IT8222621A1 - Procedimento per porre a contatto gas e liquido e riempitivo per l'applicazione di tale procedimento - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

L'invenzione riguarda un procedimento per porrea.oontatto gase liquido, applicabile in processi di scambioedimassa di calore in-particolare in una operazione come distillazione e rettificazione) estrazione^ assorbimento, deassorbimento, esicaz?one e umidificazione di gas come pure depolverizzazione?

L'invenzione riguarda pure un riempitivo per l'applicazione in tale procedimento, il quale riempitivo costituisce ura parte sostanziale delle colonne?

I processi di scambioedimassa del calore, consistenti nella formazione di correnti gassose e liquide in colonne con riempitivo, sono eseguiti di norma oon movimento in controcorrente?

In procedimenti noti e applicati di scambio di massa e di calore tale scambio viene attuato mediante il contatto di gas con la pellicola di liquido oon movimento in controcorrente? Il liquido soorre lungo le pareti della colonna e lungo la superficie delle apparecchiature di riempimento, contattando gas il quale fluisce verso l'alto. Il contatto dello fa?i ha luogo sulla superficie della pellicola del liquido, il tempo di contatto essendo,a causa del movimento in oontrocorrente, molto breve? La durata del tempo di contatto delle fasi, come pure la euperfioie interfacciale sono,in'.tale situazione, condizionate dalla configura^ zione delle superfioi degli elementi di riempimento?

Un ampliamento eccessivo di queste superfioi ? tuttavia limitato dall'aumento della resistenza al flusso?

I riempitivi applioati sino ad oggi si basano sul principio di maselmo sviluppo della superficie al fine di ottenere l'intenso scambio di massa e di calore? Per scopi industriali sono impiegati riempitivi standard, oome ad esempio anelli Raschig, selle Beri o Intalox, riempitivi standard perfezionati oome ad esempio anelli con un taglio} (Bialeoki, Pali) anelli perforati (Cannon) e.in particolare pezzi sagomati (interpax, Stadman, Sulzer)? La struttura pi? compatta ? dotata di riempitivi costituiti da pacchi di fogli orizzontali e verticali o tubi, caratterizzati da un contatto uniforme fra le fasi liquida e gassosa, in sezione trasversale?

Nel caso di fogli verticali o orizzontali, il liquido scorre verso il basso in uno strato sottile, e il contatto delle fasi ha luogo sulla sua superf?cie. Una delle varianti comprende riempitivi a scacchiera, il loro funzionamento essendo simile a quello delle piastre di setaccio? Essi eono costituiti da fogli o lamiere forellati/e, ripiegati e riuniti in modo da formare canali a sezione quadrata ? Il liquido scorre lungo le pareti, miscelandosi con la corrente gassosa.

E* pure noto un riempitivo o riempimento a celle Botto forma di un reticolo, fognante celle in sezione quadrata,le celle essendo ripiegate nella loro parte inferiore, formando una fessura attraverso la quale fluisce il gas, la corrente di liquido rompendosi in dette celle, aumentando oosl la superficie di contatto?

Le soluzioni sino ad oggi applicate sono afflitte da un gran numero di difetti ed inoonvenienti?

Ad esempio, il riempitivo o riempimento standard ? caratterizzato da una bassa elasticit?, derivante dalla possibilit? di "allagamento" pr?vooato dalla manoanza di lina irrorazione superficiale bomplessiva e dal cosiddetto "incalanamento"? Riempitivi o riempimenti standard perfezionati forniscono la possibilit? di alimentare i carichi, ma evidenziano un aumento duplice o triplice di resistenza flusso;rispetto ai riempitivi standard, a causa della loro forma pi? complessa, pi? difficile da realizzare?

I riempitivi a pacchi consentono,rispetto ai riempitivi standard, di aumentare i carichi, migliorare il oontatto delle fasi., ottenere po^ tate pi? elevate e ridurre la resistenza al flusso? Tuttavia, essendo le loro forme pi? ccmplesse, esse rendono difficile la loro esecuzione.

La costruzione di riempitivi a celle con elementi aperti superiormente e con una fessura nella loro parte inferiore ? semplioe, determinando la possibilit? di ottenere in soluzioni industriali velooit? del gas sino a 5 m/sec, calcolati su una sezione vuota, oon basse resistenze di flueso

Tale riempitivo consente tuttavia di agitare la corrente di gas solo all?interno della cella e rompere la oorrente liquida? Carichi eccessivi di gae e di liquido provocano la spinta del liquido al di fuori delle celle oppure il galleggiamento di unoetratodi schiuma sul riempitivo, determinando cos? la riduzione del tempo di contatto fra le correnti? Lo scopo dell'invenzione ? quello di estendere il tempo di contatto del gasqdelliquido eaumentare simultaneamentela superficieinterfacciale senza la necessit? di sovradimensionare la superficie del riempitivo? Il procedimento secondo la presente invenzione, per il contatto di gas e di liquido in colonne a controoorrente, con riempitivo o riempimento, ? caratterizzato dal fatto ohe oltre il-contatto_in oontroc?rr?nte negli elementi del riempitivo e negli spazifra glistrati di riempitivo,il gase il liquido sono contattati^'in'ciascun elemento, fra essi etessi, pure in un movimento verticale a flusso concorde, e in flusso incrociato. Queeti movimenti sono ottenuti tramite la oonfigurazione delle pareti degli eie? menti. Il contatto degli agenti fra tratti di riempitivo ha luogo con movimento turbolento, prodotto dalla oonfigurazione e dalla posizione degli ingressi e delle uscite degli elementi del riempitivo l'uno rispetto all'altro.

