СКРУББЕР С ПОДВИЖНОЙ НАСАДКОЙ

Предлагаемое техническое решение относится к тепломассообменным насадочным колоннам и может найти применение в химической, нефтехимической, легкой, пищевой, металлургической, машиностроительной, медицинской, горноперерабатывающей и других отраслях промышленности, а также в экологических процессах при очистке дымовых газов, вентиляционных выбросов и сточных вод от вредных примесей.
Известны насадочные тела в виде колец, имеющие внутри неподвижные перегородки в виде одной, двух или трех спиралей. (Рамм, В.М. Абсорбция газов // В.М. Рамм; под ред. В.М. Рамм. - 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Химия, 1976. С.313; Насадки масообменных колонн / Б.А. Сокол [и др.]; под ред. Д.А. Баранова. - М.: ЗАО «Инфохим», 2009. С.40).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата относится малый свободный объем, не позволяющий, вести тепломассообменные процессы при высоких скоростях жидкости и газа, что снижает интенсивность тепломассобменных процессов на граанице раздела фаз.
Известна насадка в виде колец Палля, представляющая собой цилиндр с высотой равной наружному диаметру. На боковых стенках сделаны прямоугольные надреззы, лепестки которых отгибаются во внутрь кольца (патент Великобритании №1573745, 1980).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточная интенсивность тепло- и массобпереноса из-за малых скоростей жидкой и газовых фаз, взаимодействующих между собой внутри и снаружи колец на их неподвижных поверхностях.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявленному объекту и принятому за прототип является скруббер с подвижной насадкой содержащий корпус с патрубками для запыленного и очищенного газа, оросительное устройство, брызгоуловитель и устройство для отвода шлама, нижнюю опорно-распределительную тарелку и верхнюю распределительную тарелку, между которыми расположен слой насадки в виде цилиндрических колец, причем обе тарелки и кольца насадки выполнены из упругих материалов, а на тарелках установлены вибраторы, при этом внутри каждого кольца насадки дополнительно установлены распорки в виде крестовины с различной длиной взаимно перпендикулярных плеч, так что длинное плечо каждой крестовины в два раза больше короткого плеча, а отношение длинного плеча крестовины к внутреннему диаметру кольца насадки определяется соотношением
где L и d - соответственно длина длинного плеча насадки и внутренний диаметр кольца (Описание патента на полезную модель РФ №107963, B01D 53/18, 2011).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится невысокая скорость и амплитуда колебаний жидкости и газа на границе раздела их фаз даже при применении вибраторов, установленных на тарелках, что приводит к пленочному течению газовой и жидкой фаз внутри цилиндрических колец насадки и снижению интенсивности тепломассообменных процессов между этими фазами.
Техническим результатом предлагаемого технического решения является увеличение интенсивности тепломассообменных процессов между жидкой и газовой фазами за счет динамического перемешивания капель и пузырьков этих фаз внутри насадки.
Поставленный технический результат достигается тем, что в скруббере с подвижной насадкой, содержащем корпус с патрубками исходного и очищенного газа, оросительное устройство, брызгоуловитель, нижнюю опорно-распределительную тарелку и верхнюю распределительную тарелку, между которыми расположен слой насадки в виде колец, причем обе тарелки и кольца насадки выполнены из упругих материалов, на тарелках установлены вибраторы, а внутри каждого кольца насадки установлена распорка, так, что длина распорки и внутреннего диаметра кольца насадки определяется отношением
где L и d - соответственно длина распорки и внутреннего диаметра кольца насадки,
при этом каждая распорка выполнена в виде оси, жестко закрепленной внутри кольца насадки на середине его высоты, а на каждой оси с возможностью свободного вращения установлена пропеллерная мешалка.
Выполнение каждой распорки в виде оси, жестко закрепленной внутри кольца насадки на середине его высоты с соотношением длины распорки и внутреннего диаметра кольца насадки, подчиняющимся условию (1), позволяет создать кольцо бочкообразной формы, скорость вибропсевдоожижения которого под действием напора газа в скруббере и работы вибраторов может быть гораздо больше, чем для колец цилиндрической формы, что интенсифицирует тепломассообменные процессы.
Установка на каждой оси пропеллерной мешалки с возможностью вращения заставляет пропеллерную мешалку вращаться под действием потока газа, создающего псевдоожиженный слой внутри скруббера, что приводит к разбрызгиванию жидкости, движущейся пленкой по внутренней поверхности каждого кольца насадки, а значит увеличению поверхности контакта фаз и интенсифицирует тепломассообменные процессы между жидкой и газовой фазами. Кроме того, пропеллерная мешалка, создавая при вращении осевой, окружной и радиальные потоки газа внутри колец насадки предотвращает образование застойных зон в жидкой и газовых фазах, что также интенсифицирует тепломассообменные процессы в скруббере.
