АППАРАТ ДЛЯ ОСУШКИ СЕРНИСТОГО ГАЗА И АБСОРБЦИИ СЕРНОГО АНГИДРИДА

Полезная модель аппарата для осушки сернистого газа или абсорбции серного ангидрида может быть использована в сернокислотном производстве, в котором осуществляется утилизация отходящих сернистых газов предприятий цветной металлургии. Известны сернокислотные производства, в которых процессы осушки сернистого газа и абсорбции серного ангидрида осуществляются в традиционного типа трубах Вентури (комбинат «Электроцинк», г. Владикавказ).
Наиболее близким по техническим решениям является аппарат для промывки и охлаждения сернистых газов, имеющий патент РФ на полезную модель №147796 от 16.10.2014 г. Основным недостатком применяемых труб Вентури традиционного типа и принятой в качестве прототипа полезной модели по патенту РФ №147796 от 16.10.2014 г. является недостаточный контакт жидкой и газовой фаз, вызванный осаждением значительной части орошающей кислоты на 1-ой стадии абсорбции, проходящей в вертикальной конусообразной перегородки, на стенках последней, в то время как большая часть объема газа идет по центру объема, ограниченного вертикальной кольцевой конусообразной перегородкой, что обуславливает низкую эффективность проведения процессов тепло - и массообмена.
Технической задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель аппарата, является повышение эффективности проведения процессов теплообмена и массообмена путем повышения степени контакта между газовой и жидкой фазами. Указанный результат достигается тем, что заявляемая полезная модель аппарата включает корпус, заполненный жидкостью, крышку с установленными на ней подводящим газ патрубком с форсункой для орошения и отводящим газ штуцером, коаксиально размещенные в корпусе аппарата несколько вертикальных кольцевых конусообразных перегородок, имеющих по две стенки каждая с нанесенными на их поверхностях гофрами и образующих замкнутые объемы, в которые подается охлажденная оборотная вода, с прикрепленными к нижним частям вертикальных кольцевых конусообразных перегородок горизонтально установленными кольцевыми дисками, а исходный газ поступает одновременно в объемы, ограниченные несколькими кольцевыми конусообразными перегородками, работающими параллельно, при этом расстояние между вертикальными кольцевыми перегородками обеспечивает равную площадь поперечного сечения для прохода газа, при чем на входе в объемы, ограниченные вертикальными кольцевыми конусообразными перегородками, установлены тангенциально к направлению движения газового потока лопатки. Подача исходного газа одновременно между несколькими вертикальными кольцевыми конусообразными перегородками и уменьшение расстояния между ними до относительно минимального позволяет существенно увеличить контакт между кислотой, стекающей по стенкам этих перегородок, и газом, чему способствует высокая турбулизация газового потока, обеспечиваемая гребнями гофр, выполненных на поверхности стенок вертикальных кольцевых конусообразных перегородок, а также лопатками, установленными между ними. Ход газа совместно с орошающей его концентрированной кислотой осуществляется в режиме прямотока с охлажденной оборотной водой, имеющей минимальную температуру, что при высокой скорости теплоносителей, турбулизации их и развитой площади теплообмена позволяет обеспечить максимальные значения коэффициентов абсорбции и теплопередачи, что, в конечном итоге, дает возможность повысить степень абсорбции паров воды концентрированной кислотой при проведении процесса осушки сернистого газа, либо степень абсорбции серного ангидрида при использовании аппарата для реализации процесса абсорбции серного ангидрида.
Наиболее интенсивно идут процессы осушки сернистого газа или абсорбции серного ангидрида в горловинах аппарата, образованных кольцевыми дисками, прикрепленными к нижним частям вертикальных кольцевых конусообразных перегородок, и поверхностью жидкости, находящейся в корпусе аппарата, за счет максимальной диспергизации жидкости высокоскоростным потоком газа, направляющимся в горловины и таким образом образующим орошение горловин. На выходе из последней по ходу газа горловины газ направляется в криволинейные каналы, образованные тангенциально установленными по отношению к радиальному направлению движения газа и погруженными частично в жидкость вертикальными лопатками и листом, перекрывающих их. В каналах идет выделение брызг жидкости, а затем газ выходит из аппарата.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, где:
- на фиг. 1 показан фронтальный разрез аппарата;
- на фиг. 2 показан вид аппарата сверху.
