Способ улавливания паров спирта и других летучих веществ из отработанных газов и установка для его осуществления

 

Изобретение относится к бродильной промышленности, в частности спиртовой, ликеро-водочной , и касается способа и установки для улавливания паров спирта и других летучих веществ из отработанных газов . Цель изобретения - повышение степени улавливания. Отбирают часть воды и смешивают с отработанными газами в соотношении 8:1 с последующим диспергированием газа в жидкости до образования пузырьков, диаметр которых составляет 0.5-1,0 мм с одновременным охлаждением до 5-10°С, и пропусканием полученной газожидкостной смеси в виде струй по всему объему воды под давлением, превышающим уровень столба жидкости. Установка состоит из вертикальной цилиндрической колонны , расположенным внутри него массообменным устройством, состоящим из корпуса с крышкой. Внутри корпуса размещена турбина-диспергатор. а на крышке - смеситель. На боковой поверхности корпуса выполнены теплообменные камеры и сквозные отверстия. 2с.п.ф-лы. 2 ил., 2 табл. со с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 С 12 F 3/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

2,I

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4748923/13 (22) 10.10.89 (46) 15,03.92. Бюл. № 10 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт пищевой биотехнологии (72) Э.И.Мельникова, П.А,Тараканов, Г.А.Кочкин, Р.И.Сале и Л,И.Костырка (53) 664.442(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 452583, кл. С 12 F 3/04, 1973. (54) СПОСОБ УЛАВЛИВАНИЯ ПАРОВ

СПИРТА И ДРУГИХ ЛЕТУЧИХ ВЕЩЕСТВ

ИЗ ОТРАБОТАННЫХ ГАЗОВ И УСТАНОВ КА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к бродильной промышленности, в частности спиртовой, ликеро-водочной, и касается способа и установки для улавливания паров спирта и других летучих веществ из отработанных гаИзобретение относится к бродильной промышленности, а именно к способам улавливания паров спирта и других летучих веществ из отработанных газов и установкам для осуществления способа.

Известны способы улавливания летучих веществ адсорбцией с применением активного угля, алюминиевого порошка, силикагеля или других адсорбентов. Однако эти способы используются лишь в лабораторных условиях и не нашли применения в промышленности.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предложенному является способ улавливания паров спирта и других летучих веществ из отрабо. - Ж 1719430 Al зов. Цель изобретения — повышение степени улавливания. Отбирают часть воды и смешивают с отработанными газами в соотношении 8:1 с последующим диспергированием газа в жидкости до образования пузырьков, диаметр которых составляет

0,5 — 1,0 мм с одновременным охлаждением до 5 — 10 С, и пропусканием полученной газожидкостной смеси в виде струй по всему объему воды поддавлением, превышающим уровень столба жидкости. Установка состо- ит из вертикальной цилиндрической колонны, расположенным внутри него массообменным устройством, состоящим из корпуса с крышкой. Внутри корпуса размещена турбина-диспергатор, а на крышке — смеситель. На боковой поверхности корпуса выполнены теплообменные камеры и сквозные отверстия. 2 с.п.ф-лы, 2 ил., 2 табл.

° вел танных газов, предусматривающий пропускание их через воду. ° ВВИЙ

Недостатком данного способа является то, что он не обеспечивает необходимой ути- д лизации примесей из отработанных газов, т.е. имеют место потери ценных сырья и. продуктов, в частности спирта, Для осуществления способа требуются громоздкие и сложные абсорберы в виде колонн.

° вел

Цель изобретения — повышение степени улавливания паров.

Сущность изобретения заключаются в том, что перед пропусканием отработанных . газов часть воды отбирают и смешивают с газами в соотношении 5-8,1 с последующим диспергированием газа в жидкости до образования пузырьков, диаметр которых 0,51,0 мм, с. одновременным охлаждением да

5-10 С и пропусканием полученной газо- жидкостной смеси в виде струи по всему объему воды под давлением, превышающим уровень столба жидкости, осуществляя при этом гидродинамическое перемешивание, рециркуляцию смеси и возврат в технологический процесс.

