Перекрестноточный контактор-озонатор

Изобретение относится к конструкциям устройств контакторов колонного типа, предназначенных для проведения процесса озонолиза. В объеме контактной емкости перекрестноточного контактора-озонатора расположены три контактные ступени, каждая из которых включает инжекционный элемент и два блока регулярной перекрестноточной насадки. Вышерасположенный блок предназначен для дополнительной утилизации непрореагированной доли озона в отходящем озоновоздушном потоке, а нижерасположенный - для полной сепарации озона из уходящего жидкостного потока. Каждая контактная ступень с инжекционным элементом, кроме верхней, снабжена штуцером для подачи озоновоздушного потока. Это позволяет интенсифицировать процесс взаимодействия гетерогенных потоков и увеличить степень использования озона. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к конструкциям устройств контакторов колонного типа с объемными контактными элементами, предназначенных для проведения процесса озонолиза жидких однородных и гетерогенных смесей, и может быть использовано в нефтехимической, химической, газовой, нефтеперерабатывающей и коксохимической отраслях промышленности в процессах абсорбции. В частности, основной областью использования предлагаемой конструкции являются контакторы- озонаторы для проведения глубокой доочистки бытовых и промышленных жидких стоков от органических и неорганических загрязнителей, а также системы обеззараживания бытовых бассейнов и водоемов.

Известна конструкция установки для обработки воды озоном из озоновоздушной смеси, состоящая из последовательно соединенных между собой воздухозаборника-смесителя, нагнетателя смеси атмосферного воздуха, воздухозаборника, озонатора и аппарата для обработки воды озоном, который содержит корпус с герметичной крышкой, трубой для отвода озоновоздушной смеси, распылителем воды и соединен с озонатором через пневмопровод, а по каналу в корпусе - с отстойником. Причем в корпусе расположены две камеры: в верхней камере расположены два водовода и пневмопровод для озоновоздушной смеси, нижняя камера состоит из трех секций, разделенных перегородками. Также в центральной секции расположен вертикальный диспергатор, а в двух других - горизонтальные. Диспергаторы выполнены из трубчатых мелкопузырьковых аэраторов, соединенных параллельно с пневмопроводом [1].

Также известна конструкция устройства для диспергирования газа в жидкость, в котором распределительная камера поделена сплошной горизонтальной дискообразной перегородкой на две части, верхняя из которых соединена с трубопроводом для подачи жидкости, а нижняя - с трубопроводом для подачи газа. Отношение площади кольцевой щели для выхода жидкости к площади кольцевой щели для выхода газа составляет от 1,4 до 1,6 [2].

Прототипом предлагаемого изобретения является установка для озонирования жидкости, включающая в себя контактные емкости цилиндрической формы, штуцеры которых соединены трубопроводами таким образом, что в озонаторе создается противоточное движение жидкости и озоновоздушной смеси, с расположенными внутри инжекционными элементами, образованными насадками кольцевого сечения для струйного истечения жидкости, заделанными в верхнюю трубную решетку, и опускными трубами, вмонтированными в нижнюю трубную решетку соосно с указанными насадками, при этом длина опускных труб превышает их диаметр не менее чем в 20 раз [3].

Целью изобретения является интенсификация процесса взаимодействия гетерогенных потоков и увеличение степени использования озона за счет организации дополнительной зоны контакта.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом перекрестноточном контакторе-азонаторе в объеме контактной емкости расположены три контактные ступени, каждая из которых включает инжекционный элемент и два блока регулярной перекрестноточной насадки, причем вышерасположенный блок предназначен для дополнительной утилизации непрореагированной доли озона в отходящем озоновоздушном потоке, а нижерасположенный - для полной сепарации озона из уходящего жидкостного потока, при этом каждая контактная ступень с инжекционным элементом, кроме верхней, снабжена штуцером для подачи озоновоздушного потока.

Также блоки регулярной перекрестноточной насадки располагаются во внутреннем объеме контактной емкости по «кресту».

