CZ280355B6

CZ280355B6 - Zařízení pro zajišťování přímého styku mezi plynem a kapalinou

Info

Publication number: CZ280355B6
Application number: CS86396A
Authority: CZ
Inventors: Keith Brattan; Stephen Francis Kelham; Morris Norman Nevin
Original assignee: Imperial Chemical Industries Plc
Priority date: 1985-01-18
Filing date: 1986-01-20
Publication date: 1995-12-13
Also published as: SG53390G; FI84786B; HU203681B; SK39686A3; EP0188307A3; CA1287794C; MY100492A; NO167126B; ZA86120B; ES8704751A1; JP2537487B2; KR930000529B1; BR8600163A; ES551001A0; FI84786C; IN165958B; ES8800617A1; GB8531930D0; SK278551B6; NO860077L

Abstract

Zařízení obsahuje nejméně jeden svislý kanál (8), první přívodní otvor (14) pro přivádění plynu do kanálu (8), druhý přívodní otvor (17) pro přivádění kapaliny do kanálu (8) a horní výstupní otvor (12) pro odvádění směsi plynu z kapaliny z horní části kanálu (8), přičemž výška kanálu (8) je větší než vzdálenost mezi stěnami, kterými je kanál (8) vymezen. Přiváděním tlakového plynu do spodní části kanálu (8), ale nad místo přívodu kapaliny do kanálu (8), se směs plynu a kapaliny uvádí do stoupavého pohybu a opouští kanál (8) horním výstupním otvorem (12). ŕ

Description

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení pro zajišťování přímého styku mezi plynem a kapalinou.

Dosavadní stav techniky

Je známa celá řada zařízení a postupů, u kterých se plyn přivádí přímo nebo nepřímo do styku s kapalinou. Jedním z takových příkladů jsou výměníky tepla, ve kterých se přivádí plyn do nepřímého styku s chladnou kapalinou, aby předal svoje teplo kapalině, popřípadě se naopak může v jiném výměníku tepla kapalina ochlazovat nepřímým stykem s chladicím plynem.

Přímý styk mezi kapalinou a plynem může být využíván například pro sušení plynu, pro absorbci plynu v kapalině a pro vytvoření požadovaného roztoku, popřípadě pro odlučování plynu ze směsi plynu a kapaliny, přičemž k přivádění plynu do přímého kontaktu s kapalinou slouží několik různých typů známých zařízení. Jedním ze známých postupů je vtlačování plynu do kapalinové lázně hluboko pod její hladinou, takže plyn po výstupu z přívodního potrubí probublává kapalinovou lázní. Jiným známým způsobem uvádění plynu do bezprostředního kontaktu s kapalinou je vedení kapaliny sestupným pohybem v koloně nebo v jinak vytvořeném sloupci kapaliny a přivádění plynu do spodní části tohoto sloupce kapaliny, přičemž plynové bubliny stoupají klesajícím proudem kapaliny a tím se dosáhne dostatečně účinného styku plynu s kapalinou. Pro dosažení co nejúčinnějšího styku mezi plynem a kapalinou mohou být v kanálu pro vedení kapaliny uspořádány přepážky nebo různé výplňové prvky, které usměrňují pohyb kapaliny i plynových bublin.

Při provádění těchto známých způsobů, při kterých se má dosáhnout nepřímého nebo přímého styku mezi plynem a kapalinou, je nutno vybavit zařízení ústrojím, zajišťujícím cirkulaci plynu a/nebo kapaliny, ústrojím pro přivádění plynu a/nebo kapaliny do zařízení, ve kterém již potom dochází k promíchávání plynu s kapalinou, a ústrojím pro odvádění plynu a/nebo kapaliny ze zařízení. Součástí těchto ústrojí je zpravidla čerpadlo nebo skupina čerpadel.