В известных способах осуществляют диспергирование газа в жидкости одновременно со смешиванием. При этом происходит дробление потоков с образованием крупных пузырьков, направляющихся вверх, что сокращает время контакта и нарушает равномерность их распределения в жидкости.

В предлагаемом способе тонкое дис-. пергирование газа осуществляется после предварительного смешивания части потоков газа и жидкости в определенном соотношении 1:5 — 8, что дает возможность обеспечения более тонкого диспергирования газа до диаметра пузырьков 0,5 — 1,0 мм и увеличения таким образом удельной межфазовой поверхности, а соответственно, длительности контакта фаз и более равномерного распределения частиц дисперсной фазы в жидкости.

Важным является отвод на этой стадии теплоты абсорбции, так как с повышением температуры условия абсорбции ухудшаются. При смешивании потоков и тонком диспергировании отработанных газов в жидкости происходит улавливание летучих веществ в жидкости вначале в ее малом обьеме, а затем в большом при струйном распылении и гидродинамическом перемешивании.

Многократный контакт фаз в течение процесса, частичное растворение ценных компонентов, например спирта, предварительно.при смешивании потоков в малом обьеме с последующим интенсивным барботажем в этом же объеме жидкости, а также подача и распределение под давлением тонкодиспергированной газожидкостной смеси во всем объеме жидкости обеспечивают интенсификацию массообмена и наиболее полное улавливание необходимых ценных компонентов; Интенсификации массообмена способствует и проведение процесса диспергирования в малом объеме под избыточным давлением, при котором увеличивается растворимость газа в жидкости, а также отвод абсорбционного тепла в этот период, Важным фактором процесса абсорбции является диаметр пузырьков отработанного газа, поскольку с уменьшением размера пузырьков возрастает удельная межфазовая поверхность, на которой происходит абсорбция, Согласно данному способу улучшаются условия осуществления абсорбционных процессов, а именно: последовательное смешивание определенных обьемов газа с жидкостью и диспергирование образовавшихся пузырьков обеспечивает получение сильно развитой поверхности раздела фаз, на которой происходит процесс массопередачи, интенсифицируя его и повышал скоро10 сть процесса абсорбции; увеличивается продолжительность фазового контакта;гидродинамическое перемешивание полученной тонкодисперсной газожидкостной смеси обеспечивает наиболее равномерное ее перемешивание во всем объеме и образование однородной жидкости; отвод а6сорбционногб тепла на стадии диспергирования газа в определенном объ20

g0

55 еме жидкости предотвращает повышение концентрации улавливаемого вещества в газовой фазе при повышении температуры; проведение диспергирования газа в определенном обьеме охлажденной жидкости под избыточным давлением дополнительно интенсифицирует процесс массообмена, Таким образом обеспечивается интенсификация массообмена и значительное снижение содержания остаточных веществ в отработанных газах, что дает возможность извлечь целевые продукты микробиологического синтеза и вернуть их в процесс, решая таким путем задачу создания безотходного производства, Способ заключается в том, что отходящие газы смешивают с водой в определенном соотношении, а образовавшиеся пузырьки диспергируют в этом же малом ограниченном объеме жидкости под давлением, осуществляя при этом отвод образующегося абсорбционного тепла, затем полученнуютонкодисперсную газожидкостную смесь пропускают через распределитель в виде многочисленных струй в общий объем жидкости под избыточным давлением, превышаюшим уровень столба жидкости; С помощью насоса осуществляют гидродинамическое перемешивание и рвциркуляцию смеси. Обогащенную ценными компонентами смесь возвращают в первоначальный технологический процесс, Пример 1. Улавливают пары спирта из отработанных газов спиртового бро>квния, Отработанные газы в количестве 1 л смешивают с 5 л воды и диспергируют в жидкости с образованием пузырьков газа диаметром до 0,5 мм; температуру смеси при этом поддерживали 6 С. Затем полученную газожидкостную смесь пропускают в виде многочисленных струй под избыточчым давлением 4900 Па через объем воды, 1719430 равный 30 л с гидродинамическим перемешиванием и циркуляцией среды в течение спирта в отходящем после процесса абсорбции газе не обнаружено, fl р и м е р 2. Улавливают пары уксусной кислоты из воздуха, содержащего 0,13 об, 25 уксусной кислоты. Весь процесс проводят по примеру 1, при этом диспергирование газа в жидкости осуществляют до получения пузырьков газа диаметром не более 1 мм, а охлаждение смеси до 10 С.