In conseguenza del fatto ohe il movimento a flusso oonoorde viene applicato in corrispondenza di un vertice simultaneo delle correnti all'interno degli elementi del riempitivo, il tempo di contatto delle fasi risulta aumentato e lo scambio di massa e di calore fra le correnti risulta anohe esso aumentato. Il vortice della oorrente gassosa e liquida migliora lo scambio di calore e di massa, fornendo nel oontempo protezione dalla sedimentazione di impurit? sulle pareti del riempitivo.

Il riempitivo per il contatto di gas liquido seoondo l'invenzione ? costituito da strati costituiti da elementi riproducibili con la sezione di un poligono regolare. Esso ? caratterizzato dal fatto ohe ogni elemento ? sagomato nella sua parte inferiore Botto forma di un ugello costituito da due pareti contrapposte sovrapponentisi dell'elemento? Queste pareti formano al tempo stesso testure con il resto delle pareti.

L'ugello ? disposto in modo da dirigere la oorrente gassosa sulla parete verticale dell'elemento? Questa pareteha sullasua partesuperiore una curva radiale o angolare, costituente simultaneamente un reetingimento della sezione dell'elemento. La curva aumenta contemporaneamente ilno-? vimento vorticoso della corrente liquida e gassosa.

Elementi riproducibili del riempitivo sono disposti in strati, la posizione degli strati contigui nei piani orizzontali essendo opzionale, la costruzione dell'ingresso e dell'uscita garantendo in qualsiasi posizione il contatto del gas e del liquido fra strati in movimento turbolento. Le distanze perpendicolarmente fra strati successivi del riempitivo ammontano, in dipendenza dei parametri del flusso delle correnti gassosa e liquida3 -da 0 a 3 volte l?altezza dello strato del riempitivo. Per avere condizioni di lavoro ottimali del riempitivo, questa distanza ammonta col massimo vantaggio da zero sino all'altezza di uno strato.

Il prooedimento seoondo l'invenzione per contattare liquido e gas, come pure il riempitivo per l'applicazione di tale procedimento, oonsen^ te alla colonna di lavorare con grandi flussi delle correnti gassose e liquide. Essi consentono l'impiego di elevate velooit? del flusso di gas, dell'ordine di 5 m/s del flusso di liquido sino a 20 kg/m s, con un funzionamento stabile dell'apparecchiatura.

Le velooit? del flusso di gas ottenute sono in media cinque volte maggiori di quelle nel riempitivo standard, o anelli di Basohing, per le medesime resistenze al flusso calcolato per un metro dello strato di riempitivo.

L'applicazione .del riempitivo secondo l'invenzione fornisce la possibilit? di aumentare i fattori di scambio di calore e di massa di 100 volte in media rispetto ad un riempitivo a celle di uguale altezza e'per. pari flussi del liquido e del gas. Questi risultati consentono di r?durre notevolmente .a dimensione totale dell'apparecchiatura come pure i suoi oosti di produzione

.ESEMPIO

11 procedimento per porre a contatto gas e liquido secondo l'invenzione, come pure il riempitivo per l'applicazione di questo procedimento, sono stati impiegati in una colonna verticale oon un diametro di 200 mm. In questa oolonna sono stati disposti cinque strati di riempitivo, le dimensioni dell'elemento essendo di 20 x 20 x 40 mm?

In strati successivi gli elementi sono stati ruotati l'uno rispetto all'altro, in piani orizzontali oon un angolo opzionale. La fessura dell'ugello negli elementi era uguale, e ammontava, nella sua sezione pi? p?ccola, a tre mm. Aria riscaldata in un riscaldatore elettrico ? stata erogata nella oolonna mediante ventilatore. L'acqua e stata pompata nella oolonna da un serbatolo tramite una pompa. Uno spruzzatore disposto al di sopra del riempimento o riempitivo forniva una distribuzione uniforme del liquido nella sezione trasversale della oolonna. Al di sopra dello spruzzatore era disposto un separatore di gas-gocce. La temperatura dell'?ria e dell'acqua era misurata tramite termocoppie Fe-Ko. La caduta di pressione statica del gas nel flusso attraverso il riempitivo veniva misurata oon un manometro ad aequa differenziale.

L'umidit? dell'aria fluente dentro la oolonna e fuori di essa era determinata sulla base di indicazioni di un "termometro a bulbo umido".

