УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТАКТА ГАЗА И ЖИДКОСТИ

Устройство для контакта газа и жидкости предназначено для контакта газа и жидкости в газовой, газоперерабатывающей, химической и нефтяной промышленности, может быть использовано в процессах и аппаратах для абсорбции, ректификации, например, при подготовке природного и нефтяного газа к транспорту.
6
Известен тепломассообменный аппарат, включающий корпус, тарелку с переливной трубой, контактное устройство, содержащее сепарационную обечайку, завихритель с радиальными лопастями и пластинами. Лопасти выполнены методом штамповки в полотне тарелки, в центре образованных таким образом лопастных завихрителей прикреплен стакан гидрозатвора, в который опущена переточная труба с вышележащей тарелки (патент РФ на полезную модель №12040. МПК В01D 3/30, опубл. 16.12.1999).
Общими признаками известного и предлагаемого решения являются:
- корпус;
- тарелка с переливной трубой и с, по крайней мере, одним контактным устройством;
- сепарационная обечайка;
- завихритель;
- стакан, в который опущена переточная труба.
Недостатком известного устройства является узкий диапазон эффективной работы массообменного аппарата, который зависит как от нагрузки по жидкости, так и от нагрузки по газу, так как массообмен происходит между газом, поднимающимся с нижележащей тарелки, и той частью жидкости, которая поступает из стакана, при этом, чем меньше нагрузка по жидкости и по газу, тем не равномернее поступление жидкости из стакана в зону контакта. При пониженных нагрузках по газу не происходит подъем жидкости газовым потоком из стакана и снижается поверхность контакта, а следовательно, снижается и эффективность массопередачи. Кроме того, периметр перелива стакана ограничивает нагрузки по жидкости, что также ограничивает диапазон устойчивой работы устройства.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату к предлагаемому техническому решению является устройство для контакта газа и жидкости для массообменного аппарата, включающее установленное в корпусе основание с, по крайней мере, одним центробежным элементом, который состоит из цилиндрического патрубка, снабженного в верхней части сепарационным узлом, а в нижней части - тангенциальным завихрителем, закрытым донышком, и каналами для подачи жидкости с основания на донышко завихрителя, при этом коаксиальный канал подачи жидкости снабжен отверстиями выхода жидкости. На торце коаксиального канала подачи жидкости, перекрывая его сечение, установлен обтекатель, выполненный в виде параболоида вращения. На внутренней поверхности завихрителя выше тангенциальных входов газа установлена, по крайней мере, одна кольцевая переливная перегородка с шириной, определяющей глубину барботажного слоя жидкости. (Патент РФ на изобретение №2192912 МПК 7 B01D 3/26, опубл. 20.11.2002)
Общими признаками известного и предлагаемого решения являются:
- установленное в корпусе основание с, по крайней мере, одним центробежным элементом;
- центробежный элемент включает цилиндрический патрубок;
- цилиндрический патрубок снабжен в верхней части сепарационным устройством;
- цилиндрический патрубок в нижней части снабжен тангенциальным завихрителем с донышком;
- коаксиальный канал для подачи жидкости.
Недостатками известной конструкции является узкий диапазон устойчивой работы устройства, т.к. эффективность зависит от формируемого цилиндрического вращающегося слоя жидкости газовым потоком с помощью кольцевой переливной перегородки с заданной шириной, которая и определяет глубину барботажного слоя жидкости.
Техническим результатом является расширение диапазона устойчивой работы устройства при различных нагрузках по жидкости и газу и повышение эффективности массообмена между фазами.
Этот результат также достигается тем, что устройство для контакта газа и жидкости, содержащее установленное в корпусе основание с, по крайней мере, одним центробежным элементом, включающим цилиндрический патрубок, снабженный в верхней части сепарационным устройством, а в нижней части - тангенциальным завихрителем с донышком, коаксиальный канал для подачи жидкости, новым является то, что, что устройство имеет не менее двух оснований и камеру для контакта фаз, выполненную в форме цилиндрического стакана, установленную с зазором под основанием, в которой размещен тангенциальный завихритель с зазором к корпусу камеры для контакта фаз, а коаксиальный канал для подачи жидкости представляет собой питающую трубку, верхний торец которой установлен в вышележащем основании, а нижняя часть питающей трубы расположена в центральной части завихрителя, при этом открытый нижний торец питающей трубки вмонтирован в отверстие, выполненное в донышке завихрителя.
Кроме того, в нижней части цилиндрического патрубка на внешней поверхности питающей трубки и/или на внутренней поверхности цилиндрического патрубка кольцеобразно может быть расположен элемент дробления. При этом элемент дробления может быть выполнен в виде сетки или может быть выполнен в виде горообразной насадки или набора горообразных насадок. Кроме того, эти элементы дробления могут быть выполнены из гидрофобного материала.
Кроме того, элемент дробления может быть выполнен в виде надсечек, нанесенных на поверхность питающей трубки и/или на внутреннюю поверхность цилиндрического патрубка.
Кроме того, элементов дробления на внешней поверхности питающей трубки и/или на внутренней поверхности цилиндрического патрубка может быть установлено несколько.
Кроме того, в верхней части цилиндрического патрубка на равном расстоянии друг от друга могут быть выполнены прорези.
Кроме того, на поверхности питающей трубки перед сепарационным устройством может быть установлена экранирующая насадка.
