ermöglichen würde, ist es vorteilhaft, mehrere vertikale Wellen mit Zerstäubern derart anzuordnen, daß ihre radiale Sprühweite das ganze durchströmte Profil des Kontaktraumes überdeckt. Die Zerstäuber einer Arbeitsstufe können in verschiedenen Ebenen angeordnet werden. Auch bei dieser Lösung ergibt sich eine aufrechtstehende Vorrichtung mit geringer Stellfläche.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

22 46 !44 Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erzielung eines wirksamen Kontakts zwischen Flüssigkeit und Gas durch Flüssigkeitszerstäubung, bei dem die Tropfen der versprühten Flüssigkeit in einzelnen Arbeitsstufen des Kontaktraumes in einen aufsteigenden Gasstrom geschleudert werden und bei dem die Flüssigkeit im Gegenstrom zum Gasstrom einer tieferliegenden Zerstäuberstelle zugeieitet und im untersten Teil des Kontaktraumes aus dem Prozeß abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des aufsteigenden Gasstromes größer ist als die Sinkgeschwindigkeit eines Teils der Flüssigkeitstropfen, und mindestens ein Teil der dadurch mitgerissenen Flüssigkeitstropfen über der Ebene der Zerstäubungsstellen abgeschieden und der ursprünglichen Zerstäubungsstelle wieder zugeführt wird, während der Rest der Flüssigkeit der tieferliegenden Zerstäubungsstelle zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tropfen an der Zerstäubungsstelle in einer oder mehreren Ebenen abgeschleudert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zerstäubte Flüssigkeit an mehreren, in verschiedenen Ebenen liegenden, gegeneinander abgegrenzten Stellen aufgefangen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an einigen Zerstäuberstellen die abgeschleuderten und hochgerissenen Flüssigkeitstropfen durch den aus groben Flüssigkeitsteilchen bestehenden Flüssigkeitsnebeln der jeweils nachfolgenden höheren Arbeitsstufe abgeschieden werden.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 4, die aus einem kolonnenförmigen Behälter mit mindestens einer Arbeitsstufe und einem Endtropfenabscheider besteht, dessen Kontaktraum mindestens einen durch eine senkrechte Welle angetriebenen Flüssigkeits-Fliehkraftzerstäuber aufweist und an dessen Innenwand oberhalb der Zerstäuberstelle eine ringförmige Umfangsrinne mit einer auf den Zerstäuber zuführenden radialen Sammelrinne angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß über jede der Zerstäubungsstellen aus mindestens einem Zerstäubungsteller (5) des Fliehkraftzerstäubers zusätzlich zu der ringförmigen Umfangsrinne ein durchströmter Tropfenabscheider (7) angeordnet ist, von dem die Flüssigkeit jeweils dem unter ihm liegenden Zerstäuber wieder zugeführt wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zersläubungsteller (5) als flache Kreisringe ausgebildet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäubungsteller (5) die Form von Kegelstumpfmänteln bzw. Rotationskörpermänteln mit mehreren Öffnungswinkeln haben.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß an den Zerstäubungstellern (5) mindestens ein Abschirmteller (15) angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der durchströmte Tropfenabscheider (7) in Form mindestens einer mechanischen Abscheiderplatte ausgebildet und so zur Mitte des Kontaktraumes geneigt ist, daß die an ihnen ablaufende Flüssigkeit über die unter ihr verlaufende Sammelrinne (14) zum Zerstäubungsteller (5) zurückfließt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der durchströmte Tropfenabscheider (7) in einigen Arbeitsstufen nur in einem ringförmigen Raum an der Innenwand des Kontaktraums (1) angeordnet ist und im Innenbereich des Kontaktraums ein freier Durchgang besteht.