專利名稱：帶有靜態(tài)混合元件的氣體吸收設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于吸收設(shè)備。
吸收是化工生產(chǎn)中最普遍的單元操作之一。如合成氨工業(yè)中CO2的處理；石油伴生氣中H2S、CO2的脫除；制堿工業(yè)中CO2的處理；混合氣體中SO2的去除等都需要在吸收設(shè)備中進(jìn)行。在這些吸收過程中或者伴有化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生，或者是一個(gè)物理吸收的過程。但它們均存在著質(zhì)量、動(dòng)量、熱量傳遞的問題。目前所使用的吸收設(shè)備，無(wú)論是鼓泡塔、填料塔還是板式塔，普遍存在著設(shè)備龐大，造價(jià)高、傳質(zhì)、傳熱系數(shù)低、操作維修費(fèi)用高、冷卻水消耗量大，能耗高等缺陷。因此世界各國(guó)都在尋求技術(shù)上的進(jìn)步，力圖開發(fā)出節(jié)能、節(jié)水、高效、制造方便、操作穩(wěn)定、容易維修的設(shè)備及其操作工藝。近年來(lái)，國(guó)外有人開發(fā)出了多級(jí)旋轉(zhuǎn)盤式吸收器，也有人開發(fā)出了激烈雙向噴射碰撞流式的吸收器……，但是上述設(shè)備普遍存在著制造困難、操作費(fèi)用減少幅度小，有反應(yīng)熱時(shí)不易進(jìn)行熱交換等缺陷，因此其推廣應(yīng)用受到了限制。為了解決吸收過程反應(yīng)熱的交換問題也有人開發(fā)出了在鼓泡塔或填料塔外附加一臺(tái)熱交換器，用泵來(lái)強(qiáng)制氣液在塔和換熱器間循環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)塔內(nèi)溫度的控制。該法雖然改變了塔內(nèi)的冷卻狀況，但其投資及操作費(fèi)用的降低較小，仍未能從根本上解決問題。
從七十年代末以來(lái)，國(guó)外的一些公司、科研單位一直致力于靜態(tài)混合元件強(qiáng)化氣體吸收的研究。相繼開發(fā)出了帶有靜態(tài)混合元件的內(nèi)循環(huán)氣升式吸收設(shè)備；用靜態(tài)混合器強(qiáng)化氣液混合，爾后在鼓泡塔內(nèi)進(jìn)行氣體吸收，同時(shí)在塔的上部用貧液噴淋的靜態(tài)混合式吸收設(shè)備等。但是由于上述設(shè)備氣液總體并流，氣液兩相間多成份平衡的內(nèi)在規(guī)律，限制了出口氣體中被吸收成份含量的減少，通過一次吸收很難滿足生產(chǎn)工藝上的要求，為了滿足生產(chǎn)，又不得不使用多級(jí)串聯(lián)或大大增加貧液量，隨之而來(lái)的是基本投資和操作費(fèi)用的增加，在有反應(yīng)熱產(chǎn)生或溶液中的熱量需要放出時(shí)，其冷卻系統(tǒng)也存在著比較龐大、制造安裝困難等缺陷，因此上述形式也較難在工業(yè)生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。當(dāng)氣液并流沿著靜態(tài)混合器軸向運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于混合元件具有切割、旋轉(zhuǎn)功能，對(duì)通過流體起到了攪拌作用，并將氣體切割成小氣泡，從而增大了氣液接觸面積和擾動(dòng)性，強(qiáng)化氣液傳質(zhì)的同時(shí)，又使熱邊界層大大減薄，起到了強(qiáng)化傳熱的作用，因而對(duì)于既有傳質(zhì)又有傳熱存在的氣體吸收過程，用靜態(tài)混合器來(lái)強(qiáng)化吸收具有較大的優(yōu)越性。那么怎樣才能利用靜態(tài)混合器強(qiáng)化氣體吸收的優(yōu)點(diǎn)，克服其氣液須并流流過的缺陷呢？本實(shí)用新型的目的在于解決上述問題，為化工生產(chǎn)中吸收這一單元操作，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、造價(jià)低、操作穩(wěn)定、維修費(fèi)用低、節(jié)能、節(jié)水、高效的吸收設(shè)備。
