RU2033242C1

RU2033242C1 - Gas cleaning device

Info

Publication number: RU2033242C1
Authority: RU
Inventors: В.В. Коряков; Ю.А. Колпаков; Н.Е. Золотарев; А.С. Ахметов; М.И. Резеньков; А.С. Щекотуров
Original assignee: Череповецкое акционерное общество открытого типа "Аммофос"
Priority date: 1991-01-18
Filing date: 1991-01-18
Publication date: 1995-04-20

Abstract

FIELD: chemical industry. SUBSTANCE: device has two parallel Venturi tubes 1 connected with drip trap 11 through acceleration pipes 8 and coagulation pipe 9. Spray nozzles 5 are installed in converging tubes, diffusers and acceleration pipes. Swirlers 12 with conical flow stabilizers 13 are arranged in Venturi tube necks. Drip trap 11 has additional tangential gas inlet connection installed at angle of 180 degrees towards main connection. EFFECT: enhanced quality of gas cleaning. 5 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для проведения процессов массообмена и может быть использовано в химической и других отраслях для контактирования газа и жидкости в условиях интенсивного массообмена. The invention relates to devices for carrying out mass transfer processes and can be used in chemical and other industries for contacting gas and liquid in conditions of intensive mass transfer.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для очистки газа, содержащее подводящий и отводящий газоходы, систему орошения, массообменную камеру, выполненную в виде двух параллельно расположенных вертикальных труб Вентури, диффузоры которых сообщены с каплеуловителем. The closest technical solution to the invention is a gas purification device containing inlet and outlet ducts, an irrigation system, a mass transfer chamber made in the form of two parallel vertical venturi tubes, the diffusers of which are in communication with a droplet eliminator.

В качестве основного недостатка следует отметить меньшую степень улавливания, так как взаимодействие газ-жидкость происходит только в горловине и диффузоре и определяется главным образом скоростью газа, которая в диффузоре резко падает. A lower drawback should be noted as the main drawback, since the gas-liquid interaction occurs only in the neck and diffuser and is mainly determined by the gas velocity, which drops sharply in the diffuser.

Целью изобретения является интенсификация массообмена, снижение гидравлического сопротивления и проскока целевых компонентов. The aim of the invention is the intensification of mass transfer, reducing hydraulic resistance and the slip of the target components.

Это достигается тем, что в устройстве для очистки газа типа трубы Вентури, включающем подводящий и отводящий патрубки, массообменную камеру, систему орошения и каплеуловитель, массообменная камера выполнена в виде двух параллельно расположенных труб Вентури, диффузоры которых соединены с каплеуловителем через выведенные в коагуляционную трубу соосно расположенные разгонные трубы, при этом в устройстве имеется входная камера в виде коагуляционной трубы, и тангенциального патрубка, соединенного с каплеуловителем. This is achieved by the fact that in a gas purification device such as a Venturi pipe, including inlet and outlet pipes, a mass transfer chamber, an irrigation system and a droplet eliminator, the mass transfer chamber is made in the form of two parallel venturi tubes, the diffusers of which are connected to the droplet eliminator through the coaxially discharged into the coagulation tube located booster pipes, while the device has an inlet chamber in the form of a coagulation pipe, and a tangential pipe connected to a droplet eliminator.

При этом трубы Вентури имеют вертикальное расположение, а система орошения выполнена в виде распыливающих форсунок, установленных в конфузорах, диффузорах и разгонных трубах. At the same time, the venturi pipes are vertical, and the irrigation system is made in the form of spray nozzles installed in confusers, diffusers and booster pipes.

Причем разгонные трубы могут быть расположены по нормали к продольной оси тангенциального патрубка каплеуловителя, а сам каплеуловитель снабжен дополнительным тангенциальным патрубком, расположенным под углом 180^о навстречу основному и соединенным с разгонными трубами через коагуляционную трубу.Wherein the acceleration tube may be disposed normal to the longitudinal axis of the tangential nozzle eliminator, and the drip tray is provided with an additional tangential conduit arranged at an angle of ¹⁸⁰ ° towards the main and connected to overclocking pipes through the coagulation tube.

Кроме того, в горловинах труб Вентури установлены завихрители с коническими стабилизаторами вращения потока. In addition, swirls with conical stabilizers of flow rotation are installed in the necks of the Venturi tubes.