La velocit? di massa o portata di massa del flusso d'aria veniva variata durante le prove da 1.30 a 3,46 kg/m .s. Funzionamento star"bile della colonna ? stato ottenuto oon una densit? di spruzzatura ad acqua entro limiti da 18*050 a 122.680 (w/m grado).

Prove comparative oon il riempitivo a celle realizzate nelle medesime condizioni di lavoro hanno dimostrato che i fattori di penetrazione del calore nella soluzione secondo l'invenzione erano di 120 volte maggiori ohe non quelli nel riempitivo a oelle.

La soluzione secondo l'invenzione ? illustrata nel disegno, in cui la figura 1 illustra un diagramma funzionale degli elementi in due strati del riempitivo, mentre la figura 2 illustra lo strato di riempitivo in sezione trasversale. -Il riempitivo'? costituito da strati 1 formati da elementi riproducibili con sezione poligonale regolare. Gli elementi sono sagomati nella loro parte inferiore sotto forma di un ugello 3 formato da due pareti contrapposte sovrapponentisi 5 e 6 dell'elemento 2. Queste pareti formano contemporaneamente fessure oon il resto delle pareti. L'ugello 3 ? disposto in modo da dirigere la corrente gassosa sulla parete verticale 5 dell'elemento 2 che ha nella sua parte superiore una curva radiale 7.

I movimenti delle correnti gassosa e liquida Bono illustrati nel disegno, figura 1, le correnti,gassose essendo contrassegnate da una linea tratteggiata e le correnti liquide essendo contrassegnate da ima linea pie. na.

Il gas fluisce nell'elemento da sotto attraverso l'ugello, 11 ohe determina un aumento della sua velooit?. Liquido viene dir?tto nell'elemento da sopra in oontrooorrente rispetto al gas? La corrente gassosa fluente all'esterno dall'ugello trascina l?quido fluente verso il basso e ricicla una parte di esso, trascinandolo in un afflusso concorde vorticoso. Un ulteriore flusso -vorticoso o vortice ha luogo in conseguenza della curvatura della parete nella eua parte superiore, dove ha pure luogo il trascinamento, tramite la.corrente vort?oante, del liquido entrante da sopra.

Il flusso concorde vorticoso delle correnti liquida e gassosa B? verifica all'interno degli elementi, estende il tempo di contatto delle fasi e aumenta la velocit? di scambio di calore e di massa, eliminando inoltre la possibilit? d? formazione di spazi "morti", impedendo oosl la sedimentazione di impurit? nel riempitivo.

Una parte della corrente gassosa fuoriesce dall'elemento attraverso il restringimento nella sua parte superiore, essendo indotta, nel. lo spazio fra gli strati, in movimento turbolento dalla posizione degli ingressi e delle uscite degli elementi del riempitivo con riferimento l'uno rispetto all 'altro.

Simultaneamente il gas si miscela con il liquido scorrente gi?, aumentando cos? addizionalmente la superf?cie di oontatto delle fasi. Le fessure nella parte inferiore degli elementi, formate fra l'ugello e le pareti contigue, dirigono una parte della corrente gassosa sugli elementi, trasversalmente rispetto alla direzione delle correnti che scorrono al di fuori degli ugelli. Ci? ha oome effetto quello di aumentare pure la velocit? di oontatto delle fasi.

Claims (3)

1. RIVENDICAZIONI

   Procedimento per contattare gas e liquido, avente luogo nel riempitivo to in controcorrente in elementi di riempimento del riempitivo e in spazi fra strati di riempitivo gas^e liquido sono contattati in ogni elemento,l'uno con l*altrf ef puie con movimento a flusso concorde vorticoso e con flusso. incrociato, determinato grazie alla configurazione delle pareti di detti elementi, il contatto degli agenti fra gli strati del riempitivo avendo luogo con movimento turbolento prodotto dalla configurazione e dalla posizione degli ingressi e delle uscite degli elementi del riempitivo con riferimento l'uno all'altro.
2. 2. Riempitivo o riempimento per il contatto di gas e l?quido nel procedimento secondo la rivendicazione precedente,costituito da strati composti da elementi riproducibili con una sezione a poligono regolare, caratterizzato dal fatto che detti elementi sono sagomati, nella loro parte inferiore, sotto forma di un ugello (3) costituito da due pareti contrapposte sovrapponentisi (5 e 6) dell'elemento, formanti al tempo stesso fessure fra dette pareti e il resto di esse, l'ugello (3) essendo posizionato in modo da dirigere la corrente di gas sulla parete verticale (5) dell'elemento, detta parete avendo nella sua parte superiore una curvatura radialeoangolareatta adaumentareil movimento vorticoso delle correnti liquidale gassosa e formante simultaneamen te un restringimento della sezione (2) dell'elemento?
3. 3. Riempitivo secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che le distanze prese perpendicolarmente fra strati di riempitivo successivi (1) ammontano da 0 a 3 volte l'altezza dello strato di riempitivo,vantaggiosamente da 0 a 1,0 volte in una posizione mutua opzionale degli strati di riempi? tivo in piani orizzontali.