RU2124939C1 - Способ контактирования газа и жидкости и аппарат для его осуществления - Google Patents

Способ контактирования газа и жидкости и аппарат для его осуществления Download PDF

Info

Publication number
RU2124939C1
RU2124939C1 RU95116907A RU95116907A RU2124939C1 RU 2124939 C1 RU2124939 C1 RU 2124939C1 RU 95116907 A RU95116907 A RU 95116907A RU 95116907 A RU95116907 A RU 95116907A RU 2124939 C1 RU2124939 C1 RU 2124939C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gas
liquid
pipe
stages
last
Prior art date
Application number
RU95116907A
Other languages
English (en)
Other versions
RU95116907A (ru
Inventor
В.Н. Новожилов
А.М. Кутепов
А.В. Соловьев
Original Assignee
Новожилов Василий Николаевич
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Новожилов Василий Николаевич filed Critical Новожилов Василий Николаевич
Priority to RU95116907A priority Critical patent/RU2124939C1/ru
Publication of RU95116907A publication Critical patent/RU95116907A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2124939C1 publication Critical patent/RU2124939C1/ru

Links

Landscapes

  • Gas Separation By Absorption (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

Использование: в химической технологий. Способ состоит в том, что газ и жидкость подают в нижнюю часть вертикальной трубы, процесс ведут в три или более последовательных стадии, причем первую и последнюю стадии осуществляют в режиме устойчивого восходящего прямотока, а средние одну или несколько стадий осуществляют в режиме инверсии фаз (т.е. в режиме захлебывания). Предпочтительные скорости газа определяются соотношениями: для первой и последней стадии w1 = (1oC2)w0; w0 = 3,13(D•ρжг)0,5; для средних стадий wc = (0,5oC1,0)w0, для снижения уноса брызг в последней стадии предпочтительна скорость газа wп = (1oC1,25)•w0. При указанных условиях повышается эффективность процессов переноса. Аппарат включает три или более вертикальные рабочие трубы, нижний узел ввода газа и жидкости, верхний узел вывода газа и жидкости, рабочие трубы соединены последовательно коническими переходами, диаметр первой (нижней) трубы и диаметр средней трубы Dc находятся в соотношении D1/Dc = 0,55oC0,95. Предпочтительные размеры определяются соотношениями: Dп/Dc = 0,7oC0,9 (Dп - диаметр последней, т.е. верхней трубы); конические переходы имеют угол при вершине 10oC20oC. 2 с. и 5 з.п.ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относится к области процессов и аппаратов химической технологии. Предлагаемый способ предназначен для осуществления таких процессов, как абсорбция, десорбция, охлаждение или нагревание газов при непосредственном контакте с жидкостями, насыщение их парами или конденсация паров из газовых смесей, проведение химических реакций, очистка газов от пыли и аэрозолей, дезодорация и т.д. В особенности этот способ рекомендуется для процессов, определяемых диффузионным сопротивлением жидкой фазы.
Известен способ контактирования газа и жидкости в режиме инверсии фаз (в режиме захлебывания) [1]. Этот режим характеризуется высокой интенсивностью протекания процессов в жидкой фазе. Но в силу неустойчивости гидродинамического режима этот способ трудно поддается управлению. Его разрабатывают в основном применительно к аппаратам с нерегулярной насадкой.
Известен способ контактирования газа и жидкости, осуществляемый в вертикальных трубах при высоких скоростях газа, обеспечивающих прямоточное восходящее течение газа и жидкости [2]. Газ и жидкость подают в нижнюю часть трубы. В верхней части трубы жидкость отделяется от газа в виде пленки, переливающейся через края трубы. При этом способе интенсивно протекают диффузионные процессы в газовой фазе, а процессы в ламинарной пленке жидкости интенсифицируются в меньшей мере. Время пребывания жидкости невелико и часто недостаточно для осуществления реакций в жидкой фазе.
Известно также устройство для контактирования газа и жидкости, включающее несколько вертикальных рабочих труб с различным поперечным сечением, соединенных последовательно коническими переходами, нижний узел ввода газа и жидкости, и верхний узел вывода газа и жидкости [3]. Такое устройство предназначено для работы в газлифтном режиме, при котором соотношение газовой и жидкой фаз очень мало, что не позволяет эффективно использовать этот аппарат в процессах абсорбции, десорбции и ректификации.
Цель изобретения, касающаяся способа, состоит в том, чтобы создать такой способ контактирования газа и жидкости, который сочетал бы положительные черты обоих указанных выше известных способов: он должен характеризоваться высокой интенсивностью протекания процессов обмена как в жидкой, так и в газовой фазе и обладать устойчивостью, то есть воспроизводиться в некотором диапазоне скоростей газа при заданной норме подачи жидкости.