Повышение эффективности улавливания (интенсификация процесса массообмена) обеспечивается за счет интенсивного взаимодействия в системе газ-жидкость в трубах Вентури и дополнительного эффекта встречных струй при смешении потоков, выходящих из разгонных труб (с относительной скоростью не менее 30-50 м/с), а также наличия нескольких (3 и более) ступеней орошения. The increase in capture efficiency (intensification of the mass transfer process) is provided due to the intense interaction in the gas-liquid system in the venturi and the additional effect of the opposing jets when mixing the flows leaving the booster tubes (with a relative speed of at least 30-50 m / s), as well as the presence of several (3 or more) irrigation stages.

Снижение гидравлического сопротивления обеспечивается за счет разделения очищаемого газа на два потока. The reduction in hydraulic resistance is achieved by dividing the gas to be cleaned into two streams.

На фиг. 1 изображено предложенное устройство для очистки газа, общий вид; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1. In FIG. 1 shows the proposed device for gas purification, General view; in FIG. 2, section AA in FIG. 1.

Устройство содержит массообменную камеру в виде двух параллельно установленных труб Вентури 1, состоящих каждая из подводящего газохода или газовой коробки 2, конфузора 3, диффузора 4, систему орошения в виде распыливающих форсунок 5, горловину 6 труб Вентури 1, выходные колена 7, которые соединены с разгонными трубами 8, в которых также установлены форсунки 5 системы орошения, при этом торцевые срезы разгонных труб 8 расположены соосно на определенном расстоянии во входной камере в виде коагуляционной трубы 9, которая соединена с тангенциальным патрубком 10 цилиндрического каплеуловителя 11. The device comprises a mass transfer chamber in the form of two parallel Venturi tubes 1, each consisting of a supply duct or gas box 2, a confuser 3, a diffuser 4, an irrigation system in the form of spray nozzles 5, a mouth 6 of Venturi tubes 1, output bends 7, which are connected to booster tubes 8, in which nozzles 5 of the irrigation system are also installed, while the end sections of booster tubes 8 are located coaxially at a certain distance in the inlet chamber in the form of a coagulation tube 9, which is connected to the tangential m of the cylindrical pipe 10 eliminator 11.

Разгонные трубы 8 установлены с небольшим наклоном в сторону коагуляционной трубы 9. Accelerating pipes 8 are installed with a slight slope towards the coagulation pipe 9.

Внутри труб Вентури 1 в горловине 6 установлены конические лопастные завихрители газжидкостного потока 12 с коническими стабилизаторами вращения потока 13. Стенки диффузоров 4 труб Вентури 1 выполнены гофрированными в поперечном сечении. Inside the venturi 1 in the neck 6, conical blade vortexes of gas-liquid flow 12 with conical stabilizers of rotation of the flow 13 are installed. The walls of the diffusers 4 of the venturi 1 are corrugated in cross section.

Каплеуловитель 11 может быть снабжен дополнительным тангенциальным патрубком 14, установленным под углом 180^о к основному патрубку 10 и соединенным с дополнительным участком 15 коагуляционной трубы 9.Droplet 11 may be provided with an additional tangential nozzle 14 mounted at an angle ^of 180 to the main pipe 10 and coupled to the additional portion 15 of the coagulation tube 9.