Аппарат включает корпус 1 и крышку 2, по центру которой расположен патрубок 3 с форсункой для орошения 4. В корпусе аппарата установлено несколько вертикальных кольцевых конусообразных перегородок 5, имеющих по две стенки каждая, образующих замкнутые объемы, при этом на стенках нанесены гофры, расположенные тангенциально по отношению к оси аппарата и имеющие гребни на наружных поверхностях стенок и каналы на внутренних поверхностях. В верхней части вертикальных кольцевых конусообразных перегородок 5, на входе в объемы между ними, установлены тангенциально к направлению движения газа направляющие лопатки 6, а к нижней части вертикальных кольцевых перегородок 5 крепятся горизонтально размещенные кольцевые диски 7. На последнем по ходу газа кольцевом диске 7 в конечной его части установлены тангенциально по отношению к радиальному направлению движения газа в горловине вертикальные лопатки 8, выходящие на верхнюю поверхность кольцевого диска 7 и образующие криволинейные каналы совместно с листом 9, перекрывающим их. На крышке 2 расположен выходной штуцер 10 для выхода газа из аппарата, а донный патрубок 11 на корпусе 1 служит для отвода жидкости.
3
Заявляемая полезная модель работает следующим образом. Сернистый газ после очистки от вредных примесей в промывном отделении поступает на осушку, либо газовоздушная смесь, содержащая серный ангидрид, после контактного аппарата направляется на абсорбцию во входной патрубок 3 аппарата, орошаемого концентрированной кислотой через форсунку 4, а затем поступает со скоростью 20 м/с одновременно в объемы, ограниченные несколькими кольцевыми вертикальными кольцевыми конусообразными перегородками 5, работающими параллельно, при этом относительно минимальное расстояние между ними обеспечивает равную площадь поперечного сечения для прохода газа, что, естественно, определяет идентичный скоростной режим газа в объемах между вертикальными кольцевыми перегородками 5 при практически полном соприкосновении газа со стенками их, орошаемых концентрированной кислотой. Наряду с этим тангенциально установленные по отношению к изначальному направлению движения газожидкостного потока лопатки 6 на входе в объемы, ограниченные вертикальными кольцевыми конусообразными перегородками 5, также ведут к приобретанию газом криволинейного, касающегося стенок, движения. И, наконец, благодаря гофрам, нанесенным тангенциально по отношению к оси аппарата в направлении, противоположном направлению движения газожидкостного потока, и образующими гребни на наружных поверхностях стенок перегородок вызывают большую турбулизацию газожидкостного потока, что ведет к еще большему контакту между газовой и жидкой фазами. Благодаря криволинейным каналам, образованным гофрами и расположенным на внутренних поверхностях стенок перегородок 5, по которым осуществляется движение охлажденной оборотной воды прямотоком с направлением движения газожидкостного потока при перекрестном движении этих теплоносителей, возникает возможность в условиях высокой скорости движения газожидкостного потока и его турбулизации, а также низкой температуры охлажденной оборотной воды в диапазоне 20-24°C обеспечить конденсацию паров воды на наружных поверхностях стенок вертикальных кольцевых конусообразных перегородок 5 и одновременно абсорбцию крепкой кислотой капель жидкости в случае применения аппарата для осушки сернистого газа, или существенно снизить температуру крепкой кислоты, орошающей газ, содержащий SO при его абсорбции, что, в конечном итоге, определяет максимальные значения коэффициентов абсорбции и теплопередачи и, тем самым, дает возможность эффективному проведению процессов массопередачи и теплообмена. Далее процессы осушки сернистого газа или абсорбции серного ангидрида идут в горловинах аппарата, образованными кольцевыми дисками 7, прикрепленными к нижней части вертикальных кольцевых конусообразных перегородок 5 и поверхностью жидкости, находящейся в корпусе 1 аппарата, при этом уровень жидкости может регулироваться, обеспечивая оптимальные условия осуществления процессов осушки или абсорбции в зависимости от содержания паров воды или серного ангидрида в перерабатываемом газе.
Газожидкостный поток, выходя из вертикальных кольцевых конусообразных перегородок со скоростью 25-27 м/с, ударяется о поверхность жидкости, образуя большое количество брызг, которые диспергируются потоком газа, направляющимся в горловины. При скорости газа в горловинах 35-45 м/с образуется развитая высокодисперсная поверхность контакта между газом и жидкостью, что обеспечивает высокую эффективность осуществления процессов осушки сернистого газа или абсорбции серного ангидрида. На выходе из последней по ходу газа горловины газожидкостный поток проходит криволинейные каналы, образованные тангенциально установленными лопатками 8 на нижней поверхности кольцевого диска 7 и частично погруженными в жидкость, выходящие на наружную поверхность диска 7, и листом 9, перекрывающих их, где идет выделение брызг кислоты из газа. После очистки газожидкостного потока от брызг кислоты в криволинейных каналах, газ выходит из аппарата через штуцер 10.