Поставленная цель достигается следующим образом.
Газ и жидкость подают в нижнюю часть вертикальной трубы, а выводят в верхней части. Процесс ведут в три или более стадии, различающиеся скоростью газа. Первую и последнюю стадии проводят в режиме устойчивого восходящего прямотока. А средние одну или несколько стадий осуществляют в режиме инверсии фаз (то есть в режиме захлебывания). В последней стадии скорость газа предпочтительно назначать соответствующей режиму наименьшего брызгоуноса.
Цель изобретения, касающаяся устройства создать аппарат для осуществления способа контактирования газа и жидкости в неустойчивых режимах (захлебывание), которые характеризуются наибольшей интенсивностью.
Поставленная цель достигается тем, что рабочую часть выполняют в виде трех или более труб разного диаметра значения диаметров назначают таким образом, чтобы в первой и последней трубе осуществлялся режим устойчивого восходящего прямотока, а в средней трубе или нескольких средних трубах скорость газа находилась в области инверсии фаз (захлебывания). Рабочие трубы соединены последовательно коническими переходами с углом при вершине 10-20o.
Сущность способа состоит в следующем.
Режим захлебывания в силу его неустойчивости очень чувствителен к условиям на входе и выходе трубы. Этот режим является переходным между противотоком и восходящим прямотоком.
Если труба работает в режиме противотока, то увеличение скорости газа выше некоторой величины приводит к торможению вытекающей снизу жидкости, она перекрывает сечение трубы и препятствует газовому потоку, газ выталкивает жидкость как поршень и выбрасывает ее из трубы в беспорядочной форме.
Если труба работает в режиме восходящего прямотока, то уменьшение скорости газа ниже некоторой величины приводит к падению пленки жидкости вниз, она перекрывает сечение трубы и препятствует газовому потоку.
Однако возможен и плавный переход от одного режима к другому в некотором диапазоне скоростей газа, относящемся к области захлебывания. При мягком регулировании удается работать при скорости газа, соответствующей области захлебывания, как угодно долго. Жидкость зависает на стенках трубы в виде пленки, на отдельных участках она совершает циркуляционные движения, частично переходит в брызги, которые уносятся газовым потоком. Верхний предел скорости захлебывания w = wо является нижним пределом устойчивых режимов восходящего прямотока. Это оптимальная скорость газа при восходящем прямотоке. В этом случае потеря давления имеет наименьшее значение. При некоторой скорости газа w = (1 - 1,25)w0 режим восходящего прямотока характеризуется наименьшим брызгоуносом. Скорость газа w0 может быть определена по соотношению W0 = 3,13(D•ρжг)1/2. Здесь: D - диаметр трубы в метрах; ρж и ρг - плотности газа и жидкости. Режим восходящего прямотока предпочтительно осуществлять при скорости газа в диапазоне w0 = (1 - 2)w0. В этом случае потеря давления и брызгоунос еще невысоки. Нижний предел скорости захлебывания является верхним пределом устойчивых режимов противотока w = 0,5w0.
Эти особенности пленочных течений в вертикальной трубе установлены авторами в результате экспериментальных и теоретических исследований.
Способ осуществляют следующим образом.
В первой стадии, то есть в нижней части аппарата, осуществляют устойчивый режим восходящего прямотока, процесс ведут при скорости газа w1 = (1 - 2)w0, где W0 = 3,13(D•ρжг)1/2. При этом провал исключается, потеря давления невелика, а брызгоунос в этой стадии не создает вредных последствий для процесса в целом.
В средней стадии процесс ведут в режиме захлебывания, а именно в режиме зависания жидкости в виде пленки на стенках трубы. Скорость газа составляет wc = (0,5 - 1)w0. Средняя стадия питается жидкостью из первой стадии. После некоторого времени пребывания жидкости в средней стадии она покидает ее в виде брызг в газовом потоке и поступает в последующую (последнюю) стадию. Средних стадий может быть несколько, если, например, по условиям теплового и материального баланса процесс не удается организовать в одной средней стадии в диапазоне скоростей wc = (0,5 - 1)w0.
