КОНЦЕНТРАТОР ВИХРЕВОЙ

Полезная модель относится к теплообменным аппаратам для систем газ-жидкость и может быть использована в области химической промышленности для концентрирования растворов различных химических соединений, в том числе для концентрирования разбавленной серной кислоты.
Известен «Концентратор вихревой» по полезной модели, защищенной патентом №79446 от 10.01.09 г.
Концентратор вихревой, состоящий из колонны с контактными ступенями, крышки с патрубком вывода парогазовой смеси, днища с устройством ввода топочного газа, выполненного в виде стакана, установленного в емкости днища, патрубка ввода парогазовой фазы, патрубка вывода отработанной серной кислоты, днище дополнительно содержит футеровку, выполненную из кирпича кислотоупорного, плитки термокислотоупорной, асбеста и бетона кислотостойкого, царгу и упорное кольцо, служащее опорой для стакана, царги и колонны, в футеровке для подвода топочных газов выложен наклонный канал, переходящий в горизонтальный канал прямоугольного сечения, расположенный тангенциально относительно стакана.
Недостатками данного концентратора является то, что для эффективной сепарации серной кислоты в зоне сепарации, серная кислота подается при высоком давлении, что ведет к износу оборудования, экономически не эффективному и опасному производству.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание концентратора вихревого для концентрирования серной кислоты, обеспечивающего полноту концентрации серной кислоты, безопасное производство за счет снижения давления подачи серной кислоты в зону сепарации, исключающее затраты на дорогое оборудование и обеспечивающее более технологичный процесс.
Поставленная задача решается следующим образом.
В концентраторе вихревом, состоящем из колонны с контактными ступенями, крышки с патрубком вывода парогазовой смеси, днища, с устройством ввода топочного газа, выполненного в виде стакана, установленного в емкости днища, содержащего футеровку, выполненную из кирпича кислотоупорного, плитки термокислотоупорной, асбеста и бетона кислотостойкого, в которой для подвода топочных газов выложен наклонный канал, переходящий в горизонтальный канал прямоугольного сечения, расположенный тангенциально относительно стакана, патрубка ввода парогазовой фазы, патрубка вывода отработанной серной кислоты, царги и упорного кольца, служащего опорой для стакана, царги и колонны, расстояние от оси патрубка вывода отработанной серной кислоты до оси горизонтального канала подвода топочных газов равно 700-900 мм.
На прилагаемых фигурах представлен концентратор вихревой.
На фиг.1 изображен вид спереди, на фиг.2 - вид сбоку.
Концентратор состоит из колонны 1 с набором контактных ступеней 2, патрубка 3 для ввода обрабатываемой серной кислоты, патрубка 4 для вывода обработанной серной кислоты, крышки 5 с патрубком 6 вывода парогазовой смеси.
Первая ступень концентратора, состоящая из днища и трех нижних царг, является зоной сепарации. Вторая, третья, четвертая, пятая ступени - рабочие, в них осуществляется концентрация серной кислоты. Шестая, седьмая ступени предназначены для абсорбции, восьмая - брызгоулавливающая ступень для улова брызг серной кислоты. Вторая, третья, четвертая, пятая ступени, две абсорбционные и брызгоулавливающие ступени выполнены конструктивно одинаковыми и состоят из установленных друг на друга нижней и верхней царг, на которых расположены вихревые контактные устройства, состоящие из контактного патрубка 7, в нижней части которого имеются прорези для прохода жидкости, завихрителя 8, представляющего собой глухой цилиндр, имеющий тангенциально расположенные лопатки.
Днище 9 представляет собой стальную сварную конструкцию, на которой установлены патрубок 10 для ввода топочных газов и патрубок 11 для ввода кислоты из второй рабочей ступени концентратора, а также для аварийного слива кислоты из концентратора. Внутри днища 9 установлена футеровка 12, выполненная из кирпича кислотоупорного, плитки термокислотоупорной, асбеста и бетона кислотостойкого, стакан стальной 13, царга 14 и упорное кольцо 15. Для подвода топочных газов в концентратор вихревой в футеровке 12 выложен наклонный канал 16, переходящий в горизонтальный канал 17 прямоугольного сечения, расположенный тангенциально относительно стакана. На упорном кольце 15 установлены все части концентратора, а именно стакан 13, царга 14 и колонна концентратора 1.
С целью уменьшения давления подачи серной кислоты в зону сепарации, ось патрубка 4 для вывода отработанной серной кислоты расположена в горизонтальной плоскости и на расстоянии 700-900 мм от оси горизонтального канала 17 подвода топочных газов в концентратор вихревой.
Экспериментальным путем было установлено, что при расположении оси патрубка 4 и оси горизонтального канала 17 на расстоянии 700-900 мм технологический процесс более безопасный, экономичный, а именно, используется оборудование, создающее меньший напор подачи серной кислоты, что делает технологический процесс более дешевым и безопасным. При расположении оси патрубка 4 и оси горизонтального канала 17 менее 700 мм подача серной кислоты в зону сепарации осуществляться не будет, а более 900 мм - технологический процесс становится опасным и более дорогим.
Работа концентратора основана на прямоточном взаимодействии газовой и жидкой фазы при вихревом движении в зоне контакта внутри ступени. В аппарате в целом сохраняется принцип противоточного движения потоков газовой и жидкой фаз.
Колонна работает следующим образом.
Топочные газы из топки поступают по газоходу в нижнюю часть днища 9, сначала по наклонному каналу 16 и далее - по горизонтальному каналу 17. В каналах происходит взаимодействие газовой и жидкой фаз в зоне контакта при сохранении противоточного движения потока кислоты по царгам канала.
Нагнетаемый газ входит в щель между лопатками завихрителя и приобретает вращательное движение.
Слабая серная кислота через патрубок 3 подается в нижнюю царгу пятой рабочей ступени концентратора и, постепенно переливаясь со ступени на ступень, кислота заполняет царги концентратора и переливные линии, перетекает в нижнюю часть концентратора, при этом происходит ее концентрирование. Со второй ступени кислота поступает в горизонтальную часть канала 17 топочных газов, подхватывается газовым потоком при определенной температуре, раскручивается и поднимается в виде высокотурбулизированного слоя жидкости, струй, брызг, по тангенциальному каналу поступает в днище вихревого концентратора, в зону сепарации. Отсепарированная серная кислота с концентрацией не менее 90% перетекает через патрубок 4 из зоны сепарации по кислотопроводу в холодильник. Газовый поток, контактируя на ступенях с кислотой, отдает ей свое тепло, освобождается от брызг кислоты в брызгоуловительных ступенях, насыщается парами воды и с содержанием кислых компонентов в пределах санитарных норм выбрасывается через брызголовушку и трубу выброса газов в атмосферу.
Преимущество предлагаемого концентратора состоит в том, что при расположении оси патрубка 4 вывода отработанной серной кислоты до оси горизонтального канала 16 подвода топочных газов, равном 700-900 мм, способствует уменьшению давления подачи серной кислоты в зону сепарации, что делает процесс безопасным, технологичным и высокоэкономичным.