Appareil pour réaliser un contact intime entre des gaz et des liquides.
L'absorption des substances gazeuses par les liquides peut être considérée comme diffusion de molécules gazeuses à travers des pellicules stationnaires qui délimitent les surfaces des deux phases. La vitesse de diffusion dépend, en premier lieu, des propriétés individuelles des substanees réagissantes, et ensuite des conditions de la réalisation de l'absorption.
Dans tous les types d'absorbeurs jusqu'à présent connus, on n'a tenu généralement compte que d'une partie seulement des facteurs utiles d'absorption, mais jamais de toutes les influences favorables ensemble. De plus, la réalisation constructive de ces appareils et leur conduite étaient souvent compliquées et peu sûres.
La présente invention a pour but d'éviter ces inconvénients et de créer un genre d'appareil permettant d'effectuer, dans des conditions identiquement favorables, l'absorption ou la désorption, accompagnées ou non de l'évacuation ou de l'introduction de calories.
L'appareil suivant l'invention se caracté- rise en ce qu'il comprend,aumoinsunréci- pient. dans lequel est monté au moins un tuyau fermé à une extrémité, s'étendant d'un bout à l'autre dudit récipient et muni de séries d'ouvertures radiales disposées de manière qu'un liquide envoyé sous pression dans le tuyau soit projeté contre les parois du réei- pient en forme de jets formant tous ensemble une série de rideaux liquides transversaux, ledit récipient étant pourvu, d'une part, d'une ouverture d'admission disposée de façon que le gaz, qui doit entrer en contact avec ce liquide, soit admis.
dans le récipient axialement, de manière à traverser les rideaux liquides et les jets de liquide rebondissant des parois, provoquant ainsi un tourbillonnement du mélange de liquide et de gaz, et, d'autre e part, d'une ouverture d'échappement située à l'opposé de ladite ouverture d'admission.
Dans cet appareil, le contact entre le liquide et le gaz peut avoir lieu sur une surface de contact très développée et entre des particules liquides suffisamment fines, animées d'une vitesse considérable et se disposant en forme de rideaux substantiellement parallèles et un courant gazeux traversant-éventuellement lui aussi à vitesse élevée-la série des rideaux de gouttelettes liquides. Par suite de cette rencontre à un angle convenable d'un courant gazeux avec des rideaux de gouttelettes, l'on obtient un tourbillonnement de la phase demeurée gazeuse qui entraîne une par tie des gouttelettes liquides.
En outre, les rideaux liquides projetés à vitesse élevée contre les parois de l'appareil rebondissent dans les espaces entre deux rideaux contigus en formant des projections de liquide dirigées en sens substantiellement contraire et à des angles variables par rapport aux jets formant les rideaux. De cette façon, le gaz traversant l'appareil en direction normale aux rideaux liquides en correspondance des ri deaux est entraîné vers une direction, tandis qu'en correspondance des jets de liquide rebondissant des parois est entraîné en sens substantiellement contraire.
De cette façon, des tourbillons multiples sont engendrés dans l'appareil en provoquant un contact intime entre les gouttelettes très fines et presque du brouillard de liquide et la phase gazeuse, avec un rendement de vi tesse de réaction et d'échange de calories, bien supérieur à ceux qui sont obtenables par d'autres méthodes et appareillages.
Le fonctionnement de cet appareil est donc basé sur une succession de lavages du gaz par de nombreux rideaux de liquide projetés à travers l'appareil à une très grande vitesse. Le gaz est fortement tourbillonné, au cours de son passage, par l'action méca- nique des jets du liquide, fonctionnant comme chicanes. Les rideaux de liquide, en traversant l'appareil, effectuent un lavage intensif du gaz et absorbent (ou désorbent) les substances et la chaleur.
La plus grande partie du liquide projeté s'écoule, ensuite, sur les parois en continuant pendant cet écoulement l'échange thermique normal entre l'intérieur et l'extérieur. Ainsi 7'appareil a une double action thermique.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, deux formes d'exécution de l'ob- jet de l'invention.
Les fig. 1 et 2 montrent en élévation deux appareils constituant ces deux formes d'exé- cution ;
Les fig. 3 et 4 montrent respectivement une coupe longitudinale et transversale de l'appareil suivant la fig. 1, pendant le fonc tionnement.
