Газлифтный аппарат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик .

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 03.12. 80 (21)3211447/23-26 (31) М. КЛ. с присоединением заявки М9

В 01 J 1 9/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 300782. Бюллетень М 28 (53) УДК 53. 066 (088.8) Дата опубликования описания 300782 (72) Авторы изобретения

A.В. Шишкин, A.Ý. Кейн и И

:ордена" Трудового .Ленсовета

Ленинградский ордена Октябрьской

Красного Знамени Технологический (71) Заявитель (54) ГАЗЛИФТНЫЙ АППАРАТ

Изобретение относится к констру .— ции гаэлифтного аппарата и предназначено для использования в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности для проведения тепло-массообменных процессов в системе газ-жидкость, например, при окислении кислородом воздуха углеводородов в производстве синтетических волокон, при проведении реакций основного органического синтеза и т.д.

Известны устройства, имеющие вертикальный цилиндрический корпус, верхнюю и нижние трубные решетки, в которых закреплены циркуляционные и барботажные трубы. В барботажные труды подается газ, который образует с реакционной массой газожидкостную смесь. 3а счет разности плотностей сплошной фазы в циркуляционных трубах и газожидкостной смеси в барботажных трубах происходит циркуляция реакционной массы в объеме аппарата.

Газожидкостная смесь tlG барботажным трубам движется вверх, а сплошная жидкая фаза по циркуляционным трубам движется вниз. Теплообменные процессы взаимодействия газовой и жидкой фаз происходят в барботажных трубах (1)и (21.

Процесс массообмена в указанных аппаратах зависит от степени перемешивания жидкой и газовой фаз, .от скоростей движения жидкой и газовой фаз, от определяющих размеров аппарата (диаметр и высота труб, разме1р ры барботажиых и циркуляционных зон).

Интенсивность массообмена между газовой и жидкой фазой зависит от от" носительной скорости движения газовых пузырей и жидкости при движении гаэожидкостной смеси по барботажным трубам. Движущиеся относительно жидкости газовые пузыри вызывают в ней дополнительное пульсационное течение, которое уменьшает толщину пристенного ламинарного слоя на границе раздела фаз, и вызывает увеличение коэффициента массопереноса в жидкой фазе, который является лимитирующим при превращении газа в жидкости. Изменяя относительную скорость движения жидкости и газа в бар"

/ ботажных трубах пульсационно, за счет пульсационного изменения скорости движения жидкости в циркуляционных и барботажных трубах, можно постоянно обновлять контактирование

946644 концентрацией газа в жидкости, благо- 5

25 зо личивается, клапан поднимается, и перекрывает отверстие в крышке обечайки. Скорость жидкости в цйркуляцион- 5 чайки возмо>кно только в результате плотного прилегания клапана к седлу.

При обработке вязких, склонных к.налипанию жидкостей, а также при наличии в рабочей 1кидкости твердой фазы возможно зарастание седла или клапана материалом, в результате чего про- 60 исходит неплотное прилегание клапана к седлу, и возможно дросселирование газа. Клапан должен вертикально перемещаться по направляющим, чтобы не было его колебаний, вызванных

65 слоев жидкости с газом. Это позволяет газу более полно поглотиться жидкостью. Увеличивается разность концентраций между равновесной концентрацией газа на границе раздела фаз и даря чему возрастает движущаяся сила процесса массопередачи между газом и жидкостью.

Наличие пульсационного изменения относительной скорости движения жидкости и газа в газожидкостном потоке приводит к интенсификации процессов тепло-массообмена в системе гаэ-жидкость.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является газлифтный аппарат, который снабжен вертикальным цилиндрическим корпуоом, верхней и нижней емкостями, верхней и нижней трубными решетками, в которых закреплены барботажные и циркуляционные трубы. На верхней трубной решетке аппарата установлена обечайка с крышкой, имеющей отверстие. Внутри обечайки под отверстием располо,жен клапан. При уменьшении уровня жидкости на верхней трубной решетке, когда давление газа под крышкой обечайки возрастает, клапан опускается, и открывает отверстие в.крышке. Гаэ выходит из отверстия, давление под крь>шкой обечайки уменьшается, уровень жидкости .на трубной решетке увеных трубах изменяется от максимального значения, когда уровень жидкости на трубной решетке наивысший, до минимального, когда уровень жидкости наименьший. Относительная скорость движения газа и.жидкости в барботажных трубах в данном случае изменяется наоборот, от минимального до максимального значения. Таким образом происходит пульсационное изменение скорости жидкости в циркуляционных, % и относительной скорости движения газа и жидкости в барботажных трубах (3).

