RU221515U1

RU221515U1 - Direct flow absorber

Info

Publication number: RU221515U1
Application number: RU2023115463U
Authority: RU
Inventors: Евгений Викторович Лимин; Денис Игоревич Назаренко; Павел Васильевич Казаков; Евгения Александровна Зинина; Александра Алексеевна Афанасьева
Filing date: 2023-06-13
Publication date: 2023-11-09

Abstract

Устройство относится к химико-технологическому оборудованию, а именно к прямоточным насадочным абсорберам для проведения абсорбционных процессов в двухфазных газожидкостных системах, сопровождаемых химической реакцией в жидкостном потоке. Предложенный абсорбер включает горизонтальный или вертикальный корпус, диффузор на входе (угол раскрытия 20°), который необходим для дополнительной турбулизации потока перед распределительной тарелкой. Распределительная тарелка с прорезями находится между диффузором и цилиндрическим корпусом аппарата, которые соединены между собой фланцевыми соединениями. Такая же тарелка находится на выходе из цилиндрического корпуса аппарата и закреплена между ним и конфузором фланцевыми соединениями. В цилиндрическом корпусе между тарелками распределена шарообразная керамическая насадка максимально плотной набивки. Плотность заполнения насадочного участка должна быть такова, чтобы шары располагались в вершинах тетраэдров. The device relates to chemical-technological equipment, namely, direct-flow packed absorbers for carrying out absorption processes in two-phase gas-liquid systems, accompanied by a chemical reaction in a liquid flow. The proposed absorber includes a horizontal or vertical housing and an inlet diffuser (opening angle 20°), which is necessary for additional turbulization of the flow in front of the distribution plate. The distribution plate with slots is located between the diffuser and the cylindrical body of the device, which are connected to each other by flange connections. The same plate is located at the outlet of the cylindrical body of the apparatus and is secured between it and the confuser with flange connections. In a cylindrical body, a spherical ceramic packing with maximally dense packing is distributed between the plates. The filling density of the packed area should be such that the balls are located at the vertices of the tetrahedrons.

Description

Настоящее устройство относится к химико-технологическому оборудованию, а именно к прямоточным насадочным абсорберам. Полезная модель относится к высокопроизводительным устройствам для проведения абсорбционных процессов в двухфазных газожидкостных системах, сопровождаемых химической реакцией в жидкостном потоке. Использование данного аппарата возможно как для получения новых веществ в двухфазных газожидкостных системах, так и для очистки подобных систем от вредных примесей.This device relates to chemical-technological equipment, namely direct-flow packed absorbers. The utility model relates to high-performance devices for carrying out absorption processes in two-phase gas-liquid systems accompanied by a chemical reaction in a liquid flow. The use of this apparatus is possible both for obtaining new substances in two-phase gas-liquid systems, and for cleaning such systems from harmful impurities.

Из существующего уровня техники известен смеситель для жидкости и газа (патент на полезную модель RU47770, опубликован 10.09.2005), содержащий сопловые вставки, образующие входной канал в виде конфузора с выходной щелью, вихревые камеры одного диаметра, расположенные симметрично относительно продольной оси канала и выполненные в виде усеченных цилиндрических поверхностей, оси которых расположены в плоскости, перпендикулярной продольной оси канала, и выходной канал. Каждая вихревая камера снабжена плоской стенкой, расположенной по касательной к усеченной цилиндрической поверхности вихревой камеры и под углом 90° к продольной оси канала. При этом плоская стенка соединена с выходной щелью конфузора, а ее высота в 2 раза больше высоты выходной щели конфузора.From the existing level of technology, a mixer for liquid and gas is known (utility model patent RU47770, published on September 10, 2005), containing nozzle inserts forming an inlet channel in the form of a confuser with an outlet slot, vortex chambers of the same diameter, located symmetrically relative to the longitudinal axis of the channel and made in the form of truncated cylindrical surfaces, the axes of which are located in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the channel, and the outlet channel. Each vortex chamber is equipped with a flat wall located tangentially to the truncated cylindrical surface of the vortex chamber and at an angle of 90° to the longitudinal axis of the channel. In this case, the flat wall is connected to the exit slit of the confuser, and its height is 2 times greater than the height of the exit slit of the confuser.

Недостатком подобных устройств является отсутствие возможности работы в широком диапазоне соотношений газ-жидкость и низкая эффективность при использовании в качестве поглотителей высоковязких жидкостей.The disadvantage of such devices is the inability to operate in a wide range of gas-liquid ratios and low efficiency when used as absorbers of high-viscosity liquids.

