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.
Известно устройство концентрирования серной кислоты, описанное в книге «Установки для денитрации и концентрирования серной кислоты», авт. Лебедев А.Я., изд. «Химия», Москва, 1972 г., стр.143-146.
Концентрированно серной кислоты происходит в установке с применением колонн, в которых концентрированно разбавленной серной кислоты производится под вакуумом.
Недостатком данного устройства является растрескивание ферросилидовых царг в процессе эксплуатации колонны, нарушение уплотнений между царгами, использование водяного пара высокого давления, что требует строительство дорогостоящего оборудования (например, котельной), относительно малая производительность.
Наиболее близким к заявленному техническому решению и используемому в качестве прототипа является «Колонна концентрирования и денитрации кислот» по патенту РФ №2045322 С1, кл. 6 В01D 3/32, 1995 г. авт. Халитов Р.А., Махоткин А.Ф., Газизов Ф.М., Иванов Г.А., Мартынов С.Н. Патентообладатель (и) Халитов Рафкат Абдрахманович.
Колонна представляет собой теплообменный аппарат для систем газ-жидкость, содержащая контактные ступени, установленные друг над другом в корпусе колонны, крышку с патрубком вывода парогазовой смеси, днище, в котором установлен с зазором к нему стакан. Кольцевая перегородка между стаканом и корпусом днища делит ее емкость на верхнюю и нижнюю зоны. Стакан снабжен тангенциальным патрубком для ввода в него парогазовой смеси, установленным в нижней зоне. В верхней зоне емкости днища над перегородкой установлен патрубок вывода отработанной кислоты. Кроме того, патрубок вывода отработанной кислоты с первой над днищем контактной ступени сообщен с нижней зоной емкости. Это позволяет проводить процесс взаимодействия с высокой скоростью обновления поверхности контакта, полностью, исключая проскок обрабатываемой кислоты без контактирования, обеспечивая полноту отгонки при повышении производительности.
Недостатками данной колонны является то, что колонна не обеспечивает полноту отгонки серной кислоты из-за недостаточно высокой турбулизации газового потока в начале подачи топочных газов в колонну,
что ведет к неэффективной сепарации серной кислоты в поле центробежных сил.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание колонны вихревой для концентрирования серной кислоты, обладающей большой производительностью, а также интенсивным тепломассообменом, за счет создания максимального турбулентного газового потока в начале подачи газа в днище, что делает процесс экологически менее опасным.
Поставленная задача решается следующим образом.
В концентраторе вихревом, состоящем из колонны с контактными ступенями, установленными друг над другом, крышки с патрубком вывода парогазовой смеси, днища с устройством для ввода топочного газа, выполненного в виде стакана, установленного в емкости днища, патрубка для ввода парогазовой смеси, патрубка для 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, кроме того, в футеровке для подвода топочных газов выложен наклонный канал, переходящий в горизонтальный канал прямоугольного сечения, расположенный тангенциально относительно стакана.
Преимущество предлагаемого концентратора состоит в том, что сложное направление топочных газов в начале подачи их в днище обеспечивает максимальную турбулизацию топочных газов, обеспечивает
полноту отгонки при повышенной производительности концентратора, обеспечивает повышенную очистку отходящих газов, что делает процесс экологически безопасным.
На фиг.1 представлен продольный разрез концентратора спереди, на фиг.2 - вид сбоку, на фиг.3 - поперечный разрез А-А на фиг.1.
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 ступень для улова брызг серной кислоты. Вторая, третья, четвертая, пятая ступени, две абсорбционные и брызгоулавливающие ступени выполнены одинаковыми и состоят из установленных друг на друга нижней и верхней царг, на которых расположены 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.
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 днище 9, сначала по наклонному каналу 16, затем - 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 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, т.е. первую ступень. 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 отбойниках, насыщается парами воды и с содержанием кислых компонентов в пределах санитарных норм выбрасывается через брызголовушку и трубу выброса газов в атмосферу.
За счет уноса определенного количества серной кислоты со ступени на ступень осуществляется такое распределение концентрации серной кислоты на ступенях, при котором величина пересыщения паров серной кислоты на ступенях не достигает критического значения, при этом исключаются условия образования тумана серной кислоты и сернистого ангидрида.
Конструктивное исполнение днища 9 и канала для подвода топочных газов в виде наклонного канала 16, переходящего в горизонтальный канал 17 прямоугольного сечения, расположенного тангенциально относительно стакана 13, обеспечивает повышенную турбулизацию топочных газов в начале
их подачи в днище, что увеличивает производительность колонны, делает процесс менее экологически опасным.