RU2124939C1 - Способ контактирования газа и жидкости и аппарат для его осуществления - Google Patents
Способ контактирования газа и жидкости и аппарат для его осуществления Download PDFInfo
- 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
Links
Landscapes
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
- Gas Separation By Absorption (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•ρж/ρг)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•ρж/ρг)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•ρж/ρг)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•ρж/ρг)0,5 м/с,
где D - диаметр трубы, м;
ρж и ρг - плотности фаз.
w0= 3,13•(D•ρж/ρг)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.
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)
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 |
-
1995
- 1995-10-03 RU RU95116907A patent/RU2124939C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
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)
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 |
---|---|---|
US20080173031A1 (en) | Cooling tower | |
FI73516C (fi) | Foerfarande foer drift av en vaetske-vaetskevaermevaexlare. | |
RU2650967C1 (ru) | Способ очистки газов и устройство для его осуществления | |
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 | |
SU1274706A1 (ru) | Тепломассообменный аппарат | |
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 | |
US4216001A (en) | Gas scrubbing apparatus | |
SU997709A1 (ru) | Контактное устройство дл тепломассообменных колонн | |
SU929176A1 (ru) | Способ подготовки газа к очистке | |
RU2184783C1 (ru) | Установка для сульфитации жидкостей сахарного производства | |
SU1777940A1 (ru) | Распылительный тепломассообменный аппарат | |
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 |