Газорідинний апарат

Корисна модель відноситься де області апаратів хімічної технології, зокрема, до галузі газорідинних апаратів, призначених для очищення повітря від діоксиду сірки ш одержання засобу для боротьби зі шкідниками і хворобами сільськогосподарських (с/г) культур. Склад цього засобу захищений патентом на корисну модель [№9081 опубл. 15.09.2005, Бюл. №9. 2005р.]. Апарат також може використовуватися в хімічній, нафтохімічній і інших галузях промисловості для проведения газорідинних хімічних реакцій, процесів абсорбції, десорбції, тощо. Проведені патентно-технічні дослідження показали, що досягнутий рівень техніки в області апаратів для абсорбції і хімічних реакцій характеризується наступними аналогами. Відомий газліфтний реактор по авт.св. СРСР [№980806, Кл. В01J10/00, опубл. 15.12.82p. Бюл. №46, заявник Пермський політехнічний інститут]. Реактор виконаний у вигляді резервуара з реакційною, регенераційною і переливною трубами, який відрізняється тим, що зазначені труби розташовані концентрично усередині корпусу. Недоліком відомого реактора є те, що в ньому неможливо регулювати площу перетину висхідного і спадного потоків, що необхідно для одержання максимальної продуктивності і якості отриманої продукції при характеристиках, що змінюються, газоповітряної суміші і розчину (швидкість подачі, склад розчину і газоповітряної суміші, щільність та інші характеристики). Відомий газліфтний апарат по авт.св. СРСР [№1212550, Кл. В01J10/00, опубл. 23.02.86p., Бюл. №7, заявник Ленінградський технологічний інститут ім.Ленради]. Апарат виконаний у вигляді циліндричного резервуара, усередині якого розміщені трубні грати і пучок вертикальних циркуляційних і барботажних труб. Недоліком апарата є те, що в ньому неможливо регулювати площу перетину каналів апарата для висхідного і спадного потоків. Відомий газорідинний апарат по авт.св. СРСР [№1745329, Кл, В01J10/00, опубл. 07.07.92р., Бюл. №5, заявник - Ленінградський технологічний інститут ім.Ленради]. Апарат виконаний у вигляді циліндричного резервуара, містить усередині циркуляційні труби з вставками, трубні грати, обвідну трубу з насосом. Недоліком апарата є те, що в ньому неможливо регулювати площу перетину каналів для висхідного і спадного потоків. Відомий найбільш близький аналог до пропонованого (прототип) газорідинний апарат по авт.св. СРСР [№1680299, Кл. В01J10/00, опубл. 30.09.91p., Бюл. №36, заявник - Ленінградський технологічний інститут ім.Ленради]. Апарат виконаний у вигляді циліндричного корпусу, який розміщений вертикально, у нижній частині якого розміщений насос, а також циркуляційний циліндр, коаксіально розташований у корпусі, і трубні ґрати - у нижній частині циліндра. У ґратах розміщені газорозподільні патрубки з вставками для дроблення потову газорідинної суміші. Недоліком відомого апарата є те, що в ньому також неможливо регулювати площу перетину каналів для висхідного і спадного потоків. Така необхідність виникає при зміні роботи з іншими розчинами і газоповітряними сумішами. В основу корисної моделі поставлено технічну задачу: досягнення максимальної продуктивності, високої якості продукції з максимальним ступенем сорбції компонента, що поглинається з газоповітряної суміші, при незмінних габаритах апарата та при різних режимах його роботи, а також для очищення повітря від діоксиду сірки. Поставлена технічна задача вирішується таким чином, що газорідинний апарат, виконаний у вигляді вертикально встановленого резервуару, котрий містить патрубки для введення і виведення газу і рідини, газорозподільний пристрій для диспергації газу, вертикальні перегородки, що утворюють одну висхідну і дві спадні секції апарата, який відрізняється тим, що апарат має в горизонтальній площині прямокутний перетин, дві протилежні сторони якого з внутрішнього боку мають пази для встановлення перегородок з можливістю зміни перетинів висхідної і спадної секцій апарата і для встановлення перегородок різної висоти. Додатково апарат містить пристрій для контролю якості готового продукту, який вимірює концентрацію газу в розчині. На вхідному патрубку апарата встановлений пристрій для контролю концентрації розчину на вході. Апарат постачений датчиком рівня рідини, який встановлений у верхній частині резервуара, у нижній частині резервуара розташований газорозподільний пристрій виконаний у виді диспергаторів - фільтрів Шотта. У вихідного патрубка газу в верхній частині апарата встановлений вимірник