В отходящем воздухе содержалось 30

0,002 об.% уксусной кислоты.

Пример 3. Улавливают пары уксусной кислоты и этилового спирта из отработанного воздуха в процессе окисления спирта уксуснокислыми бактериями. Отработанный 35 воздух содержал 0,16 об, уксусной кислоты и 0,1 об. этилового спирта. Осуществляют по примеру 1, только диспергирование газа ведут с образованием пузырьков диа-. метром до 1 мм, а температуру смеси стаби- 40 лизируют равной 5 С. В отходящем воздухе не обнаружено примесей уксусной кислоты и спирта..

Указанные параметры являются оптимальными. 45

Известны установки для улавливания паров спирта и других летучих веществ из отработанных газов, содержащие вертикальную цилиндрическую колонну с подводящими и отводящими патрубками и 50 расположенным внутри нее массобменным устройством.

Недостатками установки являются отсутствие устройств с замкнутым объемом для смешивания газа и жидкости в определенном соотношении, тонкое диспергирование и отвод абсорбционного тепла, снижающие степень улавливания примесей.

Известны в технике для массообмена

45 турбины-диспергаторы, (см., например, устройство для перемещивания и насыщения жидкости газом).

Однако, в известных устройствах турбина-диспергатор применяется для аэрации 50 жидкости в свободном объеме жидкости и беэ учета соотношения объемов жидкости и газа, что снижает утилизацию ценных ве ществ.

Целью изобретения является повыше- 55 ние степени улавливания.

Установка содержит массообменное устройство, состоящее из корпуса с крышкой, внутри которого размещены турбина-.диспергатор, а также смесителя, смонтирован10 мин. Получают водный раствбр, содержащий 1,0 об.$ этилового спирта. Его возвращают на стадию брожения. Наличие паров 20 ного на крышке корпуса, на боковой поверхности корпуса выполнены теплообменные камеры и сквозные отверстия.

В данной установке турбина-диспергатор служит не только для диспергирования, но и интенсификации теплообмена газожидкостной смеси, т.е. ввиду наличия корпуса, в который она заключена, выполняет новую функцию — не только для диспергирования, но и охлаждения.

Наяичие смесителя и расположение его на корпусе диспергатора способствует предварительному смешиванию определенных объемов газа и жидкости с образованием пузырьков, увеличению продолжительности фазового контакта, интенсификации процесса массопередачи и повышению скорости процесса абсорбции.

На фиг,1 изображен общий вид установки; на фиг.2 — массообменное устройство.

Установка включает колонну 1 с подводящим и отводящим патрубками, газоподводящую трубу 2, трубу 3 для подачи жидкости, массообменное устройство 4, подводящий 5 и отводящий 6 трубопроводы теплообмен ника, ротаметры 7 и 8 соответственно для жидкости и газа и привод 9.

Массообменное устройство 4 (фиг2) включает смеситель 10, турбину -диспергатор 11, полый корпус устройства 12 с выходными отверстиями 13..

Установка работает следующим образом.

