АППАРАТ ДЛЯ ПРОМЫВКИ И ОХЛАЖДЕНИЯ СЕРНИСТЫХ ГАЗОВ

Полезная модель скруббера для очистки сернистых газов от вредных примесей (соединений As, F, возгонов металлов, пыли и др.) может быть использована в сернокислотном производстве, в котором осуществляется утилизация отходящих газов предприятий цветной металлургии. Известны сернокислотные производства, в которых для очистки газа от вредных примесей используются трубы Вентури традиционного типа (например, сернокислотный цех на комбинате «Электроцинк», г. Владикавказ).
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является аппарат для промывки и охлаждения сернистых газов, имеющий патент РФ на полезную модель №147796 от 16.10.2014 г.
Основным недостатком известного аппарата, принятого в качестве прототипа заявляемой полезной модели, является низкая эффективность проводимого процесса теплопередачи между орошающей кислотой и газом с целью охлаждения газа с одновременной конденсацией паров кислоты и сернокислотного тумана в объеме, ограниченном перегородкой, покрывающей лопатки, установленные на кольцевом диске, и последующей вертикальной кольцевой конусообразной перегородкой, обусловленным приведенными ниже обстоятельствами:
- Значительная часть газа идет в объеме, ограниченном перегородкой, покрывающей лопатки, установленные на кольцевом диске, и последующей вертикальной кольцевой конусообразной перегородкой, не касаясь поверхности стенок этих элементов аппарата, на которые подается орошающая кислота, что ведет к снижению поверхности контакта между газовой и жидкой фазами.
- Брызги орошающей кислоты, выходящие из форсунок под давлением с большой скоростью при соприкосновении с поверхностью вышеуказанных перегородок, имеют значительную вероятность отскока от этих поверхностей с последующим выносом их газовым потоком помимо перегородок, что, естественно, снижает количество кислоты, поступающей на перегородки, снижая поверхность контакта между газом и жидкостью.
- Эффективность процесса конденсации паров серной кислоты падает из-за повышения температуры орошающей кислоты вследствие выделения теплоты конденсации пара.
Технической задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является повышение эффективности осуществления процесса теплопередачи между газовой и жидкой фазами при проведении охлаждения газа с одновременной конденсацией сернокислотного тумана. Указанный результат достигается тем, что заявляемый аппарат включает корпус, заполненный жидкостью, крышку с установленными на ней подводящим газ патрубком с форсункой для орошения и отводящим газ штуцером, в корпусе аппарата коаксиально размещены несколько вертикальных кольцевых конусообразных перегородок, к нижней части которых крепятся кольцевые диски, установленные под углом к горизонтали и имеющие на нижней поверхности вертикально расположенные лопатки, при этом покрывающая эти лопатки перегородка и последующая вертикальная кольцевая конусообразная перегородка имеют по две стенки с нанесенными на них гофрами, образующими замкнутые объемы, в которые подается охлажденная оборотная вода, причем на верхних частях этих перегородок размещены желоба для подачи орошающей кислоты, а между перегородками расположены по высоте в несколько ярусов тангенциальные лопатки.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, где:
- на фиг. 1 показан фронтальный разрез аппарата;
- на фиг. 2 показан вид аппарата сверху.
2
3
Аппарат включает корпус 1 и крышку 2, по центру которой расположен входной патрубок 3 с форсункой для орошения 4, соединенный с вертикальной кольцевой конусообразной перегородкой 5, к нижней части которой крепится размещенный под углом к горизонтали кольцевой диск 6. На нижней поверхности кольцевого диска 6 в конечной его части установлены тангенциально вертикальные лопатки 7, выходящие на верхнюю поверхность кольцевого диска 6 и образующие криволинейные каналы совместно с перегородкой 8, перекрывающие их. Перегородка 8 и последующая вертикальная кольцевая конусообразная перегородка 5 имеют по две стенки с нанесенными на них гофрами, образующие замкнутые объемы, в которые подается охлажденная оборотная вода, причем на верхних частях перегородок 8 и 5 размещены желоба 9 для подачи орошающей кислоты, а между перегородками 5 и 8 расположены по высоте в несколько ярусов тангенциальные лопатки 10. Над крышкой 2 расположен выходной патрубок 11 для отвода очищенного газа, а донный штуцер 12 на корпусе 1 служит для отвода промывной жидкости. Заявляемый аппарат работает следующим образом. Исходный сернистый газ, имеющий температуру 280-320°С и содержащий примеси в виде SO, SO, соединений As, F, возгонов металлов, пыли и др., поступает во входной патрубок 3 со скоростью 10÷12 м/с, в который прямотоком с газом подается через форсунку 4 низкоконцентрированная серная