Способ абсорбции газов
Иллюстрации
Реферат
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ()990248
Союз Советских
Социалистических
Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 27.03.81 (21) 3301203/23-26 с присоединением заявок № 3273485/23-26;
3268561/23-26 (23) Приоритет— (51) М. Кл.
В 01 D 3/00
В 01 D 53/18
Гес) дарстеееный кОмитет
СССР
Опубликовано 23.01.83. Бюллетень №3
Дата опубликования описания 28.01.83 по делам нзебретееий и еткрмтий (53) УДК 66.071..7 (088.8) Г, 1
В. В. Бутков и В. В. Вишняков
/ ".
° ../
Московский ордена Трудового Кфасного. Знамени институт химического машйттжтроенЫя,: (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ АБСОРБЦИИ ГАЗОВ
Изобретение относится к химико-технологическим процессам абсорбции и принадлежит к способам, для реализации которых необходимо наличие электростатического полм, и может быть использовано в химической, нефтяной, нефтеперерабатывающей, газовой, угольной, пищевой, медицинской, микробиологической и других отраслях промышленности, в черной и цветной металлургии и производстве минеральных удобрений.
Известен способ электростатической очистки газов на основе принципа коронного разряда, при котором газ попадает в зону короны, где подавляющая часть пыли приобретает заряд и двигается в сторону осадительного электрода (1).
Недостатками этого способа являются зависимость эффективности работы от проводимости взвешенных в газе частиц, необходимость специальных средств -увлажнения и встряхивания, возможность появления обратной короны с образованием положительных ионов, что в конечном итоге приводит к рекомбинации отрицательных и положительных ионов, при этом способ перестает действовать, а также неприменимость его для проведения процесса абсорбции.
Известна масообменная колонна для взаимодействия газа с жидкостью, содержащая корпус с тарелками и расположенными между тарелками элементами, подключенными к источнику тока (2).
Недостатками этой колонны являются малые скорости газовой фазы, малая интенсификация процесса ввиду применения однородного электрического поля и отсутствие постоянной полярности в жидкости и газе, горизонтальное расположение многочисленных электродов по высоте, что ухудшает гидродинамику колонны.
Известен способ абсорбции газов, заключающийся во взаимодействии газовой и жидкой фаз, фазы подвергают предварительной ионизации (3).
Недостатками известного способа являются необходимость обработки фаз до начала их взаимодействия друг с другом, необходимость применения для этого пульСирующего с высокой частотой электрического поля, необходимость предварительной ионизации фаз, отсутствие интенсификации в процессе массообмена.
990248
Целью изобретения является повышение эффективности процесса абсорбции за счет увеличения коэффициента массопередачи и улучшения качества разделения газовых смесей и поглощения отдельных газов. 5
Указанная цель достигается тем, что сог !Hello способу абсорбции газов, заключающемуся во взаимодействии газовой и жидкой фаз, процесс абсорбции газов проводят В неоднородном электростатическом поле с отрицательным потенциалом з I dçå и поло кительпым потенциалом в жидкости, при этом силовые линии поля перпендикулярны поверхности раздела фаз.
Сущность способа заключается в том, что поверхность раздела фаз в процессе абсороции постоянно находится в неоднородном электростатическом поле строго опрслелеlllioH полярности. Элсf(TpocTdTHческос поле усиливает абсорбцию Вследствие того, что под действием высокого апряжения В жидкости развиваются вторич- щ ные гидроди и а м ические неу стой чи Iioc l ll, при Водясцие к мелком а с штабной турбулизации поверхностных слоев, изменяются физико-химические свойства абсорбента, }!роисходит изменение равновесных зависимостей, определяк) щих кинетику процесса, появляются 1!еравповесн(!е мощные силовые поля попдеромоторной природы, интеflcII13ность которых превышает интенсивность гравитационных пот(нциалов. При перемене полярное ги HIIToíñифицируется процесс лх сорбпии. Применение неоднород!гогo электростатического поля позволяет значительно усилить масcoo()i le!! Ири ма lhlx зllа !cI!ЯЯх IlотPcол)!(\IОЙ мо!ц! Iости ВВидх ма 100ТН TQK013 в системс. Процесс абсорбции проводят при напряжен!гости поля боль- 3g
IllcH, чем мин и м(1.1 ьl!ая = на пряж ll! Io(Th !
Увствительности Еч длЯ (d !lifo(f системы газ --- жидкость и равной или мепыпей напряженности пас ьицеllHB Е„, при которой возле йствие электростатического поля на процесс абсорбции достигает максималь- 40
H0l 0 зна Ipf!IIH и Относителы(ый коэффициент массопередачи К = К /К), равный отношению коэффициентов массопередачи с полем и без нег0, максимален. Способ абсорбции I àçîâ осуществляется в следую-! цих устройствах.
