EA010123B1 - Способ абсорбции газа в жидкости и устройство для его осуществления - Google Patents

Abstract

Способ получения раствора газа в жидкости, в которой газ растворим, при этом раствор имеет заранее заданную концентрацию вплоть до насыщения. Газ и жидкость соединяют при регулируемой подаче в пропорции, соответствующей заранее заданной концентрации раствора, при этом газ и жидкость образуют поток, проходящий через общий канал. Газ и жидкость в потоке перемешиваются под действием гравитации, и перемешивание повторяют до того, как газ и жидкость разделились, для того чтобы газ, по существу, был абсорбирован жидкостью, образуя газожидкостный раствор с заранее заданной концентрацией. Для интенсификации перемешивания газа и жидкости поток можно турбулизировать. Устройство для осуществления процесса содержит контур, включающий непрерывный трубчатый змеевик, образованный множеством секций, обращенных вверх и вниз. Внутри трубчатого змеевика преимущественно располагаются элементы, создающие турбулентность, а также предусмотрен клапан, поддерживающий давление, который поддерживает заранее заданное повышенное давление в контуре. Трубчатый змеевик преимущественно имеет форму горизонтальной спирали.

Description

Настоящее изобретение относится к способу получения раствора газа в жидкости, в которой данный газ растворим, при этом раствор имеет заранее заданную концентрацию, вплоть до насыщенной, и к устройству для его осуществления.

Растворение газа в жидкости обычно называют абсорбцией, и она происходит несколькими известными и распространенными способами. Абсорбцию можно осуществить в колонне, в так называемой абсорбционной колонне, в которой газ протекает в противотоке по отношению к циркулирующей жидкости. Также ее можно осуществить с помощью жидкостного струйного насоса, при этом абсорбция происходит в микрокаплях, образуемых в струе жидкости. Также можно использовать некоторые другие технологии, в основном в противотоке, при котором создается наибольшая возможная поверхность контакта между газом и жидкостью.

Общим для известных способов осуществления абсорбции и для существующих абсорбционных аппаратов является их потребность в более или менее непрерывном ручном мониторинге. Они также требуют наличия системы компонентов, которая может быть крупной или сложной. С точки зрения эффективности, потребности в площадях, мер безопасности, требований к работе и экономии нежелательно, чтобы способ составлял часть сложного процесса. Часто необходимо иметь возможность осуществления абсорбции в широком интервале скоростей потоков и иметь возможность выбора концентрации производимого раствора. Также может оказаться необходимым, чтобы газ был почти полностью абсорбирован жидкостью, так чтобы не было необходимости в утилизации иногда, возможно, ядовитых и экологически небезопасных газов. Более того, для экономии площади или с точки зрения используемых материалов могут понадобиться небольшие размеры.

Задачей настоящего изобретения является способ и подходящее устройство для осуществления управляемой газожидкостной абсорбции, не требующие всестороннего мониторинга процесса и в то же время не имеющие недостатков, упомянутых в самом начале.

С этой целью предложены способ и устройство, имеющие особенности, сформулированные в приведенной ниже формуле изобретения.

Согласно настоящему изобретению газ и жидкость смешивают при контролируемой подаче в пропорции, соответствующей заранее заданной концентрации раствора. Из газа и жидкости создают поток, проходящий через общий канал. Газ и жидкость перемешиваются под действием гравитации, и перемешивание повторяют до того, как наступит время разделения газа и жидкости, причем газ, по существу, абсорбируется в жидкости, образуя газожидкостный раствор заранее заданной концентрации.

Предпочтительно способ осуществляют таким образом, чтобы поток был турбулизирован для интенсификации перемешивания газа и жидкости. По возможности перемешивание проводят под давлением выше атмосферного.

В целом процесс подходит для любого сочетания газа и жидкости, особенно для сочетаний, в отношении которых проведение абсорбции представляет собой сложность, а также при низкой растворимости. Тем не менее, процесс особенно подходит для абсорбции газообразного хлора в воде, если требуется раствор газообразного хлора, концентрацию которого необходимо выбирать в широком интервале и который имеет широкий диапазон расходов, и где с точки зрения проблем, связанных с материалами и охраной окружающей среды, необходимы сравнительно небольшие размеры аппарата.

Аппарат согласно изобретению состоит из канала, включающего непрерывный трубчатый змеевик, образованный множеством участков, направленных вверх и вниз. Преимущественно в трубчатом змеевике располагаются элементы, создающие турбулентность, и предпочтительно, чтобы для поддержания заранее заданного избыточного давления в контуре имелся клапан, поддерживающий давление. Предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, трубчатый змеевик был установлен в защитном кожухе, устойчивом к давлению. Трубчатый змеевик может быть преимущественно снабжен насадочными элементами и/или складками для интенсификации перемешивания газа и жидкости. Соответственно трубчатый змеевик имеет форму горизонтальной спирали такой длины, которую можно изменять в зависимости от осуществляемого процесса абсорбции.

В дальнейшем изобретение будет описано более подробно со ссылкой на прилагаемый чертеж, который иллюстрируют принцип предпочтительного устройства для осуществления абсорбции.