解決問題的方法是用多個(gè)靜態(tài)混合氣體吸收器來(lái)強(qiáng)化吸收，多級(jí)同塔，塔內(nèi)氣液流向局部并流而總體逆流，各級(jí)間氣液流動(dòng)可不加外動(dòng)力。同時(shí)靜態(tài)混合吸收器兼做換熱器，吸收反應(yīng)與熱交換在同一管子內(nèi)外進(jìn)行。
該設(shè)備的結(jié)構(gòu)如圖一所示。
該圖為三級(jí)，根據(jù)需要其級(jí)數(shù)可多可少，各級(jí)之間的尺寸也可以不同，但基本結(jié)構(gòu)相同。
耳式支座(7)焊接在二級(jí)氣液分離室(6)上，該塔設(shè)備通過支座(7)固定在支架上。二級(jí)氣液分離室(6)上依次焊接的是三級(jí)吸收器(4)，三級(jí)分離室(2)，下依次焊接的是二級(jí)吸收器(9)，一級(jí)分離室(13)，一級(jí)吸收器(18)，在三級(jí)分離室(2)和二級(jí)吸收器(9)入口處由導(dǎo)液管(3)連接，用來(lái)將高位分離室(2)內(nèi)的液體送入二級(jí)吸收器(9)內(nèi)，二級(jí)分離室(6)和一級(jí)吸收器(18)的底部由導(dǎo)液管(8)相連，帶有氣體分布孔的隔板(11)，通過螺栓固定在支承圈(12)上，支承圈(12)焊接在分離室的器壁(13)上。隔板既用來(lái)分布?xì)怏w，又用來(lái)承受氣液的重量，重新分布液體(此處結(jié)構(gòu)也可用液體分布器將液體射入吸收器內(nèi)，隔板可改用為篩板或篩網(wǎng)等)，導(dǎo)流筒(14)焊接在吸收器(18)的筒體壁上，管板(16)(上)、(21)(下)焊接在吸收器的筒體(18)上，裝有靜態(tài)混合元件的列管(19)通過焊接或脹焊結(jié)合固定在上管板(16)和下管板(21)上，貧液入口管(5)焊接在二級(jí)分離室(6)的上部，其位置在隔板或篩板與吸收器入口之間，由液體分布器或直接通過隔板的作用將液體送入三級(jí)吸收器(4)內(nèi)，凈化后合乎工藝指標(biāo)的氣體出口(1)焊接在三級(jí)分離室的最頂部，混合氣體入口管(23)焊接在一級(jí)吸收器(18)的入口處，冷卻水進(jìn)口(22)、出口(15)分別焊接在吸收器(18)器壁的底部和上部，富液出口管(17)焊接在一級(jí)氣液分離室(13)的底部，接管(24)、(20)分別為吸收器(18)管程、殼程的排液管，管板(10)焊接在二級(jí)吸收器筒體(9)上。
圖二所示的為裝在靜態(tài)混合元件的列管或套管的一段，圖示的靜態(tài)混合元件為kenics型，長(zhǎng)徑比為2，當(dāng)然靜態(tài)混合元件亦可為其它類型如Sulzer型，Hi型，改進(jìn)Hi型等。
實(shí)用實(shí)例吸收設(shè)備的結(jié)構(gòu)如圖一，各參數(shù)具體如下級(jí)數(shù)為四。
一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)、四級(jí)吸收器的結(jié)構(gòu)基本相同，尺寸如下H＝13400mmH4′＝H2′＝H3′＝H4′＝1600mmH1＝H2＝H3＝H4＝1650mmt1＝10mm，t2＝14mmt3＝t4＝40mmd1＝d2＝800mmd3＝d4＝600mmd1′＝d2′＝1200mmd3′＝d4′＝1000mmd＝57mm(即φ57×3.5的管子)列管數(shù)目一、二級(jí)吸收器內(nèi)51根三、四級(jí)吸收器內(nèi)32根管內(nèi)元件形式為kenics型，1／d＝2，由左旋和右旋交替排列，兩個(gè)元件交匯處，始邊夾角為90°，如圖二示。每根管子內(nèi)裝16個(gè)元件。
此時(shí)支座形式可改為裙座。
在上述條件下，該塔設(shè)備可代替年產(chǎn)一萬(wàn)噸合成氨廠碳化系統(tǒng)中的固定副塔，副塔和回收清洗塔。此時(shí)其工藝流程將有所變化如圖三示。