На фиг. изображен абсорбер трубчатый с f)ocxol(ÿè(Hм прямотоком пленки лля осуществления способа, общий вид; на (pHl . 2 — — абсорбер трубчатый противоточlIblH l(,;IH II!!OIl0rIII0H абсopoIIIIH газов ц(и и 13и. 1. !
X()co()()cp тр; бi(! (ый с восходя ll(H >I «рямотоком пленки состоит из I(Hлиндрическогo корпуса 1 со ппуцерами для входа 2 и выхода 3 жидкости, шу!(ерами тля вхо(а 4 и выхода 5 хладагента, нижней приемной 6 и верхней 7 камер, штуцера лля Bxo.((I 8 и выхода 9 газа, обечаек 10 и 11, трубных решеток 12 и 13, трубной решетки 14 с патрубками для формирования пленки, труб 15, к которым подведен положительный потенциал или заземление через контактный провод 16, центробежных электродов 17, к которым подведен отрицательный потенциал контактным проводом 18, и верхнего 19 и нижнего 20 фланцев с диэлектрической решеткой 21, 22, на которой укреплены центральные электролы.
Абсорбер трубчатый противоточный для пленочной абсорбции газов дополнительно содержит крышку 23. трубные диэлектрические решетки 24 и 25 с патрубками для формирования пленки 26, электроды в виде труб 27, к которым контактным проВодом 28 подведен отрицательный потенциал или заземление, изоляторы 29 и 30.
Способ абсорбции газов при восходящем прямотоке осуществляется следующим образом.
Га.3 движется снизу ВВерх со скоростьк»7 м)с, достаточной лля увеличения пленки жилкостп ВВсрх IIÎ внутренней юнсрхности трубы 15, являющейся коаксиа!f «о составной. Внутренняя часть представляет собой трубу из диэлектрика, снару ж и этой трубы находится наружный электрод, который может быть выполнен либо в Виде трубы из проводника, либо в виЛе обмотки, сос Лип llllÎH с положительным потенциалом или заземленной. Внутри газового потока (газ чистый, незапыленный без твердых частиц или жидких капель) находится центральный электрол, окруженный вокруг слоем изолятора (диэлектрической трубои). Между электродами создается неодноролное электростатическое поле, си,!овые линии которого поперечны по отно!и IIHIo к поверхности раздела фаз жи.(кость (II.I IIKH} - — газ (в случае выполнения положительного наруж!нн о электрола в виде проводящей трубы силовые линии строго перпендикулярны поверхности раздела реагHpyfofl(Hx фаз1.
Б неод!3()родном электростатическом поле оптимально при напряженности
9 — 12 кВ/см происходит интенсификация процесса абсорбции газа жидкостью за счет воздействия пондеромоторных сил и возникающих микротурбулентностей в виде ячеек вторичных течений, вызывающих радиальное перемешивание жидкости и и!пепсифицирцующих массообмен в погранично!и слое между жидкостью и газом (пограничный слой является основным сопротивлением массообмену при пленочной абсорбции). Превышение критического числа Рэлея приводит к тому, чта ламинарный профиль основного течения становится более заполненным.
Способ абсорбции газов при противотоке осу!цествляется следующим образом.
990248 серия
ОПЫТОВ (режиМОВ) G.10, и» /4
К /К при различных значениях напряженности электростатического поля, кв/см
G„, м» /4 м» /4
Е=12Е= 16Е=18 е = 8
Е=0
7,56 15,6
7,56 . 15,6
7,56 15,6
7,56 15,6
7,56 15,6
7,56 15,6
1,58
0,10
1,10
2,00
2,02 2,02
1;63
0,23
1,13
2,01
2,03
1,97
1,86
1,86
0,41
1,61
1,83
1,12
0,62
1,77
1,09
1,57
1,75
1,79
0,81
1,54
1,73
1,73
1,07
1,71
1,54
1,01
1,71
1,07
1,70
1,71
1,65
1,65
15,6
7,56
1,06
1,64
1,23
1,52
15,6
7,56
1,64
1,64
1,04
1,62
1,39
1,53
Жидкость стекает вниз по наружной поверхности внутренней изоляционной трубы 15, являющейся коаксиально составной, внутри которой находится. центральный электрод в виде трубы, выполненной из проводника, к которой с помощью провода подведен положительный потенциал. Таким образом, со стороны жидкости находится положительный потенциал, а со стороны газа — отрицательный, создаваемый электродом, который может быть выполнен в виде проводящего цилиндра или в виде обмотки. Массообменное пространство между электродами образовано внутренней поверхностью наружного цилиндра, выполненного из диэлектрика, и наружной поверхностью внутренней изоляционной трубы. Поверхность стекающей пленки, обращенная к газу, находится в неоднород: ном электростатическом поле, поэтому на нее действует механизм интенсификации абсорбции, предложеннь1й и описанный выше.