В последней стадии, то есть в верхней части аппарата, так же, как и в нижней, осуществляют устойчивый режим восходящего прямотока, то есть обеспечивают скорость газа wп = (1 - 1,2)w0. Однако в этом случае предпочтителен более узкий диапазон скорости газа wп = (1 - 1,25)w0, при котором брызгоунос имеет наименьшие значения. В этом режиме брызги жидкости, уносимые газовым потоком из средней зоны аппарата в последнюю, полнее всего оседают на стенках трубы и образуют спокойную восходящую пленку, которая плавно переливается через верхние края трубы, не создавая большого количества новых брызг.
При такой комбинации пленочных процессов основная роль в целевом процессе отводится средним стадиям, работающим в диапазоне скоростей, относящихся к области инверсии фаз. Возможные скачкообразные изменения давлений и скоростей, характерные для захлебывания, гасятся устойчивыми гидродинамическими режимами на входе в среднюю зону и на выходе из нее. Таким образом, процесс в целом приобретает устойчивость как в гидродинамическом, так и в тепломассообменном отношении.
Необходимый скоростной режим в каждой стадии может быть обеспечен разными способами, к числу которых относятся байпасирование некоторой части общего газового потока, поддув инертного носителя, тепловое воздействие, учет изменения расходов фаз по ходу процесса и устройство аппарата.
На чертеже изображен аппарат для контактирования газа и жидкости.
Он включает питающее устройство 1, патрубок ввода газа 2, патрубок ввода жидкости 3, рабочую трубу первой ступени 4, конусный переход между первой и средней ступенями 5, рабочую трубу средней ступени 6, конусный переход между средней и последней ступенью 7, рабочую трубу последней ступени 8, сепаратор 9, патрубок выхода газа 10, патрубок выхода жидкости 11.
Конусные переходы обеспечивают плавное изменение скорости и предотвращают толчки давления, которые могут спровоцировать кризисы в средней рабочей трубе, работающей в неустойчивом гидродинамическом режиме. Угол при вершине 10-20o соответствует наименьшим потерям давления.
Соотношения диаметров рабочих труб обусловлены скоростным режимом способа контактирования газа и жидкости согласно вышеописанному изобретению: D1/Dc = 0,55 - 0,95; Dп/Dс=0,7 - 0,9.
Пример осуществления способа согласно изобретению в аппарате согласно изобретению.
Аппарат устроен как показано на чертеже. Первая рабочая труба 4 имеет диаметр D1 = 20 мм и длину 250 мм, конусный переход 5 имеет высоту 30 мм (угол при вершине 15o), средняя рабочая труба 6 имеет диаметр Dс = 28 мм и длину 1000 мм, конусный переход 7 имеет высоту 30 мм (угол при вершине 10o), последняя (верхняя) рабочая труба имеет диаметр Dп = 23 мм и длину 300 мм. Отношение диаметров: D1/Dс = 0,71; Dп/Dс = 0,82.
Газ (воздух) подают при комнатных условиях через патрубок 2 в количестве 23,1 м3/ч. Жидкость (вода) поступает через патрубок 3 в количестве 11,3 л/ч (q = 0,5 см3/(см•с) ). Процесс ведут в три стадии. В нижней трубе 4 осуществляется первая стадия процесса. Газ и жидкость контактируют в режиме устойчивого восходящего прямотока. Жидкость течет вверх в виде спокойной пленки по внутренней поверхности трубы. Газ движется со скоростью w1 = 20,4 м/с. Оптимальная скорость газа в этих условиях составляет wc1 = 3,13(0,02•1000/1,205)1/2 = 12,8 м/с. Отношение скоростей w1/wо1 = 1,59. В конусном переходе 5 течение медленно перестраивается. В средней трубе 3 осуществляют вторую стадию процесса. Газ и жидкость контактируют в режиме подвисания. Жидкость покрывает внутреннюю поверхность трубы в виде неспокойной пленки, которая может пульсировать или состоять из отдельных ячеек с внутренней циркуляцией жидкости, может образовывать волны, с гребней которых срываются брызги и уносятся газовым потоком. Жидкость в пленке может эпизодически менять направление движения: то вверх, то вниз. Газ движется со скоростью wс = 10,4 м/с. Оптимальная скорость газа в этих условиях составляет 15,1 м/с. Отношение скоростей wс/wос = 0,69.
Из средней трубы 3 жидкость переходит в последнюю трубу 8 через конусный переход 7 частично в виде пленки, частично в виде брызг. В последней трубе 8 осуществляют третью стадию процесса. Газ и жидкость контактируют в режиме устойчивого восходящего прямотока при условиях наименьшего брызгоуноса. Жидкость течет в виде спокойной пленки по внутренней поверхности трубы. Газ движется со скоростью wп = 15,45 м/с. Оптимальная скорость газа в этих условиях составляет wоп = 13,7 м/с, отношение скоростей wп/wоп = 1,13. В верхней части рабочей трубы 8 пленка жидкости спокойно переливается через края, собирается в сепараторе 9 и выходит из аппарата через патрубок 11. Газ выходит из аппарата через патрубок 10.
Таким образом, за счет признаков способа и признаков аппарата достигается эффективное контактирование газа и жидкости в трубе в режиме инверсии фаз.