Предварительно заполняют колонну 1 установки жидкостью (Водой) и Включают В работу теплообменник. Включают электродвигатель и устанавливают по ротаметрам 7 и 8 расход жидкости и газа, потоки которых в определенном соотношении направляются под действием вакуума по подводящим трубопроводам 3 и 2 в смеситель 10, закрепленный на крышке массообменного устройства 4, в котором при смешивании потоков образуются крупные пузырьки газа и осуществляется первая стадия процесса.абсорбции жидкостью летучих веществ из отработанных газов.

Полученная смесь переходит в герметичный обьем корпуса 12, где полученные пузырьки дробятся с помощью турбиныдиспергатора 11, образуя тонкодисперсную газожидкостную смесь с сильно развитой межфазной поверхностью, При этом происходит интенсивный массообмен, а выделяющееся абсорбционное тепло отводится с помощью теплообменника, функцию которого выполняет полый корпус устройства

12. На этой стадии происходит основная

-утилизация летучих веществ. Тонкодисперсная газожидкостная смесь с инерцией вра 719430 щения выходит через многочисленные отверстия в общий обьем жидкости в колонне

1. За счет инерции выходящих струй осуществляется гидродинамическое перемешивание смеси в спирально-восходящем потоке 5 жидкости, При этом может происходить и рециркуляция смеси. Обогащенная ценными компонентами отходящих газов жидкость возвращается в первоначальный технологический процесс. 10

В табл,1 приведены показатели процесса, в табл.2 — сравнительные данные с прототипом.

Последующее диспергирование пу- . зырьков газа до размеров 0,5-1,0 мм с од- 15 новременным охлаждением обеспечивает. увеличение межфазной поверхности системы жидкость — газ.и улучшение условий абсорбции, что позволяет интенсифицировать процесс массообмена и снизить остаточное 20 содержание летучих веществ в отходящем воздухе в 2-3 раза, а следовательно, и потери продукции на 30 — 40 .

Кроме того, пропускание полученной газожидкостной смеси в виде многочислен- 25 ных струй под избыточным давлением позволяет равномерно распределить насыщенный летучими примесями газ по всему объему жидкости и увеличить продолжительность контакта фаз, что обеспечит наи- 30 более полное улавливание ценных компонентов и очистку воздуха. Оснащение установки турбиной-диспергатором, заключенным в полый корпус, выполняющим функции теплообменника,- и смесителем, 35 укрепленным на крышке корпуса, позволяет осуществлять процессы .смешивания, диспергирования газа, отвода тепла и абсорбции легколетучих веществ в одном объеме а ппарата с незн ачител ьными затратами 40 электроэнергии, что снизит удельную металлоемкость установки на 50-60 и расход электроэнергии на 45-50 .

Экономический эффект от внедрения способа и установки за счет сокращения условно постоянных расходов при производстве пищевой продукции из дегколетучего сырья составит 30, тыс.руб. при производстве 100 тыс.дал продукции.

Формула изобретения

1. Способ улавливания паров спирта и других летучих веществ из отработанных газов, предусматривающий пропускание их через воду, отличающийся тем, что, с целью повышения степени улавливания, перед пропусканием отработанных газов часть воды отбирают и смешивают с газами в соотношении 5-8:1 с последующим диспергированием газа в жидкости до образования пузырьков, диаметр которых составляет 0,5 — 1,0 мм, с одновременным охлаждением до 5-10 С и пропусканием полученной газожидкостной смеси в виде струй по всему объему воды под давлением, превышающим уровень столба жидкости, осуществляя при этом гидродинамическое перемешивание, рециркуляцию смеси и возврат в технологический гроцесс, 2. Установка для улавливания паров спирта и других летучих веществ из отработанных I830B, состоящая из вертикальной цилиндрической колонны с подводящими и отводящими патрубками и расположенным внутри нее массообменным устройством, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения степени улавливания, массообменное устройство состоит из корпуса с крышкой, в котором размещена турбинадиспергатор, а на крышке корпуса смонтирован смеситель, при этом на боковой поверхности корпуса выполнены теплообменные камеры и сквозные отверстия.