Пример. Экспериментальные исследования проведены на установке, состоящей из абсорбера трубчатого с неоднородным электрическим полем с восходящим прямотоком пленки, устройств подачи жидкости и газа, контрольно-измерительных приборов, электрической схемы создания повышенной напряженности поля в массоооменном пространстве абсорбера. Неоднородное электрическое поле в абсорбере создавалось в вертикальных трубах длиной 820 мм. в центре которых натянут центральный электрод.
В массообменном пространстве абсорбера создавалась напряженность поля 0 — 30 кВ/с подведением высокого напряжения к центральному электроду и к наружному цилиндрическому электроду, который был разработан в нескольких модификациях: в виде цилиндра, прямых медных шин, наружной обмотки. Высокое напряжение контролировалось киловольтметром. Необходимое напряжение создавалось преобразованием тока от сети промышленной частоты трансформатором, выпрямителем и преобразователем высокого напряжения.
Осуществление способа проведено при скорости газа 5 — 50 м/см. Потребляемая установкой мощность оказалась не более
l5 Вт. Строго выдержана полярность подключения электродов: центральный электрод, находящийся в газе, имеет отрицательный потенциал, наружный, находящийся в жидкости, положительный или заземлен.
Эксперименты проведены на смесях труднорастворимый газ — воздух при содержании газа 0 — l5%. Брызгоунос отсутствовал, На выходе из абсорбера проводились измерения концентрации абсорбента.
Исследованы соотношения различных расходов газа. воздуха, жидкости и напряженности.
20 Установлено, что концентрация жидкости на выходе из абсорбера существенно возрастает в зависимости от напряженности поля. Имеется оптимальный режим работы по напряженности для каждой газожидкостной системы, для системы углекислый газ — вода он составляет 2 кВ/см.
Эффективность процесса абсорбции существенно увеличилась до относительного коэффициента маслопередачи K = Кв/KI» ——
= 1,85. где К и K, „-- коэффи цис 3Tû м асло3О передачи с по.10м и без него.
В таблице представлены результаты абсорбции согласно предлагаемому clloсобу углекислого газа водой при различных режимаi работы. Приняты с.,едукнцис условные обозначения: Х вЂ” номер режима работы абсорбера в электростатическом поле, G„ — расход газа, С В вЂ” расход воздух3, С»,„расход жидкости, E — напряженность электростатического поля, K /K относительный коэффициент массопе реда ч и.
990248
Продолжение таблицы
Серия опытов (режимов) G 10, м /4
G,, мз /4
1,07 1,45
1,49 1,51 1,51
1,62 1,64 1,64
1 60 1 65 1 66
1,66 1,71 1,71
7,56
15,6
1,62
4,40
1,04
15,6
1,55
0,81
15,6
0,81
1,03
1,53
5,11
1,56
15,6
0,81
1,05
5,91
1,06
15,6
0,81
6,72
1,74
15,6
1,02
0,81
1,55
7,59
1,08
1,41
1,65 3,6
7,56
0,81
16
1,65
1,08
6,4
1,37
0,81
7,56
1,6г
0,81
1 7
7,56
1,09
9,5
1,42
1,66
12,4
0,81
7,56
1,09
1,80
1,04
15,6
1,39
0,81
7,56
Формула изобретения
Способ абсорбции газов, заключающийся во взаимодействии газовой и жидкой фаз, отличающийся тем, что, с целью повыПолучено увеличение относительных коэффициентов массопередачи в среднем в 1,5 — 2 раза при абсорбции в электростатическом поле.
Применение изобретения позволит интенсифицировать процесс абсорбции и уменьшить размеры абсорбционной аппаратуры при минимальных энергозатратах.
Экономический эффект изобретения состоит из экономии на материалах ввиду уменьшения габаритов аппаратов как минимум в.1,5 раза, экономии расходов при монтаже, замены дорогостоящих и дефицитных легированных сталей на диэлектрические материалы.
К /К при различных значениях напряженности электростатического поля, кВ/см
Е=О Е=4 Е=8 Е=12 E=16 Е=18
1,58 1,68 1,72 1,73
1,77 1,79
1,67 1,67
1,69 1,69
1,74 I 74
1,77 1,77
1,84 1,84 шения эффективности процесса абсорбции
З0 путем увеличения коэффициента массопередачи и улучшения качества разделения газовых смесей и поглощения отдельных газов, процесс абсорбции газов проводят в неоднородном электростатическом поле с отрицательным потенциалом в газе и положительным потенциалом в жидкости, при этом силовые линии поля перпендикулярны поверхности раздела фаз.
Источники информации, 40 принятые во внимание при экспертизе
1. Рогов И. А. Горбатов А. В. Физические методы обработки пищевых продуктов. М., «Пищевая промышленность», 1974, с. 458 — 459, рис. 198.
2. Авторское свидетельство СССР № 319318, кл. В 01 D 3/32, 1972.
3. Авторское свидетельство СССР № 567453, кл. В 01 D 3/00, 1977.