Úkolem vynálezu je vyřešení zařízení, vhodného pro zajišťování přímého styku mezi plynem a kapalinou, které by mělo jednoduchou konstrukci, které by nebylo závislé na čerpadlech pro zajišťování cirkulace plynu a/nebo kapaliny nebo pro dopravu plynu do zařízení nebo pro odvádění plynu nebo kapaliny ze zařízení, popřípadě které by snižovalo potřebu čerpadel na minimum. U zařízení podle vynálezu by měly být také sníženy nároky na údržbu snížením počtu pohyblivých součástí, zejména čerpadel, popřípadě by zařízení podle vynálezu nemělo vůbec obsahovat pohyblivé součásti .

-1CZ 280355 B6

Podstata vynálezu

Tento úkol je vyřešen zařízením podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že zařízení obsahuje nejméně jeden svislý kanál, první přívodní otvor pro přivádění plynu do kanálu, druhý přívodní otvor pro přivádění kapaliny do kanálu a výstupní otvor pro odvádění směsi plynu a kapaliny z horní části kanálu, přičemž výška kanálu je větší než vzdálenost mezi stěnami, kterými je kanál vymezen.

Ve výhodném konkrétním provedení zařízení podle vynálezu je přívodní otvor pro přivádění plynu umístěn u základny kanálu a kanál je vytvořen mezi dvojicí vzájemně rovnoběžných desek, umístěných v odstupu od sebe, a vícedílnou distanční deskou, uloženou mezi vzájemně rovnoběžnými deskami. V tomto výhodném provedení je přívodní otvor pro přívod plynu nebo kapaliny vytvořen v jedné ze vzájemně rovnoběžných bočních desek, ohraničujících kanál, a výstupní otvor pro odvádění směsi plynu a kapaliny je vytvořen v jedné z vzájemně rovnoběžných a v odstupu od sebe umístěných desek.

Zařízení podle vynálezu obsahuje také v alternativním konkrétním provedení skupinu kanálů, umístěných vedle sebe a vzájemně propojených, přičemž alespoň některé z kanálů jsou opatřeny přívodními otvory pro přivádění jednak plynu a jednak kapaliny, a výstupními otvory pro odvádění směsi plynu a kapaliny, popřípadě nejméně tři vzájemně rovnoběžné a v odstupu od sebe umístěné desky, mezi nimiž jsou uloženy rámové distanční díly. V dalším výhodném provedení obsahuje zařízení nejméně dvě vzájemně rovnoběžné desky, umístěné v odstupu od sebe, a koncové stěny, oddělující sousední desky, přičemž mezi sousedními deskami jsou uloženy nejméně dva v odstupu od sebe umístěné rozpěrné díly, mezi nimiž a dvěma paralelními deskami, umístěnými v odstupu od sebe, jsou vytvořeny kanály zařízení, přičemž v rozpěrných dílech jsou vytvořeny otvory pro vzájemné propojení kanálů.

V ještě jiném výhodném provedení obsahuje zařízení podle vynálezu nejméně tři desky, umístěné v odstupech od sebe a opatřené propojovacími otvory, kterými je spojen jeden z kanálů mezi jednou dvojicí sousedních desek s kanálem mezi jinou dvojicí sousedních a vzájemně rovnoběžných desek.

Šířka plochého kanálu nebo skupiny kanálů mezi vzájemně rovnoběžnými vymezovacími deskami je volena podle množství přiváděného plynu, aby byl zajištěn stoupavý pohyb směsi plynu a kapaliny v příslušném kanálu. Rozměry kanálu v jeho vodorovném průřezu, to znamená jeho šířka a délka, jsou závislé na tom, jakého prostředku se použije pro uvedení kapaliny do stoupavého pohybu. Jestliže je kapalina přiváděna do stoupavého pohybu unášecím účinkem zaváděného plynu, budou tyto rozměry příčného průřezu kanálu alespoň částečně závislé na tlaku plynu a na množství plynu, přiváděného za jednotku času, popřípadě na viskozitě kapaliny a na rychlosti zavádění kapaliny do zařízení. Výška kanálu je u zařízení podle vynálezu řádově podstatně větší než jeho šířka, to znamená výška dvojic desek, mezi kterými je vymezen směšovací kanál, je podstatně větší než odstup mezi dvojicí desek, ohraničujících příslušný kanál.