Таким образом, предлагаемый перекрестноточный контактор-озонатор, в отличие от известных в науке и технике, обеспечивает интенсификацию процесса взаимодействия гетерогенных потоков и увеличение степени использования озона за счет организации дополнительной зоны контакта. Также это позволяет снизить энергозатраты на контактирование и увеличить эффективность проводимого процесса озонолиза.

На фиг.1 показан общий вид перекрестноточного контактора-озонатора, вид в аксонометрии; на фиг.2 - вертикальное сечение перекрестноточного контактора-озонатора, сечение контактора; на фиг.3 - горизонтальное сечение перекрестноточного контактора-озонатора, сечение контактора; на фиг.4 - горизонтальное сечение перекрестноточного контактора-озонатора, сечение контактора.

Предложенный перекрестноточный контактор-озонатор состоит из цилиндрического корпуса 1, в объеме которого расположены три идентичные по конфигурации контактные ступени 2, включающие в себя инжекционные элементы 3, горизонтальные опорно-распределительные полотна 4-9 и блоки регулярной перекрестноточной насадки 10-11. Контактная ступень исполнена в виде двухпакетной компоновки вышерасположенных и нижерасположенных блоков 10, 11 (два пакета над полотном 7, где размещены инжекционные элементы 3, и два пакета насадки под полотном 7). Блоки регулярной насадки имеют одинаковую конструкцию и различаются между собой только функционально на вышерасположенные 10 и нижерасположенные 11 относительно размещения инжекционных элементов 3. В объеме каждой контактной ступени 2 размещено шесть уровней горизонтальных опорно-распределительных полотен. Конструкции некоторых горизонтальных опорно-распределительных полотен 4-9 различных уровней контактной ступени отличаются друг от друга.

Идентичными по конструкции являются горизонтальные опорно-распределительные полотна 4, 5, 8 и 9 каждой контактной ступени 2. На их плоскости имеются секторные вырезы 12 для обеспечения перетока газовой фазы на вышележащий уровень контакта. Кроме этого, в проекции блоков регулярной перекрестноточной насадки выполнены жидкостные оросители 13.

Горизонтальное опорно-распределительное полотно 7 каждой контактной ступени выполнено таким образом, чтобы получить достаточный объем жидкой фазы, необходимый для эффективного барботажа диспергированного озоновоздушного потока. Для этого в ее конструкции вместо секторных вырезов 12 имеются газовые патрубки 14 для прохода потока газа с нижележащего уровня, приподнятые над опорно-распределительным полотном на 200-300 мм.

В горизонтальном опорно-распределительном полотне 6 нижнего уровня вышерасположенных насадочных блоков 10 отсутствуют жидкостные оросители 13, а слив жидкости осуществляется через сливные патрубки 15.

В верхнем объеме 16 над горизонтальным опорно-распределительным полотном 7 каждой контактной ступени смонтированы инжекционные элементы 3, количество и конструктивные размеры которых определяются в зависимости от производительности озонатора по объему пропускаемого потока жидкости. Выброс газожидкостной смеси после прохождения инжекционных элементов 3 организован в специально смонтированные кольцевые приемные стаканы 17, находящиеся в слое жидкости на опорно-распределительном полотне 7.

Для подачи исходной озоновоздушной смеси на контактирование с жидкой фазой в реакционный объем контактора на средней и нижней контактной ступени предусмотрен штуцер 18. На верхней контактной ступени через штуцер 19 подача озоновоздушной смеси не предусмотрена, через него осуществляется подача жидкой фазы на взаимодействие.

Перекрестноточный контактор-озонатор работает следующим образом.