Также из существующего уровня техники известен прямоточный абсорбер Вентури (патент на полезную модель RU 75324, опубликован 10.08.2008), содержащий бункер с патрубком подвода газа на очистку, горловину с устройством подачи абсорбента и диффузор, соединенные между собой и составляющие абсорбционную колонну, сепаратор, соединенный с диффузором и имеющий выходной патрубок, и бак для сбора жидкости. Устройство подачи абсорбента выполнено в виде ряда струйных форсунок с пересекающимися осями, расположенных в кольцевых рядах по высоте горловины, при этом форсунки каждого кольцевого ряда имеют различные углы наклона. Соосно с колонной закреплен тарельчатый отражатель вогнутой стороной к направлению потока газа. Сепаратор по периметру имеет каплесборник.Also known from the existing level of technology is a direct-flow Venturi absorber (utility model patent RU 75324, published on August 10, 2008), containing a hopper with a gas supply pipe for cleaning, a neck with an absorbent supply device and a diffuser, interconnected and constituting an absorption column, separator, connected to a diffuser and having an outlet pipe, and a tank for collecting liquid. The absorbent supply device is made in the form of a series of jet nozzles with intersecting axes, located in ring rows along the height of the neck, and the nozzles of each ring row have different angles of inclination. A disc reflector is fixed coaxially with the column with its concave side facing the direction of gas flow. The separator has a drip tray around the perimeter.

Недостатком подобных устройств является отсутствие возможности горизонтального размещения аппарата и работы в широком диапазоне соотношений газ-жидкость.The disadvantage of such devices is the inability to place the device horizontally and operate in a wide range of gas-liquid ratios.

Наиболее близким аналогом к патентуемому решению является прямоточный абсорбер, содержащий цилиндрический корпус со штуцерами для входа и выхода газа, штуцерами для входа и выхода жидкости, расположенными внутри корпуса, короб с распределителем жидкости, массообменной секцией и каплеотбойником (патент на полезную модель RU 139369, опубликован 20.04.2014).The closest analogue to the patented solution is a direct-flow absorber containing a cylindrical body with fittings for gas inlet and outlet, fittings for liquid inlet and outlet located inside the body, a box with a liquid distributor, a mass transfer section and a droplet separator (utility model patent RU 139369, published 04/20/2014).

Недостатками данного технического решения является выполнение основных узлов аппарата из стали, что препятствует его использованию для химически агрессивных сред, газожидкостной поток движется сверху вниз, что накладывает определенные ограничения на гидродинамические режимы работы, аппарат имеет большое количество сварных соединений, обладает сложной конструкцией корпуса и заполняется оригинальной нестандартной насадкой, также достаточно сложной в исполнении.The disadvantages of this technical solution are that the main components of the device are made of steel, which prevents its use for chemically aggressive environments, the gas-liquid flow moves from top to bottom, which imposes certain restrictions on hydrodynamic operating modes, the device has a large number of welded joints, has a complex body design and is filled with original a non-standard nozzle, also quite complex in execution.

Техническим результатом предлагаемого решения является повышение эффективности абсорбционных процессов в системе газ-жидкость и вследствие этого повышение производительности, возможность использования абсорберов в агрессивных химически активных средах, а также в упрощении устройства абсорбера.The technical result of the proposed solution is to increase the efficiency of absorption processes in the gas-liquid system and, as a result, increase productivity, the possibility of using absorbers in aggressive chemically active environments, as well as simplifying the design of the absorber.

Технический результат достигается за счет специально разработанного абсорбера, который благодаря своей конструкции позволяет увеличить поверхность массообмена и создать непрерывный контакт фаз, обеспечить равномерность и высокую интенсивность распределения газовой фазы по всему объему жидкости. Это достигается прохождением двухфазного потока через плотный слой шарообразной керамической насадки, максимально плотно уложенной в массообменную секцию, специально подобранный угол конусности минимизирует гидравлическое сопротивление, что позволяет значительно снизить потери энергии газожидкостного потока. Плотно уложенная шаровая насадка закреплена с двух сторон щелевыми распределительными тарелками и является непосредственной частью насадочного абсорбера.The technical result is achieved through a specially designed absorber, which, due to its design, allows you to increase the mass transfer surface and create continuous phase contact, ensure uniformity and high intensity of distribution of the gas phase throughout the entire volume of liquid. This is achieved by passing a two-phase flow through a dense layer of spherical ceramic nozzle, placed as tightly as possible in the mass transfer section; a specially selected cone angle minimizes hydraulic resistance, which can significantly reduce energy losses of the gas-liquid flow. The tightly packed ball packing is secured on both sides by slotted distribution plates and is a direct part of the packed absorber.

Угол раскрытия диффузора составляет 20° при длине конической части от 95 до 205 мм, что позволяет минимизировать гидравлическое сопротивление. При уменьшении конусности будет отсутствовать явление турбулизации потока и снизится эффективность предварительного распределения газовой фазы в потоке жидкости; при ее увеличении происходит отрыв потока от стенок, образуются вихри и очень сильно возрастает коэффициент сопротивления диффузора.The diffuser opening angle is 20° with a conical length ranging from 95 to 205 mm, which minimizes hydraulic resistance. As the taper decreases, the phenomenon of flow turbulization will be absent and the efficiency of the preliminary distribution of the gas phase in the liquid flow will decrease; as it increases, the flow separates from the walls, vortices are formed and the diffuser drag coefficient increases very strongly.

