SU990248A1 - Способ абсорбции газов - Google Patents

Description

(54) СПОСОБ АБСОРБЦИИ ГАЗОВ

Изобретение относитс  к химико-технологическим процессам абсорбции и принадлежит к способам, дл  реализации которЬ1х необходимо наличие электростатического пол , и может быть использовано в химической , нефт ной, нефтеперерабатывающей, газовой, угольной, пищевой, медицинской, микробиологической и других отрасл х промышленности, в черной и цветной металлургии и производстве минеральных удобрений. Известен способ электростатической очистки газов на основе принципа коронного разр да, при котором газ попадает в зону короны, где подавл юща  часть пыли приобретает зар д и двигаетс  в сторону осадительного электрода 1 . Недостатками этого способа  вл ютс  зависимость эффективности работы от проводимости взвешеннцх в газе частиц, необходимость специальных средств увлажнени  и встр хивани , возможность по влени  обратной короны с образованием положительных ионов, что в конечном итоге приводит к рекомбинации отрицательных и положительных ионов, при этом способ перестает действовать, а также неприменимость его дл  проведени  процесса абсорбции. Известна масообменна  колонна дл  взаимодействи  газа с жидкостью, содержаща  корпус с тарелками и .расположенными между тарелками элементами, подключенными к источнику тока 2. Недостатками этой колонны  вл ютс  малые скорости газовой фазы, мала  интенсификаци  процесса ввиду применени  однородного электрического пол  и отсутствие посто нной пол рности в жидкости и газе, горизонтальное расположение многочисленных электродов по высоте, что ухудщает гидродинамику колонны. Известен способ абсорбции газов, заключающийс  во взаимодействии газовой и жидкой фаз, фазы подвергают предварительной ионизации 3. Недостатками известного способа  вл ютс  необходимость обработки фаз до начала их взаимодействи  друг с другом, необходимость применени  дл  этого пульсирующего с высокой частотой электрического пол , необходимость предварительной ионизации фаз, отсутствие интенсификации в процессе массообмена. Целью изобретени   вл етс  повышение эффективности процесса абсорбции за счет увеличени  коэффициента массопередачи и улучи1ени  качества разделени  газовых смесей и поглощени  отдельных газов. Указанна  цель достигаетс  тем, что согласно снособу абсорбции газов, заключающемус  во взаи1 1одействии газовой и жидкой фаз, процесс абсорбции газов провод т в неоднородном электростатическом ноле с отрицательным потенциалом 3 газе и положительным нотенциалом в жидкости, при этом силовые линии нол  перпендикул рны поверхности раздела фаз. Сущность способа заключаетс  в том, что поверхность раздела фаз в процессе абсорбции посто нно находитс  в неодпород 1ом электростатическом поле строго определенной пол рности. Электростатическое ноле усиливает абсорбцию вс.ледствие того, что нод действием высокого isaпр жепи  в жидкости развиваютс  вторичные |-идродинамические неустой.чивости, нривод {цие к мелкомасштабной турбулизации поверхностных слоев, измен ютс  физико-химические свойства абсорбента. 1|роисходит изменение равновесных зависимостей , определ к)н1их кинетику процесса, по вл ютс  Неравновесные мощные силовые пол  нондеромоторной нрироды, интепсивHOCTii которых нрев 1щает интенсиипость гравитационных потенциалов. При перемене пол рности иптепси(|зицируетс  процесс десорбнии. Применение неоднородного э: сктростатического пол  позвол ет значитс;1ьно усилить массообмен при .ia;ibr значени х нотребл е.мой мощности ввиду малости токов в системе. Процесс абсорбции провод т при нанр же1пюсти пол  бо.чь1пей , че.м .минимальна  - нанр жеиность чувствите.тьнЬсти Е дл  данной системы газ - жидкость и равиой или меньшей напр женности насыщепи  Е:, при которой воздействие электростатического но.а  на процесс абсорбции достигает максимального значени  и относительиый коэффициент массопередачи К Кб/Ко, равный отно1пению коэффициентов массопередачи с поле.м и без него, максимален. Способ абсорбции 1азов осуществл етс  в следуюнщх устройствах. На фиг. 1 изображен абсорбер трубчатый с восход щим пр мотоком пленки д;1  оеуществлени  способа, общий вид; па фиг. 2 - абсорбер трубчатый противоточный Д.-1Я и.тепочной абсорбг1ии газов, общий вид. Абсорбер трубчатый с восход щим пр мотоком пленки cocTOirr из нилиидрического корпуса 1 со ппуцера.ми д,;:  входа 2 и выхода 3 жидкости, 1нуцерами дл  входа 4 и выхода 5 хладагента, нижней приемной 6 и верхней 7 камер, штуцера дл  входа 8 и выхода 9 |-аза, обечаек 10 И 11, трубных решеток 12 и 13, трубной решетки 14 с патрубка.ми дл  формировани  пленки, труб 15, к которым нодведен положительный потенциал или заземление через контактный нровод 16, центробежных электродов 17, к которым подведен отрицательный потенциал контактным проводо .м 18, и верхнего 19 и нижнего 20 фланцевс диэлектрической решеткой 21, 22, на которой укреплены центральные электроды . Абсорбер трубчатый нротивоточный дл  пленочной абсорбции газов дополнительно содержит крышку 23, трубные диэлектрические решетки 24 и 25 с патрубками дл  формировани  пленки 26, электроды в виде труб 27, к которым контактным ироводом 28 подведен отрицательный потенциал или заземление, изол торы 29 и 30. Способ абсорбции газов при восход щем пр мотоке осуществл етс  следующим образом. Газ движетс  сцизу вверх со скоростью 7 м/с, достаточной дл  увеличени  ленки жидкости вверх по впутренней поверхпости трубы 15,  вл ющейс  коаксиальпо составной. Внутренн   часть представл ет собой трубу из диэлектрика, снаружи этой трубы находитс  наружный э.лектрод, который .может быть вынолнен либо в виде труб1 1 из проводника, либо в виде об.мотки, соединенной с положительным потенциалом или заземленной. Внутри 1азового ио1ока (газ чистый, незапыленный без твердых частиц или жидких капель) находитс  иентра;1ьный электрод, окруженный вокруг слоем изол тора (диэлектрической трубой). Чежду электродами создаетс  неоднородное электростатическое ноле, силовые линии которого ноиеречны по отнон1ению к поверхности раздела фаз жидкость (пленка) - - газ (в случае выполнени  ю;1ожителыюго наружного электрода в виде провод п1ей трубы силовые линии строго перпендикул рны поверхности раздела реагирующих фаз). В неоднородном электростатическом поле оптимально нри напр женности 9-12 кВ/см происходит мнтенсификаци  процесса абсорбции газа жидкостью за счет воздействи  нондеромоторных сил и возникающих микротурбулентностей в виде  чеек вторичных течений, вызывающих радиальное иеремещивание жидкости и интенсифицирцующих массообмен в пограничном слое между жидкостью и газом (пограничный слой  вл етс  основным сопротивлением маесообмену нри пленочной абсорбции). Превышение критического числа Рэле  приводит к то.му, чтд ла.минарный нрО(|)иль основного течени  становитс  более заполненным. Способ абсорбции газов при противотоке осун.1ествл етс  следующим образом.