-2CZ 280355 B6

Kapalina může být v zařízení podle vynálezu uváděna do stoupavého pohybu také kombinací vynášecího účinku plynových bublinek a hydrostatického účinku sloupce kapaliny v sousedních kanálech.

Směs kapaliny a plynu se může pohybovat zařízením podle vynálezu v několika vzájemně propojených kanálech, ve kterých může plyn proudit souhlasně s proudem kapaliny, nebo ve směru opačném ke směru proudění kapaliny.

Podle ještě jiného výhodného provedení zařízení podle vynálezu je první z desek napojena svým vstupním otvorem na elektrolyzér, obsahující nejméně jednu anodu a nejméně jednu katodu a opatřený napojovací jednotkou pro připojení na vstupní otvor první desky a přivádění plynů z elektrolyzéru do zařízení.

V elektrolyzéru, kterým může být kalolisový elektrolyzér, je mezi každou anodou a přilehlou katodou umístěna přepážka, kterou je zejména katexová membrána.

Desky a přepážky, oddělující od sebe jednotlivé kanály, nemusí být pouze rovinné, ale v alternativním výhodném provedení vynálezu mohou být válcové, to znamená jsou tvořeny soustavou soustředných nebo v podstatě soustředných trubek s různými průměry, jejichž konce jsou otevřené, nebo jsou opatřeny otvory, kterými je přiváděn plyn a kapalina.

Za zvláště výhodné se považuje takové konkrétní provedení zařízení podle vynálezu, které obsahuje několik vedle sebe umístěných a vzájemně propojených kanálů, protože takové zařízení je schopno vykonávat současně několik různých činností, například v prvním kanálu se může plyn promíchávat s kapalinou pro odstranění nečistot z plynu, v druhém kanálu se může plyn oddělovat od kapaliny a ve třetím kanálu se může plyn přivádět do styku s druhou kapalinou, kterou se plyn vysouší.

Zařízení podle vynálezu má jednoduchou a bezporuchovou konstrukci a jeho desky se snadno vyrábějí a spojují mezi sebou běžnými spojovacími prostředky, například sešroubováním nebo slepením, popřípadě svařením, jsou-li desky vyrobeny z kovu nebo polymerního materiálu.

V zařízení podle vynálezu se může provádět řada různých technologických postupů, například sušení plynů přímým stykem s příslušnou kapalinou, absorbce plynů v kapalině, uvádění prvního plynu do přímého styku s kapalinou pro vytěsnění jiného plynu, obsaženého v kapalině, uvádění plynu do přímého styku s kapalinou pro odpařování kapaliny, ochlazování plynu stykem s chladnou kapalinou, čištění plynu stykem s kapalinou a provádění chemické reakce po přivedení plynu do styku s kapalinou. V zařízení podle vynálezu se může provádět najednou několik takových pracovních postupů, jestliže je zařízení opatřeno větším počtem kanálů.

V jednotlivých kanálech se může plyn přivádět do styku s různými kapalinami.

Zařízení podle vynálezu je zvláště vhodné pro zpracování plynů, vznikajících při elektrolýze elektrolytu, zejména vodného elektrolytu, a především pro zpracování plynného chloru a vodíku, vznikajícího při elektrolýze vodných roztoků chloridů alkalických kovů. Zařízení je vhodné pro zpracování a úpravu plynů, vznikájí

-3CZ 280355 B6 cích za zvýšeného tlaku, například v elektrolyzéru. V takovém případě není nutno předem zvyšovat tlak v plynech, protože tlak plynného chloru nebo vodíku na výstupu elektrolyzéru je dostatečný pro vpravování plynu do sloupce kapaliny v kanálu.

V zařízení podle vynálezu nemusí ve všech kanálech docházet ke směšování plynu a kapaliny, nebo k oddělování plynu od kapaliny. Některé z kanálů zařízení podle vynálezu mohou obsahovat jiné funkční prostředky nebo jiná ústrojí, například vláknité filtrační prvky pro oddělování kapaliny od plynu, umístěné v některém z kanálů zařízení, kterými se odděluje kapalina, strhávaná plynem, od proudu plynu při ochlazování plynu, například vodíku nebo chloru. Kanál může obsahovat také vrstvu látky, která je katalyzátorem pro úpravu plynu, nebo absorpčním ložem pro absorbci plynu.