кислота. При контакте исходного газа с орошающей кислотой идет 1-я стадия промывки и охлаждения газа в испарительном режиме с образованием сернокислотного тумана. Улавливание вредных примесей из исходного газа основано на растворении примесей в сернокислотном тумане. На выходе из объема, ограниченного вертикальной кольцевой конусообразной перегородкой 5, реализуется принцип действия инерционного каплеотделения за счет резкого изменения направления движения газового потока при контакте с поверхностью жидкости, находящейся в корпусе 1 аппарата, при этом капли с уловленными частицами пыли и других примесей, стремясь по инерции сохранить прежнее направление движения, высаживаются на поверхности жидкости. Наряду с этим газ, выходящий из объема, ограниченного вертикальной кольцевой конусообразной перегородкой 5, со скоростью 25-30 м/с, при контакте с поверхностью жидкости, находящейся в корпусе 1 аппарата, генерирует значительное количество брызг, которые диспергируются потоком газа, направляющегося радиально на дальнейшую очистку от примесей в горловину трубы Вентури, образованную кольцевым диском 6 и поверхностью жидкости, находящейся в корпусе 1 аппарата. При этом в горловине труб Вентури создаются наиболее оптимальные условия для проведения процессов очистки газа от примесей и его охлаждения за счет обеспечения высокой скорости потока газа (скорость газа в горловине составляет 35-45 м/с) и, как следствие, максимальной диспергизации жидкости высокоскоростным потоком газа и создания тем самым большой поверхности контакта между газом и жидкостью, а также градиента скоростей между ними, что обуславливает высокие коэффициенты тепло- и массопередачи и значительную эффективность работы аппарата в целом по очистке газа от примесей и его охлаждения. При увеличении содержания в газе вредных примесей возможно изменение сечения горловины за счет повышения уровня жидкости в корпусе 1 аппарата, что ведет к интенсификации проходящих в горловине тепло- и массообменных процессов. На выходе из горловины газ направляется в каналы, образованные тангенциально установленными по отношению к радиальному направлению движения газа и погруженными частично в жидкость вертикальными лопатками 7 и перегородкой 8, перекрывающей их и погруженной в жидкость для создания гидрозатвора. В каналах осуществляется выделение брызг жидкости с уловленными вредными примесями из потока газа за счет действия центробежной силы, которое завершается на внешней поверхности кольцевых дисков 6. Очищенный от брызг газовоздушный поток направляется в объем, ограниченный перегородкой 8, и затем поступает в объем, заключенный между перегородкой 8 и последующей вертикальной кольцевой конусообразной перегородкой 5, причем перегородки 8 и 5 имеют по две стенки с нанесенными на них гофрами, образующие замкнутые объемы, в которые подается охлажденная оборотная вода. Наряду с этим на верхних частях перегородок 8 и 5 установлены желоба 9 для подачи на поверхности этих перегородок орошающей кислоты в пленочном режиме, что обеспечивает интенсивную турбулизацию жидкостного потока и ведет к существенному росту коэффициента теплопередачи, чему способствует установка между перегородками 8 и 5 по высоте в несколько ярусов тангенциально к направлению движения газового потока вертикальных лопаток 10, обеспечивающих при скорости 15-20 м/с криволинейное, касающееся стенок этих перегородок, движение газа. На обеих поверхностях перегородок 8 и 5 проходит конденсация паров серной кислоты и сернокислотного тумана в интенсивном режиме, при этом орошающая их кислота не только не разогревается из-за выделения теплоты конденсации, а еще более глубоко охлаждается за счет теплообмена с охлажденной оборотной водой, движущейся между стенками перегородок 8 и 5 и имеющей температуру в интервале 18÷24°С. Газовоздушный поток, выходя из объема, ограниченного перегородками 8 и 5, со скоростью 25-30 м/с, поступает на поверхность жидкости, находящейся в корпусе 1 аппарата, генерируя значительное количество брызг жидкости и захватывая их, направляется во вторую горловину трубы Вентури, образованную кольцевым диском 6 и поверхностью жидкости. Необходимо отметить, что кислота, стекающая в корпус и образующая брызги, имеет пониженную температуру за счет охлаждения на стенках перегородок 8 и 5, тем самым обеспечивая дальнейшую конденсацию паров кислоты и сернокислотного тумана во второй горловине трубы Вентури посредством диспергизации брызг и увеличения поверхности контакта между газом и жидкостью. На выходе из второй горловины трубы Вентури газ очищается от брызг в криволинейных каналах, образованных лопатками 7, установленными на кольцевом диске 6, и соответствующей перегородкой 8, перекрывающей их. Очищенный от брызг жидкости газ выходит из аппарата через патрубок 11.