L'appareil suivant la fig. 1 comprend un récipient cylindrique t. disposé horizontale- ment et construit en matière appropriée, par exemple en tôle d'acier ordinaire ou inoxy- dable. en plomb, en cuivre, etc. Dans la par tie inférieure du récipient est prévu un tuyau disperser longitudinal 8 fermé à une extrémité et percé de trous calibrés F (voir fig. 3 et 4) disposés sur toute la longueur du tuyau disperseur. Au lieu d'un seul tuyau, on pourrait éventuellement en prévoir pl. usieurs. disposés en une ou en plusieurs s rangées.
Le liquide de circulation est envoyé dans ce tuyau disperser sous une pression due 1 a 3 kg, par exemple à l'aide d'une pompe ou d'un dispositif approprié à cet effet. Le liquide sort des trous calibrés F sous forme de jets G à une vitesse correspon- dant à la pression d'injection, égale, par exemple 1] 5-20 métrés par seconde. Plu sieurs rangées de t. rous étant prévues dans le tuyau 8, les jets forment de nombreux rideaux transversaux de liquide d'une action très intense comme on peut le voir aux fig. 3 et 4.
Le bout fermé du tuyau 8 forme une poche où. sous l'effet de l'inertie, se dépo- sent. presque toutes les Impuretés entraînées par le liquide. Ainsi, la possibilité de bou- chage des trous est réduite au minimum. Le gaz à traiter entre, dans le récipient par une tubulure d'entrée 2, traverse la zone A du liquide dispersé et sort par une tubulure de sortie 3. Le liquide d'arrosage effectue le circuit suivant : cylindre 1, tuyau 5, réfrigé- rant supplémentaire 6, pompe de circulation 4. tuyauterie 8 et disperseurs a. Le niveau du liquide dans le cylindre est maintenu constant à l'aide d'un trop-plein 9.
La surface extérieure du cylindre est arrosée avec de l'eau, distribuée régulièrement par un dispositif approprié.
La fig. 2 montre un appareil comportant t. rois récipients eylindriques A, B et C super- posés l'un à l'autre et raccordés en série l'un par rapport à l'autre. Le gaz à traiter entre dans le récipient A, traverse le récipient B, et sort finalement du récipient C par la tubulure 10. Les liquides d'arrosage sont injectés dans les récipients respectifs à l'aide des pompes c, d et e. L'excès du liquide est trans- vasé con'tinuellement d'un récipient à celui disposé au-dessous par un trop-plein. Le liquide sort finalement du récipient A par le trop-plein 40. Lessurfacesdesrécipients peuvent être, en cas de nécessité, refroidies ou réchauffées extérieurement.
Les appareils décrits peuvent être largement appliqués pour tous les procédés d'ab- sorption ou de désorbtion, pour le refroidissement ou pour le réchauffage des différents gaz.
Si l'on prévoit plulsieurs tayaux disper- seurs, ceux-ci peuvent être installés dans le récipient soit à la même hauteur, soit à des niveaux différents. Le nombre de tuyaux disperseurs dans chaque appareil peut être varié arbitrairement.
Le liquide d'arrosage peut circuler dans l'appareil, en fonction des besoins, soit en cir- cuit fermé, soit en circuit ouvert, soit en com binaison des deux, indépendamment ou en liaison avec d'autres appareils.
La partie inférieure du récipient 1 peut servir pour y accumuler le liquide après l'échange. Le niveau du liquide est maintenu à l'aide d'un trop-plein convenablement disposé.
Dans le cas où la surface du récipient est insuffisante par rapport à la quantité de calories à évacuer ou à apporter, on peut augmenter cette surface en installant des ré frigérants ou des réchauffeursg supplémen- taires du liquide soit sur l'aspiration, soit sur le refoulement de la pompe, soit dans un point quelconque du circuit ouvert si ce dernier est appliqué.
L'appareil peut aussi comprendre plusieurs récipients montés en parallèle.
Les exemples suivants illustrent l'emploi des appareils décrits dans certains cas pratiques :
Exemple 1 :
Les vapeurs nitreuses chaudes, provenant de l'oxydation de 4 T. d'ammonique par 24 heures, sont introduites à 500 , dans un absorbeur-réfrigérant de 2 m de diamètre eb'd, e 12m de longueur, construib en tôlle d'acier inoxydable. L'appareil est muni de deux pompes, injectant dans l'intérieur par six disperseurs 40 ms à l'heure d'acide en circula tion. Les parois extérieures du récipient cy- lindrique sont refroidies avec de l'eau à 15 . Au cours de son passage, le gaz se Te froidit jusqu'à 25 .