Основным недостатком конструкции известного аппарата является наличие перемещающегося внутри обечайки клапана.

Перекрытие отверстия в крышке обе4О

50 колебаниями уровня жидкости на верхней трубной решетке. Практически невозможно точно рассчитать силу трения боковой поверхности клапана о направляющие, так как коэффициент трения зависит от физических свойств обрабатываемых рабочих сред, которые в свою очередь широко изменяются в зависимости от условий проведения процесса. Поэтому массу клапана невозможно рассчитать точно. Масса клапана может бЫть завышена, и это приводит к тому, что он вообще всплывает, и отверстие в крышке обечайки все время открыто. В случае, если масса клапана занижена, он может эалипнуть на седле. Это приводит к тому, что жидкость внутри обечайки на верхней трубной решетке передавливается через зазор между нижним срезом обечайки и трубной решетки, сливается через переливной порог, происходит срыв в работе аппарата. Кроме того, могут залипнуть направляющие, или может попасть твердая частичка между направляющими, или твердая частичка между направляющими и клапаном, и он вообще не будет ни подниматься, ни опускаться, произойдет также срыв в работе аппарата.

Таким образом, наличие перемещающегося внутри обечайки клапана вызывает ненадежную работу аппарата. Гаэ или свободно проходит через отверстие в крышке обечайки, и аппарат работает как обычный газлифтный аппарат с постоянными скоростями циркуляции рабочей смеси, или свободно проходит через зазор между обечайкой и верхней трубнойфрешеткой, и аппарат работает как барботажная колонна, без циркуляции рабочей смеси в объеме аппарата..

Снижается интенсивность процесса массообмена между газовой и жидкой фазами, уменьшается удельная производительность аппарата.

Цель изобретения — повышение надежности работы аппарата при пульсационном режиме.

Указанная цель достигается тем, что газлифтный .аппарат, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, верхнюю и нижнюю камеры с верхней и нижней трубными решетками, в которых закреплены барботажные и циркуляционные трубы, причем барботажные трубы выполнены с отверстиями для ввода газа, колпачок с отверстием, установленный на верхней трубной решетке с возможностью вертикального перемещения, технологические штуцера и опоры, снабжен патрубком, неподвижно установленными в отверстии колпачка, соплом, коаксиально установленным в нижней части патрубка, и стаканом, коаксиально установленным под патруб946644

10 ком, причем нижний срез патрубка расположен выше днища стакана.

На фиг. 1 представлен газлифтный аппарат, общий вид; на фиг. 2 — узел на фиг. 1.

Аппарат содержит вертикальный ци- 5 линдрический корпус 1, нижнюю 2 и верхнюю 3 трубные решетки, нижнюю

4 и верхнюю 5 емкости, барботажные

6 и циркуляционные 7 трубы, которые закреплены в трубных решетках. В барботажных трубах 6 имеются отверстия 8 для ввода в них газа, выполненные одного диаметра и расположенные на одинаковом расстоянии от нижней трубной решетки. На верхней труб- 5 ной решетке 3 аппарата установлена с зазором обечайка 9 с крышкой, имеющей отверстие; Сквозь отверстие проходит патрубок 10, имеющий в нижней части сопло 11. Нижний конец патрубка 10 вставлен в соосно расположен20 ный с ним стакан 12. На верхней трубной решетке 3 установлен также переливной порог 13 для поддержания определенного уровня жидкости на ней.

Нижний срез сопла 11 расположен выше днища стакана 12. Верхний срез переливного порога 13 расположен выше верхнего среза циркуляционных труб 7, и ниже верхнего среза барботажных труб б. Верхний срез стакана 12 расположен ниже верхнего среза переливного порога 13, и выше верхнего среза циркуляционных труб 7, а днище

его расположено ниже верхнего среза циркуляционных труб. Это сделано для З5 заполнения стакана рабочей жидкостью.