Жидкость стекает вниз по наружной поверхности внутренней изол ционной трубы 15,  вл ющейс  коаксиально составной, внутри которой находитс  центральный электрод в виде трубы, выполненной из проводника, к которой с помощью провода подведен положительный потенциал. Таким образом, со стороны жидкости находитс  положительный потенциал, а со стороны газа - отрицательный, создаваемый электродом , который может быть выполнен в виде провод щего цилиндра или в виде обмотки. Массообменное пространство между электродами образовано внутренней поверхностью наружного цилиндра, выполненного из диэлектрика, и наружной поверхностью внутренней изол ционной трубы. Поверхность стекающей пленки, обращенна  к газу, находитс  в неоднородт ном электростатическом поле, поэтому на нее действует механизм интенсификации абсорбции, предложенный и описанный выще .

Пример. Экспериментальные исследовани  проведены на установке, состо щей из абсорбера трубчатого с неоднородным электрическим полем с восход щим пр мотоком пленки, устройств подачи жи.з,кости и газа, контрольно-измерительных приборов, электрической схемы создани  повыщенной напр женности пол  в массообменном пространстве абсорбера. Неоднородное электрическое поле в абсорбере создавалось в вертикальных трубах длиной 820 мм. в центре которых нат нут центральный электрод. В массообменном пространстве абсорбера создавалась напр женность пол  О-30 кВ/с подвед,ением высокого напр жени  к центральному электроду и к наружному цилиндрическому электроду, который был разработан в нескольких модификаци х: в виде цилиндра, пр мых медных щин, наружной обмотки. Высокое напр жение

контролировалось киловольтметром. Необходимое напр жение создавалось преобразованием тока от сети промышленной частоты трансформатором, выпр мителем и преобразователем высокого напр жени .

Осуществление способа проведено при скорости газа 5-50 куЬм. Потребл ема  установкой .мощность оказалась не более 15 Вт. Строго выдержана пол рность подключени  электродов: центральный электрод , наход щийс  в газе, имеет отрица тельный потенциал, наружный, наход щийс  в жидкости, положительный или заземлен .

Эксперименты проведены на смес х труднорастворимый газ - воздух нри содержании газа О-15%. Брызгоунос отсут5 ствовал. На вы.ходе из абсорбера проводились измерени  концентрации абсорбента. Исследованы соотношени  различных рас .ходов газа, воздуха, жидкостии напр женности .

0 Установлено, что концентраци  жидкости на выходе из абсорбера существенно возрастает в зависимости от напр женности пол . Имеетс  оптимальный режим работы по напр женности дл  каждой газожидкостной системы, дл  системы углекис5 лый газ - вода он составл ет 12 кВ/см. Эффективность процесса абсорбции существенно увеличилась до относительного коэффициента маслопередачи К Кн/Ко 1,85. где КЕ и KO - коэффициенты .маслопередачи с полем и без него.

0

В табли 1е представлены результаты абсорбции согласно предлагаемому способу углекислого газа водой при различных режимах работы. Прин ты с. едующие условные обозначени : N - режима

S .рэботы абсорбера в электростатическом поле, Gp-расход газа, Gg-расход воздуха , Gj расход жидкости, Е - напр женность э.чектростатического пол , Кс/Кд относительный коэффициент массопередачи.

Получено увеличение относительных коэффициентов массопередачи в среднем в 1,5-2 раза при абсорбции в электростатическом поле.

Применение изобретени  позволит интенсифицировать процесс абсорбции и уменьшить размеры абсорбционной аппаратуры при минимальных энергозатратах. Экономический эффект изобретени  состоит из экономии на материалах ввиду уменьшени  габаритов аппаратов как минимум в 1,5 раза, экономии расходов при монтаже, замены дорогосто ших и дефицитных легированных сталей на диэлектрические материалы .

Claims (3)

1.Рогов И. А. Горбатов А. В. Физические методы обработки пищевых продуктов . М., «Пишева  промышленность, 1974, с. 458-459, рис. 198.

2.Авторское свидетельство СССР № 319318, кл. В 01 D 3/32, 1972.

3.Авторское свидетельство СССР № 567453, кл. В 01 D 3/00, 1977.