Danls l'appareil se condense la presque totalité de l'eau apportée avec le gaz et 34%environdesoxydes d'azote en formant de l'acide nitrique d'une concentration de 44% environ.
L'appareil ainsi conçu assure simultanément le refroidissement des vapeurs nitreuses chaudes et l'absorption des oxydes d'azote.
Exemple 2 :
Les vapeurs nitreuses, refroidies dans un absorbeur-réfrigérant décrit précédemment, sont introduites ensuite dans un ensemble composé de six absorbaurs-réfrigérants de mêmes'dimensions. Chacun des récipients cy- lindriques est muni d'une pompe de circulation et de six disperseurs. Les absorbeurs sont disposés en serie et en cascade. En introduisant l'eau de lavage dans le dernier appareil, on effectue le lavage du gaz à contre-courant en retirant du premier appareil l'acide nitrique résultant d'une concen- tration variant entre 50 et 55%.
La chaleur de réaction dégagée au cours de l'absorption est évacuée par arrosage ap proprié des surfaces ! extérieures avec de l'eau froide. Le rendement d'absorption est de 96 % environ.
Les appareils décrits sont remarquables par leur efficacité, par leur haut rendement, par une résistance insignifiante au passage du gaz, par l'absence de récipients et de ré frigérants supplémentaires du liquida, par une longueur très réduite de la. tuyauterie et, en général, par leur simplicité de cons truction et de conduite.
Apparatus for making intimate contact between gases and liquids.
The absorption of gaseous substances by liquids can be considered as the diffusion of gaseous molecules through stationary films which delimit the surfaces of the two phases. The rate of diffusion depends, first, on the individual properties of the reactants, and second on the conditions for carrying out absorption.
In all the hitherto known types of absorbers, account has generally been taken of only a part of the useful absorption factors, but never of all the favorable influences together. In addition, the constructive realization of these devices and their operation were often complicated and unsafe.
The object of the present invention is to avoid these drawbacks and to create a type of apparatus which makes it possible to carry out, under identically favorable conditions, absorption or desorption, accompanied or not by the evacuation or the introduction of calories.
The apparatus according to the invention is characterized in that it comprises, at least one specification. in which is mounted at least one pipe closed at one end, extending from one end of said container to the other and provided with a series of radial openings arranged so that a liquid sent under pressure in the pipe is projected against the walls of the tank in the form of jets all together forming a series of transverse liquid curtains, said receptacle being provided, on the one hand, with an inlet opening arranged so that the gas which must come into contact with this liquid, be admitted.
in the container axially, so as to pass through the liquid curtains and the jets of liquid rebounding from the walls, thus causing a swirling of the mixture of liquid and gas, and, on the other hand, of an exhaust opening located at the opposite of said inlet opening.
In this apparatus, the contact between the liquid and the gas can take place on a very developed contact surface and between sufficiently fine liquid particles, moving at a considerable speed and being arranged in the form of substantially parallel curtains and a gas current passing through - possibly also at high speed - the series of curtains of liquid droplets. As a result of this meeting at a suitable angle of a gas stream with curtains of droplets, one obtains a vortex of the phase which remains gaseous which entrains part of the liquid droplets.
In addition, the liquid curtains projected at high speed against the walls of the apparatus rebound in the spaces between two contiguous curtains, forming liquid projections directed in substantially opposite directions and at varying angles with respect to the jets forming the curtains. In this way, the gas passing through the apparatus in a direction normal to the liquid curtains in correspondence of the ri deaux is entrained in one direction, while in correspondence of the jets of liquid rebounding from the walls is entrained in substantially the opposite direction.
In this way, multiple vortices are generated in the apparatus causing intimate contact between the very fine droplets and almost liquid mist and the gas phase, with efficiency of reaction rate and heat exchange, although higher than those obtainable by other methods and equipment.
The operation of this device is therefore based on a succession of gas washes by numerous curtains of liquid projected through the device at a very high speed. The gas is strongly swirled, during its passage, by the mechanical action of the liquid jets, functioning as baffles. The liquid curtains, passing through the device, carry out an intensive washing of the gas and absorb (or desorb) substances and heat.
The greater part of the sprayed liquid then flows over the walls, continuing during this flow the normal heat exchange between the interior and the exterior. Thus the apparatus has a double thermal action.
The appended drawing represents, by way of example, two embodiments of the object of the invention.
Figs. 1 and 2 show in elevation two devices constituting these two embodiments;
Figs. 3 and 4 respectively show a longitudinal and transverse section of the apparatus according to FIG. 1, during operation.