Таким образом, выполнение каждой распорки в виде оси, жестко закрепленной внутри кольца насадки на середине его высоты и установка на каждой оси с возможностью свободного вращения пропеллерной мешалки позволяет интенсифицировать процессы тепло- и массопередачи между газовой и жидкой фазами за счет увеличения поверхности контакта фаз и скорости вибропсевдоожижения при работе вибраторов.
На фиг.1 изображен скруббер с подвижной насадкой, на фиг.2 - насадка в виде кольца с установленной внутри него в середине высоты осью, на которой закреплена с возможностью свободного вращения пропеллерная мешалка.
Скруббер с подвижной насадкой содержит корпус 1 с патрубками 2 и 3 соответственно для исходного и очищенного газа, оросительное устройство 4, нижнюю опорно-распределительную тарелку 5 и верхнюю ограничительную тарелку 6, между которыми расположен слой колец насадки 7, брызгоуловитель 8 и устройство для отвода жидкости 9 (фиг.1). Нижняя 5 опорно-распределительная и верхняя 6 ограничительные тарелки и насадка 7 выполнены из упругих материалов. На нижней опорно-распределительной тарелке 5 и на верхней ограничительной тарелке 6 могут быть установлены вибраторы (на чертеже не показаны).
Насадка 7 выполнена в виде колец, внутри каждого из которых установлена распорка в виде оси 10, жестко закрепленная на середине высоты кольца внутри него так, что длина распорки и внутреннего диаметра кольца насадки подчиняются условию (1). На каждой оси 10 с возможностью свободного вращения установлена пропеллерная мешалка 11.
Кольца насадки 7 нарезают из отработанных шлангов или трубок из резины или мягких полимерных материалов: полиэтиленовых, полипропиленовых, полиуретановых, в том числе армированных.
Распорки в виде осей 10 изготавливают при вторичной переработки термопластов путем штамповки или из обрезной проволоки. Каждую ось 10 устанавливают с натягом внутри кольца насадки 7 обеспеченным заданное отношение (1) размеров оси 10 и внутреннего диаметра кольца насадки. На каждой оси 10 перед установкой ее с натягом внутри кольца насадки 7 в середине его высоты закрепляют с возможностью вращения пропеллерную мешалку 11, выполненную из жести. Затем кольца насадки 7 с осями 10 и пропеллерными мешалками 11 в навал или упорядочено загружают внутрь скруббера.
Скруббер с подвижной насадкой работает следующим образом. Поток газа поступает в корпус 1 через патрубок 2 и проходит в зазорах насадки 7, которая смачивается жидкостью (водой, или другим адсорбентом) из оросительного устройства 4 опускается вниз и удаляется из аппарата по устройству для отвода жидкости 9. При установке вибраторов (на чертеже не показаны) на нижней опорно-распределительной тарелке 5 и верхней ограничительной тарелке 6 слой колец насадки 7 переходит в вибропсевдоожиженное состояние, что интенсифицирует гидродинамические и тепло - и массообменные процессы. Так как насадка 7 выполнена из упругого материала, то колебания ее поверхности еще более интенсифицирует вышеназванные процессы, а бочкообразная поверхность колец насадки 7 при установке в ней осей 10 с размерами подчиняющимися соотношению (1), приводит к возрастанию инерционных сил и увеличению скоростей тепло- и массопереноса через границу раздела фаз потока газа и жидкости. Кроме того вращение пропеллерной мешалки 11 внутри каждого кольца насадки 7 от набегающего на лопатки потока газа увеличивает поверхность контакта фаз жидкости и газа за счет турбулизации поверхности их раздела, образование дополнительных капель и пузырьков газа, что также интенсифицирует тепло - и массоперенос.
Таким образом, предлагаемая конструкция колец насадки позволяет изготовить ее из отходов резины или полимеров, отработанных или бракованных шлангов или трубок. Дополнительно вводимые в конструкцию колец насадки элементы в виде оси и пропеллерной мешалки также могут быть изготовлены из отходов металлической проволоки и жести. Все вышесказанное упрощает изготовление, эксплуатацию и замену колец насадки и сокращает их стоимость при сохранении основных технологических характеристик - свободного объема и удельной поверхности, но главное интенсифицирует тепло - и массообменные процессы за счет бочкообразной формы колец насадки и вращения пропеллерной мешалки внутри этих колец.