Claims (7)

1. Способ контактирования газа и жидкости, при котором газ и жидкость подают в нижнюю часть вертикальной трубы, отличающийся тем, что процесс ведут в три или более последовательных стадии, причем первую и последнюю стадии осуществляют в режиме устойчивого восходящего прямотока, а средние одну или несколько стадий осуществляют в режиме инверсии фаз.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что скорость газа в первой и последней стадиях поддерживают в интервале w1 = (1 oC 2) • w0, где оптимальная скорость определяется соотношением
w0= 3,13•(D•ρжг)0,5 м/с,
где D - диаметр трубы, м;
ρж и ρг - плотности фаз.
3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что скорость газа в средних стадиях поддерживают в интервале wс = (0,5 oC 1) • w0.
4. Способ по пп.1, 2 или 3, отличающийся тем, что скорость газа в последней стадии поддерживают в интервале wп = (1 oC 1,25) • wс.
5. Аппарат для контактирования газа и жидкости, включающий три или более вертикальные рабочие трубы, соединенные последовательно коническими переходами, нижний узел ввода газа и жидкости, верхний узел вывода газа и жидкости, отличающийся тем, что диаметр первой (нижней) трубы D1 и диаметр средней трубы Dс находятся в соотношении D1 / Dс = 0,55 oC 0,95.
6. Аппарат по п. 5, отличающийся тем, что диаметр последней (верхней) трубы Dп и диаметр средней трубы Dс находятся в соотношении Dп / Dс = 0,7 oC 0,9.
7. Аппарат по п.5 или 6, отличающийся тем, что конические переходы имеют угол при вершине в диапазоне 10 - 20o.
RU95116907A 1995-10-03 1995-10-03 Способ контактирования газа и жидкости и аппарат для его осуществления RU2124939C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU95116907A RU2124939C1 (ru) 1995-10-03 1995-10-03 Способ контактирования газа и жидкости и аппарат для его осуществления