Прорези щелевых распределительных тарелок располагаются на ней с шагом 3 мм, для предотвращения их перекрытия при загрузке шарообразной керамической насадки диаметром 6, 8, 10, 12, 13, 16, 18, 20 мм. Подобная конструкция тарелки снижает рост гидравлического сопротивления и позволяет более равномерно распределить газовую фазу в потоке несущей среды.The slots of the slotted distribution plates are located on it in increments of 3 mm to prevent their overlap when loading a spherical ceramic nozzle with a diameter of 6, 8, 10, 12, 13, 16, 18, 20 mm. Such a plate design reduces the increase in hydraulic resistance and allows for a more uniform distribution of the gas phase in the flow of the carrier medium.

Тип и исполнение насадки были подобраны экспериментальным методом.The type and design of the nozzle were selected experimentally.

Шарообразная керамическая насадка за счет максимального диспергирования газовой фазы в циркуляционном растворе позволяет значительно увеличить поверхность раздела фаз и, следовательно, интенсифицирует процесс абсорбции.A spherical ceramic nozzle, due to the maximum dispersion of the gas phase in the circulating solution, can significantly increase the interface between the phases and, therefore, intensify the absorption process.

Все детали, контактирующие с газожидкостным потоком, могут быть выполнены из неметаллических материалов, таких как фторопласт-2 или фторопласт-4.All parts in contact with the gas-liquid flow can be made of non-metallic materials, such as fluoroplastic-2 or fluoroplastic-4.

Предложенный абсорбер (фиг. 1) включает горизонтальный или вертикальный корпус 3, диффузор 1 на входе (угол раскрытия диффузора 20°), который необходим для дополнительной турбулизации потока перед распределительной тарелкой 2 (фиг. 2). Распределительная тарелка 2 с прорезями находится между диффузором 1 и цилиндрическим корпусом 3 аппарата, которые соединены между собой фланцевыми соединениями. Такая же тарелка 4 находится на выходе из цилиндрического корпуса 3 аппарата и закреплена между ним и конфузором 5 фланцевыми соединениями. В цилиндрическом корпусе 3 между тарелками 2 и 4 распределена шарообразная керамическая насадка 6 максимально плотной набивки. Плотность заполнения насадочного участка должна быть такова, чтобы шары располагались в вершинах тетраэдров.The proposed absorber (Fig. 1) includes a horizontal or vertical housing 3, a diffuser 1 at the inlet (diffuser opening angle 20°), which is necessary for additional turbulization of the flow in front of the distribution plate 2 (Fig. 2). The distribution plate 2 with slots is located between the diffuser 1 and the cylindrical body 3 of the device, which are connected to each other by flange connections. The same plate 4 is located at the outlet of the cylindrical body 3 of the apparatus and is secured between it and the confuser by 5 flange connections. In the cylindrical body 3, between the plates 2 and 4, a spherical ceramic nozzle 6 with the most dense packing is distributed. The filling density of the packed area should be such that the balls are located at the vertices of the tetrahedrons.

Работа абсорбера осуществляется следующим образом.The absorber works as follows.

Газожидкостной поток попадает в нижнюю часть аппарата в диффузор, где происходит незначительное снижение скорости течения и дополнительная турбулизация потока. Это позволяет равномерно распределить прохождение потока по прорезям распределительной тарелки и обеспечить наиболее эффективную работу насадки во всем объеме аппарата.The gas-liquid flow enters the lower part of the apparatus into the diffuser, where a slight decrease in flow speed and additional turbulization of the flow occurs. This allows you to evenly distribute the flow through the slots of the distribution plate and ensure the most efficient operation of the nozzle throughout the entire volume of the apparatus.

Проходя через шарообразную керамическую насадку, газовая фаза максимально диспергируется в потоке жидкости, поверхность контакта фаз значительно возрастает, и тем самым интенсифицируются процессы физической и химической абсорбции.Passing through a spherical ceramic nozzle, the gas phase is maximally dispersed in the liquid flow, the phase contact surface increases significantly, and thereby the processes of physical and chemical absorption are intensified.

Далее поток проходит следующую распределительную тарелку и попадает в конфузор, который за счет своей конусности позволяет уменьшить гидравлическое сопротивление потока. Затем поток выходит из конфузора и направляется на дальнейшие стадии процесса.Next, the flow passes through the next distribution plate and enters the confuser, which, due to its taper, makes it possible to reduce the hydraulic resistance of the flow. The flow then exits the confuser and is directed to further stages of the process.

Claims

1. A direct-flow absorber containing a cylindrical body with a mass transfer section containing a nozzle, characterized in that the mass transfer section is filled with a maximally densely packed spherical ceramic nozzle, the gas-liquid flow enters the absorber through a diffuser with a diffuser opening angle of 20°, connected to the cylindrical body by steel flanges connections, the flow exits the absorber through a confuser connected to the cylindrical body with steel flange connections, the mass transfer section is limited by slotted distribution plates with slots that are clamped by flanges connecting the cylindrical part with the diffuser and confuser.

2. Direct-flow absorber according to claim 1, characterized in that the mass transfer section uses a spherical nozzle made of ceramic balls of the following diameters: 6, 8, 10, 12, 13, 16, 18, 20 mm.

3. Direct-flow absorber according to claim 1, characterized in that all parts in contact with the gas-liquid flow can be made of non-metallic materials.