АППАРАТ ДЛЯ ОСУШКИ СЕРНИСТОГО ГАЗА ИЛИ 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 трубах Вентури, при этом отвод тепла, выделяющегося при проведении этих процессов и вызывающего разогрев орошающих трубы Вентури кислот, ведется в теплообменниках, установленных во вне труб Вентури [комбинат «Электроцинк», г. Владикавказ).
Наиболее близким по техническим решениям заявляемой полезной модели является аппарат для промывки и охлаждения сернистых газов, имеющий патент РФ на полезную модель №147796 от 16.10.2014 г, в котором также предусмотрена подача на орошение охлажденной серной кислоты во внешних теплообменниках.
Основным недостатком использования традиционного типа труб Вентури и принятой в качестве прототипа полезной модели по патенту РФ №147796 от 16.10.2014 г. являются большие капитальные затраты, вызванные необходимостью установки нескольких дорогостоящих теплообменников, а также монтажа трубопроводов с арматурой, требующихся для обвязки этих теплообменников с трубами Вентури.
Технической задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель аппарата, является сокращение капитальных затрат при использовании его за счет исключения внешних теплообменников путем интенсификации теплообмена в аппарате. Указанный результат достигается тем, что заявляемая полезная модель 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, к нижним частям которых крепятся горизонтально расположенные кольцевые диски с присоединенными к ним дополнительными кольцевыми дисками, обращенными к поверхности жидкости и образующими замкнутые объемы, в которые подается охлажденная оборотная вода, при этом дополнительные кольцевые диски выполнены с гребнями, частично погруженными в жидкость и образующими криволинейные каналы, причем на поверхности дополнительных кольцевых дисков имеются гофры. Использование вертикальных конусообразных кольцевых перегородок с примыкающими к ним горизонтально расположенными кольцевыми дисками определяет «взрывной» характер входа газа на поверхность жидкости, находящейся в корпусе аппарата, сопровождающийся образованием большого количества брызг жидкости, которые диспергируются потоком газа, направляющегося в горловины и таким образом осуществляющим орошение горловин. При этом в горловинах создаются оптимальные условия для проведения процессов осушки сернистого газа или абсорбции серного ангидрида за счет реализации следующих факторов, оказывающих существенное влияние на рост теплообменных и массообменных процессов:
- наличие гофр на поверхностях дополнительных кольцевых дисков, обращенных к поверхности жидкости, а также гребней на них, образующих криволинейные каналы, обуславливают большую турболизацию газожидкостного потока и обеспечивают интенсивный теплообмен между охлажденной оборотной водой, поступающей в замкнутые объемы, образованные кольцевыми дисками, и газожидкостным потоком, что, в свою очередь, ведет к эффективному прохождению массопередачи;
- прямоток движения газожидкостного потока с охлажденной оборотной водой, подаваемой в замкнутые объемы, образованные кольцевыми дисками, и имеющей минимальную температуру, при развитой поверхности теплообмена дает возможность существенно снизить температуру кислоты и, тем самым, повысить значение коэффициента абсорбции при проведении процесса абсорбции серного ангидрида;
- высокая скорость газожидкостного потока в криволинейных каналах горловин ведет к интенсификации теплопередачи и степени абсорбции благодаря росту коэффициента абсорбции при проведении процессов осушки сернистого газа и абсорбции серного ангидрида;
- при необходимости увеличения влияния вышеуказанных факторов на теплообмен и степень абсорбции при осушке сернистого ангидрида или абсорбции серного ангидрида возможно уменьшение проходного сечения горловин за счет изменения уровня жидкости в аппарате.