концентрації діоксиду сірки в повітряній суміші, яка виходить з апарата. На Фіг.1 схематично зображений газорідинний апарат у розрізі. На Фіг.2 зображено перетин апарата в горизонтальній площині. Апарат складається з вертикально встановленого резервуара 1, що має вигляд прямокутника» усередині якого розташовані дві вертикальні перегородки 2. У нижній частині резервуара 1 розміщені: газорозподільний пристрій 3 у вигляді диспергаторів - фільтрів Шотта, вхідний патрубок 4 подачі в резервуар 1 водяного розчину, а на патрубку 4 розміщений пристрій для контролю концентрації розчину 5. Розміщені також патрубок 6 для виходу готового продукту і пристрій 7 для контролю якості готового продукту. Патрубок входу газо-повітряної суміші (ГПС) 8, з'єднаний з газорозподільним пристроєм 3. У верхній частині резервуара 1 розміщений газовий запобіжний клапан 9, датчик рівня рідини 10 і бризковловлювач 11, який складається з пластини і верхнього козирка. Патрубок 4 з'єднаний з перфорованими трубчастими ґратами 12 для рівномірного розподілу вхідного розчину по нижньому перетині висхідної секції. Газорозподільний пристрій 3 виконаний у виді набору диспергаторів - фільтрів Шотта 13, рівномірно розподілених по перетину висхідної секції. Резервуар 1 містить охолоджувану оболонку (на кресленні не показана), що використовується при надходженні ГПС високої концентрації у зв'язку з екзотермічною реакцією, що приводить до нагрівання розчину. В апараті встановлені дві вертикальні перегородки 2, розміщені в пазах 14, утворених виступами 15, що встановлені на протилежних сторонах прямокутного апарата. У вихідного патрубка газу у верхній частині апарата встановлений вимірник концентрації діоксиду сірки 16 в повітряній суміші, яка виходить з апарата. Апарат працює таким чином. Розчин подають у резервуар 1 через пристрій для контролю концентрації розчину 5 і вхідний патрубок 4. Після заповнення резервуара 1 до датчика рівня рідини 10, що сигналізує про заповнення резервуара, наповнення припиняють. Потім подають газ у складі ГПС у резервуар 1 через патрубок 8, газорозподільний пристрій 3 і диспергатори 13, з яких газ виходить дрібними бульбашками розміром 0,5¸1,5мм і піднімається нагору між перегородками 2. Під час руху бульбашок ГПС нагору відбувається абсорбція газу розчином, у результаті чого розчин насичується газом. Бульбашки ГПС, що рухаються нагору, захоплюють із собою розчин, який, доходячи до верхнього зрізу перегородок 2, змінює вектор руху на зворотній у зазорі між перегородками 2 і стінками резервуара 1, тим самим утворюючи замкнутий циркуляційний потік розчину в резервуарі 1. Досягаючи поверхні рідини, бульбашки ГПС лопаються, ударяючись о плаваючу пластину бризковловлювача 11. Частина бризок, що залишилася, осідає на верхньому козирку бризковловлювача 11, де рідина накопичується і стікає знову в розчин. Частина бульбашок ГПС може захоплюватися потоком рідини в простір між перегородками 2 і стінками резервуару 1. По шляху руху вниз газ цілком абсорбується розчином. Повітря, яке міститься в ГПС вилучається через клапан 9. Пристрій для контролю якості готового продукту 7, встановлений поблизу вихідного патрубка 8, контролює ступінь насичення газом розчину і, по досягненні визначеної концентрації подає сигнал про припинення подачі ГПС у резервуар 1. Після цього готовий продукт через патрубок 6 надходить на розлив у герметично закриті ємності. Запобіжний клапан 9 спрацьовує при перевищенні тиску в резервуарі 1 вище розрахункового і випускає повітря, очищене від газу. Завдяки тому, що апарат має прямокутний перетин, а на протилежних стінках розміщені пази 14, утворені виступами 15, перегородки 2 можуть встановлюватися в різних пазах, тим самим може змінюватися перетин каналів висхідної і спадної секцій в апараті. Також в апараті можливо встановлювати перегородки 2 різної висоти. Ці особливості запропонованого апарата забезпечують настроювання апарата на найбільш оптимальний режим роботи у випадках, коди на тому самому апараті змінюють склад розчину і газоповітряної суміші, що відрізняються від колишніх характеристик: щільність, в'язкість, здатність адсорбції газового компонента й ін. Завдяки циркуляції рідини в апараті розчин перемішується, концентрація газу в розчині вирівнюється і стає однаковою по всій масі готового до відправлення продукту. Вимірник концентрації діоксиду сірки 16 в повітряній суміші, яка виходить з апарата визначає концентрацію діоксиду сірки, що