Аппарат содержит брызгоделитель 14, расположенный в верхней камере 5, технологические штуцеры для подачи газа 15, для подачи рабочей жидкос- 40 ти и опорожнения аппарата 16, для подачи теплоносителя 17 и для отвода теплоносителя 18, отработанного газа

19, готового продукта 20. На корпусе 1 аппарата имеются опоры 21 для 45 крепления его на строительных конструкциях.

Аппарат работает следующим образом.

При подаче газа в заполненный жидкой реакционной массой аппарат под нижней трубной решеткой 2 образуется газовый слой, из которого газ поступает в барботажные трубы б через отверстия 8, образуя в них газожидкостную смесь. 3а счет различной плотнос- 5 ти газожидкостной смеси в барботажных трубах б и жидкости в циркуляционных трубах 7 возникает цнркуляция реакционной массы в объеме аппарата. Газожидкостная смесь по барботажным тру- 6О бам движется вверх, а жидкая реакционная масса по циркуляционным трубам движется вниз. Взаимодействие между газом и жидкостью происходит только

-в барботажных трубах. 6

Жидкость, выходя иэ барботажных труб, сливается на верхнюю трубную решетку 3, где уровень ее поддерживается с помощью переливного порога

13. Скорость жидкости в циркуляционных трубах в этот момент максимальная, а относительная скорость движения газа и жидкости в барботажных трубах минимальная. По мере накопления газа в верхнем пространстве обечайки 9 его давление под крышкой воз- растает, происходит переток жидкости через зазор между нижним срезом обечайки и верхней трубной решеткой за переливной порог. Уровень жидкости внутри обечайки понижается, скорость жидкости в циркуляционных трубак уменьшается,. относительная скорость движения газа и жидкости в барботажных трубах увеличивается. Жидкость из стакана 12 под действием давления . поднимается по патрубку 10, уровень ее в стакане понижается. Как только ее уровень опустится чуть ниже нижнего среза патрубка 10, газ поступает в патрубок, где образуется газожидкостная смесь. Гидростатическое давление столба жидкости уменьшается, и жидкость вместе с газом удаляется. иэ патрубка.Около верхнего среза сопла

11 образуется раэряжение, и жидкость из нижней части стакана через сопло подсасывается в патрубок, откуда она удаляется вместе с газом. Уровень жидкости в стакане опускается еще ниже, и газ теперь беспрепятственно выходит из верхнего пространства обечайки через патрубок 10. Давление газа под крышкой обечайки уменьшается, уровень жидкости на трубной решетке, она переливается через верхний срез стакана 2, полностью заполняет его.

Выход газа иэ обечайки прекращается.

Уровень жидкости на трубной решетке, поддерживаемый переливным порогом 13, остается постоянным, а давление газа под крышкой обечайки 9 возрастает.Как только оно.становится выше гидравлического сопротивления столба жидкости в патрубке 10, уровень жидкости на верхней трубной решетке начинает уменьшаться, и весь цикл работы начинается вновь. Изменять частоту пульсаций скорости жидкости в циркуляционных трубах и относительной скорости движения газа и жидкости в барботажных трубах можно за счет изменения расстояния. между верхним срезом стакана

12 и нижним срезом патрубка 10.

Увеличение надежности работы газлифтного аппарата способствует повышению его удельной производительности, делает возможным его применение для интенсификации процессов тепломасса/ обмена в системе газ-жидкость.

Формула изобретения

Газлифтный аппарат, содержащий вер тикальный цилиндрический корпус, верМ946644

2! нюю и нижнюю камеры с верхней и нижней трубными решетками, в которыХ закреплены барботажные и циркуляционные трубы, причем барботажные трубы вы- ., полнены с отверстиями для ввода газа, колпачок с отверстием, установленный S на верхней трубной решетке с возможностью вертикального перемещения, технологические штуцеры и опоры, о т.л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности работы ап- 10 парата при пульсационном режиме он снабжен патрубком, неподвижно установленным в отверстии колпачка, соплом, коаксиально установленным в нижней части патрубка, и стаканом коаксиально, установленным под патрубком, причем нижний срез патрубка расположен выше днища стакана.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Англии Р 1399483, кл. В 01 F 13/02, 1969.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 342655, кл. В 01 .J 1/00, опублик.

1970, 3. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2732351/23-26, кл. В 01 J 10/00, 17.03.76.

ВНИИПИ Заказ 5397/12

Тираж 583 Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óêrîðîä,óë.Ïðoåêòíàÿ, 4