Предлагаемая совокупность признаков, а именно, выполнение камеры для контакта газа и жидкости в форме цилиндрического стакана, установленной с зазором под основанием и размещение в ней тангенциального завихрителя, а также предлагаемое выполнение и предлагаемая установка коаксиального канала для подачи жидкости, позволяет обеспечить эффективную зону контакта жидкости, поступающей с вышележащего основания в камеру, и газа, поступающего в камеру через образованный зазор на завихритель, при этом происходит интенсивный массообмен между средами в поле центробежных сил. Далее зона эффективного контакта сред может быть организована как единичными элементами дробления, так и несколькими элементами, что расширяет возможности применения данного устройства в широком диапазоне технологических задач, как по нагрузкам по жидкости и газу, так и по качеству получаемых потоков.
Выполнение элемента дробления в виде сетки или в виде торообразной насадки, причем из гидрофобного материала позволяет обеспечить эффективное дробление жидкости при различных вариантах исполнения элемента дробления, что расширяет также технологические возможности изготовления устройства при обеспечении его эффективной работы.
Выполнение элемента дробления в виде надсечек на поверхности питающей трубки и/или на внутренней поверхности цилиндрического патрубка также повышает эффективность дробления жидкости и обеспечивает эффективный массообмен между потоками.
Наличие прорезей в верхней части цилиндрического патрубка на равном расстоянии друг от друга обеспечивает отвод жидкости, которая под действием центробежных сил движется по внутренней поверхности цилиндрического патрубка из зоны контакта, что позволяет обеспечить эффективную работу устройства при значительных нагрузках по жидкости.
Установление на поверхности питающей трубки перед сепарационным устройством экранирующей насадки позволяет снизить унос жидкости, поднимающейся под действием центробежных сил из зоны контакта на элементах дробления по поверхности питающей трубки, повысив эффективность разделения фаз.
На фигуре 1, 2 представлено устройство для контакта газа и жидкости с различными конструкциями элемента дробления.
Устройство для контакта газа и жидкости (фиг.1) включает установленное в корпусе 1 основание 2 с, по крайней мере, одним центробежным элементом. Центробежный элемент состоит из цилиндрического патрубка 3, который в верхней части снабжен сепарационным устройством 4, выполненным в виде пленкосъемника, а в нижней части - тангенциальным завихрителем 5 с донышком 6.
Устройство имеет камеру для контакта фаз 7, выполненную в форме цилиндрического стакана, установленную с зазором «а» под основанием 2, в которой размещен тангенциальный завихритель 5 с зазором к корпусу камеры для контакта фаз 7.
Внутри цилиндрического патрубка 3 размещен коаксиальный канал для подачи жидкости. Коаксиальный канал представляет собой питающую трубку 8, верхний торец которой установлен в вышележащем основании 9, а нижняя часть питающей трубки 8 расположена в центральной части завихрителя 5, при этом открытыйнижний торец питающей трубки 8 вмонтирован в отверстие 10, выполненное в донышке 6.
В нижней части цилиндрического патрубка 3 может быть расположен кольцеобразно элемент дробления 11 на внутренней поверхности цилиндрического патрубка 3 и/или элемент дробления 12 на внешней поверхности питающей трубки 9. Элементы дробления 11, 12 могут быть выполнены различной формы: на фиг.1 элементы дробления 11, 12 выполнены в виде сетки, а на фиг.2 - в виде торообразной насадки. Элементы дробления 11, 12 могут быть выполнены в виде надсечек, нанесенных на поверхность питающей трубки и/или на внутреннюю поверхность цилиндрического патрубка, соответственно (на фиг. не показано). Причем, если установлены элементы дробления 11 и элемент дробления 12, то последний устанавливается выше, чем элемент дробления 12. При установке нескольких элементов дробления 11 и элементов дробления 12 они располагаются в шахматном порядке (фиг.1).
На поверхности питающей трубки перед сепарационным устройством 4 может быть установлена экранирующая насадка 13, выполненная, например, в виде козырька.
В верхней части цилиндрического патрубка 3 на равном расстоянии друг от друга могут быть выполнены прорези 14, снабженные направляющими элементами для дополнительного отвода жидкости.
Устройство для контакта газа и жидкости работает следующим образом.
Газовый поток поступает через зазор «а» в камеру для контакта фаз 7 и далее, захватывая жидкость, поступающую также в камеру для контакта фаз 7 с вышележащего основания 9 через отверстие 10, интенсивно перемешивается в камере для контакта фаз 7. Далее образовавшийся газожидкостной поток, попадая на завихритель 5, приобретает вращательное движение на его выходе, в результате чего, формируется закрученный поток. Далее капли жидкости полем центробежных сил отбрасываются к поверхности цилиндрического патрубка 3 и сливаются в пленку, которая попадает на элемент дробления 11, где жидкостная пленка дробится на мелкие частицы, которые затем отталкиваются на поверхность питающей трубки 8, где еще раз могут дробиться на элементе дробления 12 и, отскакивая на гладкую поверхность цилиндрического патрубка 3, где, формируясь в пленку, направляются в сепарационное устройство 4.
В зависимости от количества элементов дробления 11, 12 может обеспечиваться несколько ступеней интенсификации массообмена между средами.
Часть капель после дробления под действием центробежных сил сливается в пленку на поверхности питающей трубки 8, поднимается вверх и, попадая на экранирующую насадку 13, эта жидкость отбрасывается на поверхность цилиндрического патрубка 3.
Слой жидкости, поднимающийся по поверхности цилиндрического патрубка 3, отводится с помощью сепарационного устройства 4, а газ отводится из центробежного элемента через центральное отверстие сепарационного устройства 4.