Высоту Н конфузора (основные соотношения) трубы Вентури 1 изменяют в пределах 1,5-2,0 диаметра (D) газовой коробки, а Н диффузора трубы Вентури изменяют в пределах 3-5 D газовой коробки. Высоту горловины Н_горл трубы Вентури изменяют в пределах 0-0,1 D газовой коробки. Диаметры основания конического лопастного завихрителя 12 и D горловины 6 трубы Вентури принимаем одинаковыми с целью исключения проскок газа и жидкости в диффузор без взаимодействия. Диаметр большого основания обтекателя 16 принимают обычно равным 0,5-0,9 D_горл, трубы Вентури. Эти параметры обеспечивают максимальную эффективность массообмена при минимальном гидравлическом сопротивлении трубы Вентури. При Н_{кон.обт.} менее 1,0 D_горл. трубы Вентури резко возрастает гидравлическое сопротивление и, следовательно, энергозатраты на обработку газа. При Н_{кон.обт.} более 2,0 D снижается эффект поддержки вращения газожидкостного потока за счет отжимного эффекта обтекателя. Уменьшение D_{осн.кон.} обтекателя менее чем 0,5 D_гор. трубы Вентури снижает эффект поддержания закрутки газожидкостного по тока, что снижает соответственно эффективность массообмена в закрученном газожидкостном потоке. Увеличение D_{осн.кон} обтекателя более чем 0,9 D_горл. приводит к повышению эффективности взаимодействия, но резко возрастает гидравлическое сопротивление трубы Вентури, что ведет или к росту энергозатрат, или к ограничению пропускной способности по очищаемому газу. Конический лопастной завихритель и обтекатель соединены между собой несущим стержнем в единое целое для придания жесткости конструкции.The height H of the confuser (basic ratios) of the venturi 1 is changed within 1.5-2.0 of the diameter (D) of the gas box, and the diffuser H of the venturi 1 is changed within 3-5 D of the gas box. The height H of the neck of the Venturi _throats change within the gas box 0-0,1 D. The diameters of the base of the conical blade vortex swirl 12 and D of the neck 6 of the venturi are assumed to be the same in order to prevent leakage of gas and liquid into the diffuser without interaction. The diameter of the large base of the fairing 16 is usually taken equal to 0.5-0.9 D _neck , venturi. These parameters provide maximum mass transfer efficiency with minimal hydraulic resistance of the venturi. When N _con.obt. less than 1.0 D _throat. Venturi pipes sharply increases hydraulic resistance and, consequently, energy consumption for gas processing. When N _con.obt. more than 2.0 D, the effect of supporting the rotation of the gas-liquid flow is reduced due to the squeezing effect of the fairing. Decrease D _main fairing less than 0.5 D _mountains. Venturi pipes reduce the effect of maintaining the swirl of the gas-liquid flow, which reduces, accordingly, the mass transfer efficiency in the swirling gas-liquid flow. D Increasing _osn.kon fairing more than 0.9 D _throats. leads to an increase in the interaction efficiency, but the hydraulic resistance of the venturi increases sharply, which leads either to an increase in energy consumption, or to a limitation of the throughput for the gas being cleaned. A conical blade swirler and a cowl are interconnected by a supporting rod in a single unit to give rigidity to the structure.

Высоту полуволны гофрированной стенки диффузора изменяют в пределах 0,015-0,050 D газовой коробки. При этом при высоте гофрированной стенки менее 0,015 D газовой коробки снижается эффект поперечных пульсаций скорости потока газа на массообмен, а также степень вторичного диспергирования вращающегося жгута жидкости, образующегося в результате взаимодействия газжидкостного потока и конического лопастного завихрителя, установленного в горловине трубы Вентури. При высоте полуволн гофрированной стенки диффузоров труб Вентури более 0,05 D газовой коробки резко возрастает гидравлическое сопротивление, что повышает энергозатраты на улавливание целевых компонентов. The height of the half-wave of the corrugated diffuser wall is varied within the range of 0.015-0.050 D of the gas box. At the same time, when the height of the corrugated wall is less than 0.015 D of the gas box, the effect of transverse pulsations of the gas flow velocity on the mass transfer, as well as the degree of secondary dispersion of the rotating fluid bundle resulting from the interaction of the gas-liquid flow and the conical blade vortex mounted in the neck of the Venturi pipe, are reduced. When the half-wave height of the corrugated wall of the venturi of the venturi is more than 0.05 D of the gas box, the hydraulic resistance sharply increases, which increases the energy consumption for capturing the target components.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Поступающий по общему газоходу газ, содержащий, например, аммиак и фтор, разделяют на два потока и подают в газовые коробки 2. Туда же через форсунки 5 с диспергатором прямотоком подают абсорбционные растворы. Поток газа в каждой трубе Вентури 1 смешивается с абсорбентом и поступает в горловину 6, где закручивается коническим лопастным завихрителем 12. При этом жидкость, диспергированная в газе, формируется в виде вращающегося жгута, выведенного на внутреннюю стенку диффузора 4 (2-я ступень контакта). Газ, вращаясь вокруг конического обтекателя 16, отжимается последним к стенке диффузора 4. При этом скорость вращения жгута жидкости меньше скорости вращения газового потока, что приводит к дополнительному поверхностному скольжению фаз газ-жидкость, а значит и к улучшению массообмена. Под воздействием кривизны поверхности диффузора (на гофре) жгут срывается с поверхности полуволны гофра и направляется к оси трубы Вентури 1. При этом оторвавшийся жгут абсорбента снова дробится вращающимся вокруг обтекателя 16 потоком газа и отбрасывается на стенку диффузора. The gas coming in through a common gas duct, containing, for example, ammonia and fluorine, is divided into two streams and fed into gas boxes 2. Absorption solutions are also fed there through nozzles 5 with a dispersant. The gas flow in each venturi 1 is mixed with absorbent and enters the neck 6, where it is twisted by a conical blade swirler 12. In this case, the liquid dispersed in the gas is formed in the form of a rotating bundle brought to the inner wall of the diffuser 4 (2nd stage of contact) . The gas, rotating around the conical fairing 16, is pressed last to the wall of the diffuser 4. In this case, the rotation speed of the liquid bundle is less than the rotation speed of the gas flow, which leads to additional surface sliding of the gas-liquid phases, and hence to an improvement in mass transfer. Under the influence of the curvature of the diffuser surface (on the corrugation), the tourniquet breaks off the surface of the corrugation half-wave and is directed to the axis of the venturi 1. In this case, the torn-off absorbent tourniquet is again crushed by the gas flow rotating around the fairing 16 and thrown onto the diffuser wall.

