Массообменный газожидкостной аппарат

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Открытое акционерное общество Гродно Азот(72) Авторы Смирнов Олег Александрович Колесниченко Иван Григорьевич Лакомкин Александр Андреевич(73) Патентообладатель Открытое акционерное общество Гродно Азот(57) 1. Массообменный газожидкостной аппарат, включающий корпусустановленными по высоте тарелками, содержащими газовые патрубки, охваченные перфорированными колпачками, отличающийся тем, что перфорация выполнена в виде круглых отверстий поярусно, при этом жестко прикрепленные основанием к полотну тарелок колпачки частично или полностью выполнены из гидрофобного материала. 2. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что из гидрофобного материала выполнена только часть колпачка, содержащая отверстия.(56) Рамм В.М. Абсорбция газов. - М. Химия, 1976. - С. 425-427.94019073 1, 1996.94020203 1, 1996.2136361 1, 1999.59209606 , 1984.4620952 , 1986.4851198 , 1989.5061408 , 1991. Изобретение относится к аппаратам химической технологии и может быть использовано в нефтехимической, химической промышленности, а также в производстве минеральных удобрений, в частности аммиачной воды, в том числе особой чистоты. Известен массообменный газожидкостной аппарат, включающий корпус с установленными по высоте ситчатыми тарелками 1. Недостатком известного устройства является то, что использование ситчатых тарелок обусловливает узкий диапазон допускаемых нагрузок по газу. В условиях санитарной очистки газов это не приемлемо из-за обычно существенного колебания содержания инертов в отходящем газе. В качестве прототипа изобретения выбран массообменный газожидкостной аппарат,включающий корпус с установленными по высоте тарелками, содержащими газовые патрубки, охваченные перфорированными колпачками 2. Недостатком прототипа является периодическое опорожнение колпачков, что обусловливает резкое снижение технологической эффективности аппарата из-за недопустимого(аварийного) проскока газа. Так, на практике при эксплуатации известного устройства в производстве аммиачной воды в системе санитарной очистки отходящих газов, содержащих инерты (азот и др.) и быстрорастворимый газ (аммиак), происходит интенсивное поглощение аммиака, что приводит к резкому понижению давления в колпачке. Это вызывает эжектирование (засасывание) жидкости из тарелки в газовые патрубки и через них на нижележащую тарелку. Процесс опорожнения тарелок, начавшийся на одной их них, последовательно распространяется на остальные. Аналогичный эффект возникает и в результате наличия колебаний (пульсаций) давления в устройстве, возникающий при осуществлении традиционных технологических операций (периодический отвод жидкой фазы из кубовой зоны колонны, сопровождаемый изменением уровня жидкости в кубе при незначительной нагрузке устройства по газу). Задача, решаемая данным изобретением, - повышение технологической эффективности и стабилизация работы устройства, особенно, в условиях очистки смеси газов с высоким содержанием хорошо растворимого компонента и пульсаций давления в устройстве. Сущность изобретения заключается в следующем. Известное устройство включает корпус с установленными по высоте тарелками, содержащими газовые патрубки, охваченные перфорированными колпачками. Согласно изобретению, перфорация выполнена в виде круглых отверстий поярусно, при этом жестко прикрепленные к полотну тарелки колпачки частично или полностью выполнены из гидрофобного материала. Из гидрофобного материала может быть выполнена только часть колпачка, содержащая отверстия. Существенность отличительных признаков изобретения состоит в следующем. 1. Перфорация выполнена в виде круглых отверстий. Это способствует предотвращению поступления жидкости на тарелке в колпачок из-за сил поверхностного натяжения жидкости, образующих в отверстии искривленную пленочную поверхность, что создает над ней давление, направленное в сторону жидкости (в гидродинамике оно известно как лапласово давление) и препятствующее продвижению жидкости в колпачок. Т.е. имеет место эффект обратного клапана. 