The apparatus according to fig. 1 comprises a cylindrical container t. arranged horizontally and made of suitable material, for example ordinary or stainless steel sheet. lead, copper, etc. In the lower part of the container is provided a longitudinal disperser pipe 8 closed at one end and pierced with calibrated holes F (see Figs. 3 and 4) arranged over the entire length of the disperser pipe. Instead of a single pipe, one could possibly provide pl. men. arranged in one or more rows.
The circulation liquid is sent through this pipe to disperse under a pressure of 1 to 3 kg, for example using a pump or a suitable device for this purpose. The liquid leaves the calibrated holes F in the form of jets G at a speed corresponding to the injection pressure, equal, for example 1] 5-20 meters per second. Several rows of t. rous being provided in the pipe 8, the jets form numerous transverse curtains of liquid with a very intense action as can be seen in FIGS. 3 and 4.
The closed end of the pipe 8 forms a pocket where. under the effect of inertia, settle. almost all the Impurities carried by the liquid. Thus, the possibility of hole plugging is reduced to a minimum. The gas to be treated enters the container through an inlet pipe 2, passes through zone A of the dispersed liquid and leaves through an outlet pipe 3. The sprinkling liquid performs the following circuit: cylinder 1, pipe 5, refrigerated - additional stream 6, circulation pump 4. piping 8 and dispersers a. The liquid level in the cylinder is kept constant using an overflow 9.
The outer surface of the cylinder is sprinkled with water, distributed regularly by a suitable device.
Fig. 2 shows an apparatus comprising t. Three cylindrical receptacles A, B and C superimposed on each other and connected in series with respect to each other. The gas to be treated enters the container A, passes through the container B, and finally leaves the container C through the pipe 10. The sprinkling liquids are injected into the respective containers using the pumps c, d and e. The excess liquid is continuously transferred from one container to the one located below through an overflow. The liquid finally leaves the container A through the overflow 40. The surfaces of the containers can, if necessary, be cooled or heated externally.
The apparatuses described can be widely applied for all absorption or desorption processes, for cooling or for heating different gases.
If more than one dispersing tube is provided, these can be installed in the container either at the same height or at different levels. The number of disperser pipes in each apparatus can be varied arbitrarily.
The coolant can circulate in the device, as required, either in a closed circuit, or in an open circuit, or in a combination of the two, independently or in conjunction with other devices.
The lower part of the container 1 can be used to accumulate liquid there after the exchange. The liquid level is maintained using a suitably arranged overflow.
In the event that the surface of the receptacle is insufficient in relation to the quantity of calories to be evacuated or supplied, this surface can be increased by installing additional refrigerants or heatersg for the liquid either on the suction or on the discharge of the pump, or in any point of the open circuit if the latter is applied.
The apparatus can also include several containers mounted in parallel.
The following examples illustrate the use of the devices described in certain practical cases:
Example 1:
The hot nitrous vapors, coming from the oxidation of 4 T. of ammonia per 24 hours, are introduced at 500, into an absorber-refrigerant 2 m in diameter eb'd, e 12 m in length, constructed of sheet metal. stainless steel. The apparatus is fitted with two pumps, injecting into the interior via six dispersers 40 ms per hour of circulating acid. The outer walls of the cylindrical vessel are cooled with water to 15. During its passage, the gas cools you down to 25.
In the apparatus almost all of the water supplied is condensed with the gas and 34% of the nitrogen oxides, forming nitric acid with a concentration of approximately 44%.
The apparatus thus designed simultaneously ensures the cooling of the hot nitrous vapors and the absorption of the nitrogen oxides.
Example 2:
The nitrous vapors, cooled in an absorber-refrigerant described above, are then introduced into a set composed of six absorber-refrigerants of the same dimensions. Each of the cylindrical containers is fitted with a circulation pump and six dispersers. The absorbers are arranged in series and in cascade. By introducing the washing water into the last apparatus, the gas is washed against the current by removing from the first apparatus the nitric acid resulting from a concentration varying between 50 and 55%.
The heat of reaction released during absorption is removed by suitable spraying of the surfaces! outside with cold water. The absorption yield is approximately 96%.
The devices described are remarkable by their efficiency, by their high efficiency, by an insignificant resistance to the passage of gas, by the absence of additional containers and refrigerants of the liquida, by a very reduced length of the. piping and, in general, by their simplicity of construction and operation.