Описанный процесс повторяется на каждом последующем гофре. Это и наложение на поток газожидкостной смеси колебаний, обусловленных прохождением газа по трубе переменного сечения, способствует интенсификации массообмена. В диффузоре 4 после прохождения обтекателя 16 поток газа подвергается обработке абсорбентом, поступающим через форсунку 5 (3-я ступень контакта газ-жидкость). Пройдя диффузор 4, газовый поток поступает в колена 7, в которых под воздействием центробежных сил жидкая фаза сепарируется на внутренних стенках и стекает по низу. Вращение газового потока затухает и на входе в разгонные трубы 8 он движется поступательно. При этом на входе в разгонных трубах 8 установлены дополнительные форсунки 5 с диспергаторами абсорбционной жидкости. Таким образом, в прямотоке осуществляется 4-я ступень контакта газ-жидкость. The described process is repeated on each subsequent corrugation. This and the imposition of fluctuations caused by the passage of gas through a pipe of variable cross-section on the gas-liquid mixture flow contribute to the intensification of mass transfer. In the diffuser 4, after the passage of the fairing 16, the gas stream is treated with an absorbent entering through the nozzle 5 (3rd stage of gas-liquid contact). Having passed the diffuser 4, the gas flow enters the elbows 7, in which, under the influence of centrifugal forces, the liquid phase is separated on the inner walls and flows down the bottom. The rotation of the gas stream attenuates and at the entrance to the booster pipe 8 it moves forward. At the same time, additional nozzles 5 with dispersants of the absorption liquid are installed at the entrance to the booster tubes 8. Thus, in the direct flow is the 4th stage of gas-liquid contact.

Оба газожидкостных потока из разгонных труб 8 смешиваются в коагуляционной трубе 9. Так как торцы разгонных труб 8 расположены на расстоянии обычно 0,25-0,50 диаметра трубы 9, то в этом зазоре происходит смешение обоих газожидкостных потоков (при относительной скорости 30-50 м/с), дробление их на отдельные струи, движущиеся во взаимопротивоположных направлениях, при этом происходит заброс струй газожидкостного потока в разгонные трубы 8. Эффект забрасывания встречных струй в разгонные трубы приводит к дополнительному эффекту удерживания жидкой фазы (т.е. ее время пребывания в контакте с газом увеличивается). Интенсивное смешивание потоков, тонкое дробление абсорбента во встречных потоках и эффект удерживания адсорбента приводит к повышенной эффективности очистки газов от аммиака и фтора (до 99,5%). В то же время разделение потока между двумя трубами Вентури 1 снижает гидравлическое сопротивление установки в целом на 10-15% (по сравнению с существующими устройствами) при одинаковой эффективности несмотря на усложнение конструкций труб Вентури и наличие дополнительного сопротивления встречных струй. Both gas-liquid flows from the booster tubes 8 are mixed in the coagulation tube 9. Since the ends of the booster tubes 8 are usually located at a distance of 0.25-0.50 of the diameter of the pipe 9, both gas-liquid streams are mixed in this gap (at a relative speed of 30-50 m / s), crushing them into separate jets moving in opposite directions, while the jets of the gas-liquid flow are thrown into the booster tubes 8. The effect of dropping the oncoming jets into the booster tubes leads to the additional effect of retaining liquid elements (i.e., its residence time in contact with the gas is increased). Intensive mixing of the streams, fine crushing of the absorbent in the oncoming streams and the effect of retaining the adsorbent leads to increased efficiency of gas purification from ammonia and fluorine (up to 99.5%). At the same time, the separation of the flow between two Venturi pipes 1 reduces the hydraulic resistance of the installation as a whole by 10-15% (compared with existing devices) with the same efficiency despite the complication of the design of Venturi pipes and the presence of additional resistance of oncoming jets.