軟水由四級(jí)吸收器入口處加入(如圖中a所示)，經(jīng)四級(jí)吸收器后在分離室內(nèi)氣液分開、液體由導(dǎo)液管進(jìn)入三級(jí)氣體吸收器，爾后在三級(jí)氣液分離室內(nèi)分離，此時(shí)溶液為有一定碳化度的稀氨水，由b處流出去稀氨水槽，濃氨水由c處加入經(jīng)過三級(jí)吸收器后在二級(jí)分離室內(nèi)分離，分離后的液體由導(dǎo)液管進(jìn)入一級(jí)吸收器，經(jīng)過吸收器后在一級(jí)分離室內(nèi)分離此時(shí)液體的碳化度在110％以內(nèi)由d處流出，可去主塔進(jìn)一步吸收氣體用，氣體則由一級(jí)吸收器入口進(jìn)入經(jīng)多級(jí)吸收后，由四級(jí)分離室引出，其中各項(xiàng)指標(biāo)滿足生產(chǎn)要求，經(jīng)過氣液分離器后去三段壓縮。冷卻水路線如圖中示，水在列管間和吸收器殼體內(nèi)流動(dòng)起到冷卻作用。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有設(shè)備相比，具有傳質(zhì)系數(shù)大(是填料塔的三倍以上)、傳熱系數(shù)高(是現(xiàn)在鼓泡式碳化塔的兩倍以上)、操作穩(wěn)定、設(shè)備體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造安裝容易、輔助設(shè)備少、維修容易等優(yōu)點(diǎn)。與現(xiàn)役的同生產(chǎn)能力的吸收系統(tǒng)相比，設(shè)備的重量可降低70％左右，節(jié)能20％左右，節(jié)水40％左右，而且特別適用于既有傳質(zhì)又有傳熱的過程，具有較高的推廣價(jià)值。
權(quán)利要求1.一種由靜態(tài)混合吸收器(由裝有靜態(tài)混合元件的列管或單管同其外殼或夾套組成的設(shè)備)和氣液分離室組成的氣體吸收設(shè)備，其特征在于有多個(gè)(兩個(gè)以上)靜態(tài)混合吸收器和與之對(duì)應(yīng)的氣液分離室依次相連組成一個(gè)整體的塔設(shè)備，氣液在塔設(shè)備內(nèi)流向是局部并流而總體逆流，在氣液分離室內(nèi)可以有帶有氣體分布孔的隔板、篩板、篩網(wǎng)，在靜態(tài)混合吸收器和氣液分離室連接處可有一直管導(dǎo)流筒，第n級(jí)(一吸收器和一分離室結(jié)合在一起為一級(jí)，由下而上依次為1、2、3、4，…，n，…)分離室底部與(n-1)級(jí)或(n-X)級(jí)(X＞1)吸收器的氣液入口處有導(dǎo)液管，貧液可從最高級(jí)或其它級(jí)的入口處送入設(shè)備，而富液從第一級(jí)或其它級(jí)的氣液分離室排出。
2.按權(quán)利要求1所說(shuō)的吸收設(shè)備，其特征在于設(shè)備的級(jí)數(shù)大于等于2，靜態(tài)混合吸收器的外直徑在30－10000mm之間，單級(jí)長(zhǎng)度在100－20000mm之間。
專利摘要本實(shí)用新型屬于吸收設(shè)備。該設(shè)備由多個(gè)靜態(tài)混合吸收器和與之對(duì)應(yīng)的氣液分離室依次相連組成，在氣液分離室內(nèi)可有導(dǎo)流筒，氣液隔板或篩板等，在氣液分離室和下一級(jí)靜態(tài)混合器之間有導(dǎo)液管。靜態(tài)混合吸收器可兼作熱交換器，氣液隔板可兼作氣體分布器，塔內(nèi)氣液流向?yàn)閱渭?jí)并流，整塔逆流。靜態(tài)混合元件既強(qiáng)化了傳質(zhì)，又強(qiáng)化了傳熱。因而設(shè)備體積小、造價(jià)低、輔助設(shè)備少、操作費(fèi)用低、節(jié)能、節(jié)水。還可變多塔為一塔，減少占地面積。該設(shè)備可用于合成氨、制堿、石油伴生氣處理、工業(yè)氣體凈化等領(lǐng)域。有較高的推廣價(jià)值。
文檔編號(hào)B01D53/18GK2105992SQ9121740
公開日1992年6月3日 申請(qǐng)日期1991年6月28日 優(yōu)先權(quán)日1991年6月28日
發(fā)明者陳萬(wàn)仁, 李洪亮, 馬曉建, 方維藩, 海偉 申請(qǐng)人:鄭州工學(xué)院