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU95116907A RU2124939C1 (ru) 1995-10-03 1995-10-03 Способ контактирования газа и жидкости и аппарат для его осуществления

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU95116907A RU95116907A (ru) 1997-10-10
RU2124939C1 true RU2124939C1 (ru) 1999-01-20

Family

ID=20172547

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU95116907A RU2124939C1 (ru) 1995-10-03 1995-10-03 Способ контактирования газа и жидкости и аппарат для его осуществления

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2124939C1 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
MD3414G2 (ru) * 2006-05-31 2008-05-31 Технический университет Молдовы Способ контактирования газа с жидким компонентом и устройство для его осуществления
MD3507G2 (ru) * 2006-07-11 2008-09-30 Технический университет Молдовы Способ контактирования жидкого компонента со струйками газа и устройство для его осуществления
RU2662260C1 (ru) * 2017-11-09 2018-07-25 Александр Иванович Баженов Способ контактного нагрева жидкости

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Кафаров В.В. и др. Явление скачкообразного увеличения тепло- и массообмена между газовой и жидкой фазами в режиме инверсии фаз. - Открытие 141, 21.03.74. 2. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
MD3414G2 (ru) * 2006-05-31 2008-05-31 Технический университет Молдовы Способ контактирования газа с жидким компонентом и устройство для его осуществления
MD3507G2 (ru) * 2006-07-11 2008-09-30 Технический университет Молдовы Способ контактирования жидкого компонента со струйками газа и устройство для его осуществления
RU2662260C1 (ru) * 2017-11-09 2018-07-25 Александр Иванович Баженов Способ контактного нагрева жидкости

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FI73516C (fi) Foerfarande foer drift av en vaetske-vaetskevaermevaexlare.
RU2124939C1 (ru) Способ контактирования газа и жидкости и аппарат для его осуществления
KR960028962A (ko) 고형물의 함유한 뜨거운 가스를 냉각시키기 위한 자기-세척 장치
RU97933U1 (ru) Аппарат для промывки и охлаждения отходящих сернистых газов
RU2164441C1 (ru) Способ обработки газа жидкостью и устройство для его осуществления
RU2532435C2 (ru) Способ и устройство для очистки газов путем абсорбции
RU2135265C1 (ru) Устройство для мокрой очистки газов
RU2411061C1 (ru) Форсуночный скруббер
US2596104A (en) Column apparatus
SU1212515A1 (ru) Пенный аппарат
RU2152240C1 (ru) Контактная тарелка для вихревых тепломассообменных аппаратов
RU2029197C1 (ru) Аппарат для обработки воздуха
SU1699548A1 (ru) Установка дл улавливани летучих веществ из газовых выбросов
RU2797870C1 (ru) Контактное устройство вихревого типа
SU929176A1 (ru) Способ подготовки газа к очистке
RU2184783C1 (ru) Установка для сульфитации жидкостей сахарного производства
RU2069829C1 (ru) Контактный теплоутилизатор
US5980617A (en) Gas processing contactor tower
SU683790A1 (ru) Устройство дл очистки газа
SU1018698A1 (ru) Аппарат дл тепломассообмена и мокрого пылеулавливани
SU1031479A1 (ru) Аппарат дл тепло-массообмена
JPH0659361B2 (ja) 流体処理装置
SU1310008A1 (ru) Аппарат дл пылеулавливани
US4096236A (en) Gas scrubbing method
SU980745A1 (ru) Многокамерный тепломассообменный аппарат