Из коагуляционной трубы 9 очищенный газ поступает в тангенциальный патрубок 10 цилиндрического каплеуловителя 11. Оси трубы 9 и тангенциального патрубка 10 совпадают и имеют наклон 3-5^о к горизонту для того, чтобы растворы абсорбции перетекали в нижнюю часть каплеотделителя, служащую как сборник растворов абсорбции. Очищенный от брызг абсорбента газ выбрасывается из каплеотделителя в атмосферу. Для более полного улавливания фтора возможна подача чистой воды в форсунки 5, расположенные в разгонных трубах 8. Дополнительно возможно орошение водой путем установки диспеpгатора в коагуляционной трубе и нижней части каплеуловителя 11. В случае выполнения каплеуловителя 11 с дополнительным тангенциальным патрубком 14 поток газа из общего газохода благодаря дополнительному участку 15 распределяется на два потока в коагуляционной трубе 7, направленных навстречу друг другу. Благодаря этому обеспечивается перемешивание этих потоков и дополнительное улавливание целевых компонентов (4-я усовершенствованная ступень контакта), не уловленных на более ранних стадиях очистки.From the coagulation tube 9 the purified gas flows into the tangential pipe 10 of the cylindrical tube 11. Axes eliminator 9 and a tangential pipe 10 coincide and have a slope of ^about 3-5 to the horizon to the absorption solution flowed into the bottom of the droplet separator, serves as a collection solution absorption. The gas purified from the absorbent spray is emitted from the droplet separator into the atmosphere. For a more complete capture of fluorine, pure water can be supplied to nozzles 5 located in the booster tubes 8. It is also possible to irrigate water by installing a dispersant in the coagulation tube and the lower part of the droplet eliminator 11. In the case of a droplet eliminator 11 with an additional tangential nozzle 14, the gas flow from the common gas duct thanks to the additional section 15 is distributed into two streams in the coagulation tube 7, directed towards each other. This ensures mixing of these streams and additional capture of the target components (4th improved contact stage) not captured at earlier stages of cleaning.

Для более полного улавливания аммиака используют растворы фосфорной кислоты (в смеси и с Н₂SO₄) с рН 1,5-2,0, а фтора рН 6,5-7,0.For a more complete capture of ammonia, solutions of phosphoric acid (mixed with H ₂ SO ₄ ) with a pH of 1.5-2.0 and fluorine pH of 6.5-7.0 are used.

Применение предложенной установки в производстве, например, минеральных удобрений позволит повысить эффективность улавливания аммиака и фтора до 95-99,5% что обеспечит минимальные выбросы аммиака до 30-50 мг/нм³, а фтора до 5-8 мг/нм³, что ниже существующих норм 1,5-2,0 раза; снизить гидравлическое сопротивление на 10-15% и за счет этого снизить энергозатраты на очистку газа; снизить материалоемкость систем очистки газа по сравнению с эксплуатируемыми в настоящее время.The application of the proposed installation in the production of, for example, mineral fertilizers will increase the capture efficiency of ammonia and fluorine up to 95-99.5%, which will ensure minimum emissions of ammonia up to 30-50 mg / nm ³ and fluorine up to 5-8 mg / nm ³ , which below existing standards 1.5-2.0 times; reduce hydraulic resistance by 10-15% and thereby reduce energy consumption for gas purification; reduce the consumption of gas purification systems compared with currently operating.

Claims

1. DEVICE FOR CLEANING GAS, containing inlet and outlet ducts, an irrigation system, a mass transfer chamber made in the form of two parallel vertical venturi tubes, the diffusers of which are in communication with a droplet eliminator, characterized in that, in order to intensify the mass transfer process, reduce hydraulic resistance and slip of the target components, it is equipped with an inlet chamber made in the form of a coagulation tube and a tangential pipe connected to a drop eliminator, and coaxially located and connected nennymi with diffusers Venturi tubes overclocking pipes, the ends of which are introduced into a coagulation pipe symmetrically and normal to its longitudinal axis.

2. The device according to claim 1, characterized in that the irrigation system is made in the form of spray nozzles installed in the confuser, diffuser and booster pipes.

3. The device according to claim 1, characterized in that it is equipped with swirlers with conical stabilizers of rotation of the flow installed in the neck of the venturi.

4. The device according to claim 1, characterized in that the walls of the venturi of the venturi pipes are transversely corrugated.

5. The device according to claim 1, characterized in that the droplet eliminator is equipped with an additional tangential nozzle located at an angle of 180 ^o towards the main one and connected to the booster pipes through a coagulation tube.