Исходный поток жидкой фазы через штуцер 19 подается на контакт с озоновоздушной смесью в объеме контактной емкости с помощью инжекционных элементов 3, расположенных в зоне между горизонтальными опорно-распределительными полотнами 6 и 7 верхней контактной ступени. Исходная озоновоздушная смесь через штуцеры 18 подается на инжекционные элементы 3 средней и нижней контактной ступени. При этом часть ее непосредственно участвует в процессе озонолиза при прохождении инжекционных элементов 3, а часть проскочившего озона участвует во взаимодействии в развитом пленочном режиме с нисходящим жидкостным потоком в объеме вышерасположенного блока регулярной перекрестноточной насадки 10.

В штуцер 19 верхней контактной ступени подача исходного озоновоздушного потока не предусмотрена, а инжекционные элементы 3 данной контактной ступени работают на инжектирование газовой фазы с оставшимся непрореагированным озоном. Это позволяет ликвидировать проскок с отходящим газовым потоком из аппарата озона без эффективного контакта с жидкостью.

Расположение блоков регулярной перекрестноточной насадки 10-11 в пределах одной контактной ступени по «кресту» (см. фиг.1) позволяет реализовать секционированное взаимодействие по газовой фазе с необходимой кратностью дробления потоков.

На горизонтальных опорно-распределительных полотнах 4, 5, 7, 8 и 9 смонтированы жидкостные оросители 13, назначение которых состоит в следующем: во-первых, обеспечить заданный уровень жидкости над опорно-распределительным полотном; во-вторых, исключить байпас газовой фазы через отверстия распределителя; в-третьих, обеспечить равномерное начальное распределение жидкости при орошении насадочной поверхности блоков регулярной перекрестноточной насадки.

Жидкая фаза через отверстия жидкостного оросителя 13 поступает на орошение блоков регулярной перекрестноточной насадки 10,11, в объеме которых осуществляется интенсивный процесс массообмена с восходящим озоновоздушным потоком.

После прохождения жидкости через вышерасположенный блок регулярной перекрестноточной насадки 10 каждой контактной ступени жидкая фаза поступает по сливным патрубкам 15 на заглубленное «глухое» горизонтальное опорно-распределительное полотно 7, на котором осуществляется процесс озонолиза при инжектировании.

Назначение нижерасположенных блоков регулярной перекрестноточной насадки 11 каждой контактной ступени 2 состоит в том, чтобы обеспечить сепарацию унесенного или диспергированного озона из жидкой фазы перед ее сливом на нижележащие контактные ступени. Это становится возможным за счет высокоразвитой поверхности контакта блоков регулярной перекрестноточной насадки 11 и большой величины динамической задержки жидкости в объеме насадки.

Повышение эффективности смешения гетерогенных фаз делает целесообразным использование заявляемого изобретения «Перекрестноточный контактор-озонатор» при проектировании и разработке перспективных процессов основной химической технологии, в частности при глубоком доокислении жидких промышленных стоков потоком озоновоздушной смеси.

Источники информации

1. Патент России №221831311. Установка для обработки воды озоном из озоновоздушной смеси. C02F 1/78, опубл. 10.12.2003 г.

2. Патент России №2032631. Устройство для диспергирования газа в жидкости. B01J3/04, опубл. 10.04.1995 г.

3. Патент России №2114069. Установка для озонирования жидкости. C02F 1/78, опубл. 27.06.1998 г.

1. Перекрестноточный контактор-озонатор, включающий контактную емкость цилиндрической формы, штуцеры и инжекционные элементы, отличающийся тем, что в объеме контактной емкости расположены три контактные ступени, каждая из которых включает инжекционный элемент и два блока регулярной перекрестноточной насадки, причем вышерасположенный блок предназначен для дополнительной утилизации непрореагированной доли озона в отходящем озоновоздушном потоке, а нижерасположенный - для полной сепарации озона из уходящего жидкостного потока, при этом каждая контактная ступень с инжекционным элементом, кроме верхней, снабжена штуцером для подачи озоновоздушного потока.

2. Контактор-озонатор по п.1, отличающийся тем, что блоки регулярной перекрестноточной насадки расположены во внутреннем объеме контактной емкости по кресту.