необхідно для визначення можливості доочищення вихідної з апарата газоповітряної суміші на другому газорідинному апараті або на інших установках перед викидом газової суміші в атмосферу. Загальними ознаками запропонованого апарата і прототипу є наступні: апарат виконаний у вигляді вертикально встановленого резервуара, що містить патрубки для введення рідини та газу і для виходу готового продукту, газорозподільний пристрій у нижній частині резервуара і циркуляційні секції встановлені всередині корпусу резервуара по його осі. Відмітними ознаками апарата в порівнянні з прототипом є те, що апарат має в горизонтальній площині прямокутний перетин, дві протилежні сторони якого з внутрішнього боку мають пази для установки перегородок з можливістю зміни площі перетинів висхідної і спадних секцій апарата і для установки перегородок різної висоти. Відмітними ознаками є також наявність в апараті пристрою для контролю якості готового продукту, що вимірює концентрацію газу в розчині. Це дозволяє забезпечити високу якість готового продукту і припиняти подачу ГПС в апарат по досягненні заданої концентрації газу в розчині Іншою відмітною ознакою є те, що в апараті на вхідному патрубку встановлений пристрій для контролю концентрації в розчині, що подається в резервуар 1. Він дозволяє точно контролювати необхідний ступінь насичення газом, котрий відповідає даній концентрації розчину, що надходить в апарат. Відмітною ознакою апарата є також те, що апарат укомплектований датчиком рівня рідини, який встановлено у верхній частині резервуара. Це забезпечує точно задану кількість розчину, виключає зайве наповнення резервуара. В апарат встановлено бризковловлювач, що виключає влучення бризок у запобіжний клапан і гарантує його надійну роботу. Ще одна відмітна ознака полягає в тому, що газорозподільний пристрій виконаний у виді диспергаторів фільтрів Шотта. Це забезпечує одержання на виході диспергаторів дрібних бульбашок газу розміром 0,5¸1,5мм, що у свою чергу підвищує ступінь абсорбції газу розчином і дозволяє зменшити габарити апарата, зокрема його висоту, тому що відомо, що при рівних співвідношеннях обсягів газу і розчину швидкість абсорбції зростає при збільшенні поверхні розділу фаз. Це досягається зменшенням розміру бульбашок ГПС і збільшенням їхньої кількості за допомогою фільтрів Шотта при однакових обсягах газу. У пропонованому апараті немає насосу для руху рідини, що підвищує надійність апарата через відсутність у ньому вузлів, які рухаються, і заощаджує електроенергію. Функцію насосу виконують спливаючі бульбашки ГПС, які забезпечують циркуляцію рідини, тобто апарат працює в режимі газліфта. Відмітна ознака полягає також у тому, що у вихідного патрубка газу у верхній частині апарата встановлений вимірник концентрації діоксиду сірки в повітряній суміші, котра виходить з апарата. Описаний газорідинний апарат виготовлений і експлуатується на кафедрі неорганічної хімії і хімічної екології ОНУ ім. І.І. Мечникова для отримання засобу для боротьби зі шкідниками і хворобами с/г культур, а також для наукових досліджень по відпрацьовуванню режимів і параметрів процесу сорбції газу у залежності від щільності розчину, його сорбційної здатності, в'язкості й інших характеристик. Апарат використовується для визначення ступеня очищення газоповітряної суміші від діоксиду сірки. Апарат виготовлений з товстостінного листового оргскла товщиною 30мм. Прозорість оргскла дозволяє візуально спостерігати за утворенням і рухом бульбашок газу, їхньою сорбцією в розчині. При дослідженнях було встановлено, що при підвищенні в'язкості, щільності розчину і його сорбційної здатності площу висхідної секції варто збільшувати розсовуючи перегородки 2, а при введенні в розчин поверхнево-активних речовин висоту перегородок варто зменшувати внаслідок утворення великої кількості піни. Зміна площ перетину висхідної і спадних секцій у пропонованому апараті, що досягається завдяки можливості перестановки перегородок у різних пазах, забезпечує максимальну продуктивність апарата й одержання найкращої якості готового продукту, Проведені дослідження за допомогою пропонованого апарата показали, що наявність пазів на внутрішніх стінках прямокутного апарата з можливістю установки перегородок різної висоти у різних пазах для зміни площ перетинів висхідної і спадних секцій апарата розширює його функціональні можливості і приводить до збільшення продуктивності і поліпшення якості одержуваної продукції.