На выходе из горловин газ направляется в каналы, образованные тангенциально установленными вертикальными лопатками, частично погруженными в жидкость, и листом, перекрывающим 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 входной патрубок 3 с форсункой для орошения 4. Входной патрубок 3 соединен с вертикальной кольцевой конусообразной перегородкой 5. К нижней части вертикальной кольцевой конусообразной перегородки 5 крепится горизонтально размещенный кольцевой диск 6 с присоединенным к нему дополнительным кольцевым диском 7, обращенным к поверхности жидкости и образующим замкнутый объем, в который подается охлажденная оборотная вода, при этом дополнительный кольцевой диск 7, расположенный над поверхностью жидкости, находящейся в корпусе аппарата, выполнен с гребнями 8, частично погруженными в жидкость и образующими криволинейные каналы, причем на поверхности кольцевого диска 7 имеются гофры. На нижней поверхности кольцевого диска 7 в конечной его части установлены тангенциально вертикальные лопатки 9, выходящие на верхнюю поверхность кольцевого диска 6 и образующие криволинейные каналы совместно с листом 10, перекрывающих их. В аппарате установлены несколько узлов, включающих вертикальные кольцевые перегородки 5 с прикрепленными к ним кольцевыми дисками 6 и 7, образующими замкнутые объемы, в которые подается охлажденная оборотная вода, при этом дополнительные кольцевые диски 7, обращенные к поверхности жидкости, находящейся в корпусе аппарата, выполнены с гребнями 8, частично погруженными в жидкость и образующими криволинейные каналы, причем на поверхности кольцевого диска 7 имеются гофры. На крышке 2 расположен штуцер 11 для выхода газа из аппарата, а донный патрубок 12 на корпусе 1 служит для отвода жидкости.
Заявляемая полезная модель аппарата 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 заявляемого аппарата со скоростью 12 м/с, орошаемого концентрированной кислотой через форсунку 4 и входит в объем, образованный вертикальной кольцевой конусообразной перегородкой 5, в котором идет первая стадия осушки сернистого газа или абсорбции серного ангидрида. На выходе из объема, ограниченного вертикальной кольцевой конусообразной перегородкой, газ со скоростью 23-25 м/с входит в контакт с поверхностью жидкости, находящейся в корпусе аппарата, что, естественно, вызывает образование большого количества брызг жидкости, захватываемых потоком газа, направляющегося в горловину. В горловине, образованной прикрепленными к вертикальной кольцевой конусообразной перегородке 5 и расположенными горизонтально кольцевыми дисками 6 и 7, образующими замкнутый объем, в который подается охлажденная оборотная вода, и поверхностью жидкости, находящейся в корпусе аппарата, газожидкостный поток со скоростью 25-40 м/с входит в криволинейные каналы, ограниченные гребнями 8, выполненными на нижней поверхности кольцевого диска 7 и обращенными к поверхности жидкости с частичным заглублением в нее. В криволинейных каналах газожидкостный поток подвергается большой турбулизации, что при наличии гофр на поверхности диска 7 обеспечивает интенсивный теплообмен между охлажденной оборотной водой, поступающей в замкнутые объемы, образованные кольцевыми дисками 6 и 7 и газожидкостным потоком, что ведет к интенсивному прохождению процесса массопередачи. При этом охлажденная оборотная вода, подаваемая в замкнутые объемы и имеющая минимальную температуру, образованные горизонтально расположенными кольцевыми дисками 6 и 7, прямотоком с направлением движения газожидкостного потока, позволяет значительно снизить температуру кислоты и увеличить значение коэффициента абсорбции серного ангидрида. Последнему способствует скоростной режим газа в криволинейных каналах, ведущий также к росту коэффициента абсорбции при проведении процессов сушки сернистого газа и абсорбции серного ангидрида. Затем газожидкостный поток поступает в каналы, образованные вертикальными лопатками 9, установленными тангенциально в конечной части диска 7 и выходящими на верхнюю поверхность кольцевого диска 6, перекрытых листом 10, где идет высаждение брызг кислоты, после чего газ направляется в аналогичную описанной выше последующую горловину, в которой проходят все вышеуказанные процессы теплообмена и массообмена, а затем газ выходит из аппарата через штуцер 11.