2 5780 1 2. Перфорация выполнена поярусно. Такое решение обеспечивает повышение стабильности работы устройства в широком диапазоне нагрузок при возрастании нагрузки по газу происходит включение в работу нижележащего яруса, при снижении нагрузки - наоборот. 3. Колпачки жестко прикреплены к полотну тарелки. Это предотвращает поступление жидкости под колпачок и обеспечивает условия для эффекта обратного клапана. 4. Колпачки частично или полностью выполнены из гидрофобного материала. Такое решение исключает смачиваемость жидкостью стенок колпачка, в результате чего величина лапласового давления возрастает, обеспечивая устойчивость эффекта обратного клапана в широком диапазоне нагрузок и колебания (пульсаций) давления. 5. Из гидрофобного материала выполнена только часть колпачка, содержащая отверстия. Так как эффект обратного клапана обеспечивается только в отверстиях колпачка,то, возможно, только эту зону выполнять из гидрофобного материала, что снижает потребление гидрофобного материала для колпачка. Совокупность отличительных признаков основного пункта формулы обеспечивает в устройстве новый физический эффект - обратного клапана, обеспечивающий решение задачи, что свидетельствует об их соответствии критерию существенные отличия и обязывает их рассмотрение во взаимосвязи. Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 показан общий вид устройства,фронтальный разрез на фиг. 2 - колпачок из гидрофобного материала, разрез на фиг. 3 вариант частичного выполнения колпачка из гидрофобного материала. Массообменный газожидкостной аппарат содержит корпус 1, установленный на кубовой части 2, штуцеры ввода и вывода газа 3, 4 и жидкости 5, 6. Внутри корпуса 1 по высоте размещены тарелки 7, содержащие газовые патрубки 8, охваченные колпачками 9,основание которых жестко прикреплено к полотну тарелки 7. Боковая поверхность колпачков 9 перфорирована в нижней зоне поярусно сквозными отверстиями 10. Весь колпачок или его часть, содержащая отверстия 10, выполнена из гидрофобного материала(например, оргстекло). Толщина колпачков в зоне отверстий 10 должна быть не менее 2-х диаметров отверстий 10. Тарелки 7 соединены между собой гидрозатворами 11. Устройство работает следующим образом. Газоаммиачная смесь с содержанием аммика свыше 80(об.) поступает в устройство через 3 и поступает на нижерасположенную тарелку 7, входит через газовые патрубки 8 внутрь колпачка 9 и через отверстия 10 выходит в слой жидкости, барботирует через него. Так как отверстия 10 размещены поярусно, то при возрастании нагрузки по газу происходит включение в работу нижележащего яруса, при снижении нагрузки - наоборот. При прохождении тарелки 7 основная часть аммиака (хорошо растворимый газ) поглощается жидкостью, а газовая смесь с незначительным количеством аммиака поступает на вышележащую тарелку, где процесс контактирования газа и жидкости повторяется. После прохождения верхней тарелки 7 газ,полностью очищенный от аммиака, выходит из устройства через штуцер 4. Жидкость (вода) подается в устройство через штуцер 5 и последовательно перетекает с верхней тарелки 7 на нижнюю и с нее в виде аммиачной воды - в куб 2. Из куба 2 аммиачная вода периодически (или непрерывно) отводится потребителю через штуцер 6. При работе устройства,особенно при периодическом отводе продукта из куба 2 имеют место колебания (пульсации) давления в газовой фазе, особенно под нижней тарелкой. При этом при понижении давления под нижней тарелкой газ перестает барботировать через отверстия 10 колпачка 9 и жидкость образует в отверстии 10 (преимущественно на его границе) пленку, искривленную в сторону колпачка. Так как зона отверстий 10 при этом выполнена из гидрофобного материала, то поступления жидкости с тарелки в колпачок не происходит из-за действия сил поверхностного натяжения жидкости, образующих в отверстии искривленную пленочную поверхность, что создает над ней давление, направленное в сторону жидкости(в гидродинамике оно известно как лапласово давление). Т.е. имеет место эффект обратного клапана. При этом уровень жидкости на всех тарелках 7 сохраняется. После стабилизации (подъема) давления процесс прохождения газа через тарелки возобновляется. 3 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.