Абсорбция газа в жидкости происходит благодаря управляемой подаче газа, такого как газообразный хлор, в канал А и жидкости, такой как вода, в канал В трубопроводной системы. Во время абсорбции в системе можно поддерживать постоянное соотношение между скоростью потока газа и скоростью потока жидкости с помощью ограничительного устройства 2 для газа и ограничительного устройства 4 для жидкости. Давление в системе можно измерять с помощью ряда индикаторов (Р1) давления, а скорости потоков можно измерять с помощью ряда индикаторов (Р1) скорости потока в каналах. Потоки газа и жидкости встречаются, после чего происходит дисперсное перемешивание газа с жидкостью, и жидкость пропускают в систему при определенном избыточном давлении через непрерывный трубчатый змеевик 5, образованный множеством трубчатых участков, направленных вверх и вниз, которые образуют горизонтальную спираль или структуру, имеющую подобную форму. Когда газ и жидкость проходят через повороты змеевика 5, они неоднократно перемешиваются, при этом постоянно сохраняется благоприятная поверхность контакта между газом и жидкостью. Для интенсификации перемешивания, соответст

- 1 010123 венно, трубчатый змеевик 5 снабжен элементами, которые на чертеже не показаны, такими как складки для турбулизации в протекающем потоке, которые таким образом повышают эффективность абсорбции. Количество поворотов трубчатого змеевика 5 тоже может изменяться для оптимизации абсорбции. Более того, трубчатый змеевик 5 может быть снабжен насадочными элементами, которые способствуют абсорбции, так что при этом можно использовать более короткий трубчатый змеевик 5. Избыточное давление (Р4) поддерживается в аппарате с помощью клапана 6 для ускорения процесса. Газожидкостная смесь покидает трубопроводную систему через соединение С.

Для целей безопасности может оказаться важным предотвращение обратного течения в газовом канале А и в жидкостном канале В. С этой целью недостаточно иметь обычные обратные клапаны, а предпочтительно отслеживать давление в этих каналах. Условия, которым необходимо удовлетворять - это условия, при которых давление Р1>Р2>Р3, а если это условие не выполняется, то клапаны 1 и 3 автоматически запираются для предотвращении обратного течения. Также для предотвращения обратного течения можно контролировать расходы с.|| и с.|₂.

Изобретение обеспечивает ряд важных преимуществ по сравнению с известным уровнем техники. Эти преимущества можно охарактеризовать следующим образом.

Абсорбция эффективна в широком интервале скоростей потока, потому что перемешивание газа и жидкости происходит только с помощью гравитации и повторяется на каждом повороте трубчатого змеевика, по сравнению, например, со статическим смесителем или подобным аппаратом, в котором достаточная турбулентность достигается в узком интервале скоростей потоков.

Абсорбцию можно сделать более эффективной с помощью складок или насадочных элементов в трубчатом змеевике, которые позволяют повысить турбулентность и увеличить контакт между газом и жидкостью.

Абсорбцию также можно ускорить, поместив систему в подходящие заданные условия повышенного давления. Дорогостоящие материалы, которые часто требуются в коррозийных средах, таких как хлор, требуют использования компактного и экономичного с точки зрения расхода материалов устройства.

Нет необходимости в отдельной утилизации газа, поскольку скорость потока жидкости регулируют для обеспечения растворения газа.

Во время обработки хлора система содержит меньше хлора, чем это возможно в иных случаях, и, следовательно, нужно обрабатывать меньше хлорированной воды. В результате уменьшается риск утечки и, соответственно, улучшается состояние окружающей среды и повышается безопасность персонала.

Отсутствует необходимость в некотором количестве циркулирующей жидкости, поскольку имеется только «единственный» путь течения.

Возможна компактная конструкция, позволяющая поместить трубчатый змеевик, а возможно и всю систему, в устойчивый к давлению кожух, если необходимо выполнять особенно жесткие требования, касающиеся окружающей среды и безопасности.

Предполагается, что аппарат является менее дорогостоящим, чем существующие системы, поскольку его компоненты и/или части могут иметь небольшие размеры.

Claims (10)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Способ получения раствора газа в жидкости с заранее заданной концентрацией вплоть до насыщенной, включающий соединение газа и жидкости друг с другом при регулируемой подаче в пропорции, соответствующей заранее заданной концентрации раствора, и образование из газа и жидкости потока, проходящего через общий канал так, что указанный поток поочередно протекает вверх и вниз.
2. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что поток турбулизируют для интенсификации перемешивания газа и жидкости.
3. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что перемешивание проводят под давлением, превышающим атмосферное давление.
4. 4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что газ является хлором, а жидкость является водой.
5. 5. Устройство для осуществления способа по п.1, содержащее трубчатый змеевик, образованный множеством трубчатых частей, направленных поочередно вверх и вниз.
6. 6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что трубчатый змеевик снабжен элементами, создающими турбулентность.
7. 7. Устройство по пп.5 и 6, отличающееся наличием клапана, сохраняющего заранее заданное повышенное давление в канале.
8. 8. Устройство по любому из пп.5-7, отличающееся тем, что трубчатый змеевик установлен в защитном кожухе, устойчивом к давлению.
9. 9. Устройство по любому из пп.6-8, отличающееся тем, что трубчатый змеевик снабжен складками.
10. 10. Устройство по любому из пп.5-8, отличающееся тем, что трубчатый змеевик имеет форму горизонтальной спирали.