; 1719430

10 оМ е

Ю о

Э л х

О> э

Л

m m о (Щ Р

CV N е о о

«е. О

CV л

О Р

М\

° \ о л о

С> о о а о

ОЪ С!Ъ е о а> О

ОЪ о о

Й о

Э

X .»

O C> л л е е °

I

l

1.

1 Ы\ о

l

l

I

l

1

1 LC>> . ее ! Р»

l о о и

° л ° \

° » > о л е е. 1 I .d) Э

33 >о

I

cf X

М X

I>((О о о

Х 9 х о

Iо э о s

o z

° °

0О

° \ о

LA

° °

LA

° °

I

I .1

I .(о л

1 О

I

l !> ° .!. -m

2 с о !

I >Х

I . Xi ! m о

I Ц I X

С>! л >. »

С Э

С9. Э о ти

>П б °

Щ о о э

СС(LA о л л о о м л о о

% о о

:>>

М

0"е

1

1 Ф И

I ..X X

I S>Z Э ! >((Э Я

Хио;

I Q. m (х . ! Э X О сizx оа1исо

1 ! ! <Ч. ! Ф .X,:

I ....О О

I. х Э

1 V X O

О Х.L. . 1: (Ф л

l lo m

l m э ю

1 ел

>." >Я

eso э а3(r- » о 1Е I- Ф О

I э m AJ:О (- Ci i Y

o !

>> Х J л („:с1: щ m

1- о 1cLm я fg

Э Y X.

l, щ Q. à. i

1. SЛЭОЭ ! с се с z .z

I э ш х х

I.Х*Х Ф

I . .Э Ф Iм о.,з

Э Х m

1 IXz а.

0 CL и С 0

I I»

I.,Э

1 Ц 03

I .. I» ! к о о Э

I Э 5

I ХРЭ I s m

I а ! С"

1 о х

I Э! 3E

I ». а

1 m х

I e nl

О о

I Ю

I Э

z o

I

1 ! е Р.Л.

I LA lA

o o л л о о ! \»

1 О О о о

I- 0 ОЪ ! -4 -.4

I ! .ь

1 О л

1 о

Щ

Ф

% .О>

CL

fg

X (о са

О о о

Qj л л= ь

Ю О о о

С!Ъ CO

4 ОЪ о б л л

01 а е л л л

Оо о

x m 5

z v v

5 Y

Я IL К .» m !О о v o

О>

z v o !

» Y Y !

>Ъ > ">>

1

1 (1

I ( 1! г л » 1

1

I.

1. I

I о I. е. а (I

I

I о 1 (Ч.I

1 (1

1 (I!

° ° l

% 1!

I! (1

О л л ьо з

1

m (о

m . .л у

v 3.Ъ> .( Q (.(С !

Ц.) 1 !Р \ е- М !( о л л л Л о о oo э s

Iо

o. (-„а

z v s

c z с о ы о

К >Х

Л Э 3(m х и

l- Y I-! еЭ .. > С>Ъ

1719430

Таблица2

Прототип Предлагаемый способ

Показат.ели

1-2

1 5

Сред ний раз ме р пуз ыр ько в, мм

20

Остаточное содержание приме-. сей в отходящем воздухе, 4

0,005

0,02

1,6 айаг.г

Составитель 3.Л.Шахтимир

Техред M.Ìîðãåíòàë . Корректор И.Муска

Редактор 0,Спесивых

Заказ 741 Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Диапазон размеров пузырьков диспергированного- газа в жидкости, мм

Продолжительность насыщения

1 л жидкости до концентрации

2 легколетучих примесей, мин

Площадь поверхности раздела фаз между пузырьками и жидкостью на единицу объема жидкости м2/мз

0,5

0 38