Zařízení podle vynálezu může být využito například pro zpracování vodíku a plynného chloru, při kterém se plyn ochladí přímým stykem s kapalinou, například s vodou, a potom se vysuší například kyselinou sírovou.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude blíže objasněn pomocí příkladů provedení, zobrazených na výkresech, kde znázorňují obr. 1 axonometrický pohled na část zařízení, zobrazeného částečně v řezu, obr. 2 axonometrický pohled na detail A zařízení z obr. 1 a obr. 3 svislý řez částí zařízení podle vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Zařízení pro zajišťování styku mezi kapalinou a plynem, zobrazené v příkladech provedení na obr. 1 až 3, obsahuje soustavu desek, 1, 2, 3., 4., 5, 6, které ohraničují z obou stran soustavu kanálů 7, 8., 9., 10. Pro větší názornost byly v příkladu na obr. 1 vynechány koncové stěny, které jsou přední a zadní stěnou zařízení a které uzavírají jednotlivé kanály 7 až 10 na jejich kratších příčných stranách. Ze stejného důvodu byla z obr. 1 vynechána horní stěna a spodní stěna, které jsou umístěny nad a pod soustavou desek 1 až 6.

Z obr. 1 je zřejmé, že první deska 1 je opatřena ve své horní části prvním horním otvorem 11, čtvrtá deska 4 je opatřena druhým horním otvorem 12 a šestá deska 6 má nahoře třetí horní otvor 13.

Na obr. 2, zobrazujícím detailněji část zařízení z obr. 1, označenou jako detail A, je druhá deska 2. opatřena svislým štěrbinovým otvorem 14., který zajišťuje propojení mezi oběma stranami druhé desky 2, takže zajišťuje současně spojení prvního kanálu 2 s druhým kanálem 8 na druhé straně druhé desky 2. Druhá deska

2. je opatřena ve své spodní části propojovací dírou 15., procházející celou tloušťkou druhé desky 2.

Třetí deska 2 je distanční deskou, má výrazně zmenšenou výšku a je vícedílná, přičemž mezi oběma jejími spodními díly, umis

-4CZ 280355 B6 těnými ve stejných výškách, je vytvořen svislý průchod 16,. Druhá deska 2 a třetí deska 3. mají menší výšku než první deska 1 a jsou zvednuty nad spodní stěnu zařízení, takže mezi jejich spodními okraji a spodním dnem zařízení jsou vytvořeny dva vodorovné štěrbinové otvory 17.

Zařízení podle vynálezu je také opatřeno výtokovým otvorem 18 a mezi jednotlivými deskami 1, 2, 4, 5, 6 jsou uloženy rámové distanční díly 19, 20, 21, které jednak vymezují a zajišťují správný odstup mezi jednotlivými deskami X, 2, 4, 5, 6 a jednak také ohraničují jednotlivé kanály 2, £, 9, 10 na jejich spodních stranách, horních stranách a obou bočních stranách.

Při provozu zařízení vystupuje tlakový plyn například z elektrolyzéru do prvního kanálu 7 prvním horním otvorem 11 a postupuje tímto prvním kanálem 7 směrem dolů ve směru šipky B a dostává se potom svislým štěrbinovým otvorem 14 do druhého kanálu 8,. Kapalina je přiváděna ze zásobníku, vytvořeného ve spodní části zařízení mezi deskami 4, 6, ve směru šipky C vodorovným štěrbinovým otvorem 17 a stoupá nahoru svislým průchodem mezi částmi třetích desek 2 do druhého kanálu 8. Plyn postupuje společně s kapalinou druhým kanálem 8 nahoru ve směru šipky D a potom společně přecházejí druhým horním otvorem 12 do třetího kanálu 9,. Stoupání kapaliny v druhém kanálu 8 je zajišťováno částečně nadnášecím účinkem plynu a částečně hydrostatickou výškou kapaliny v zásobníku, vytvořeném ve spodní části prostoru mezi deskami 4, 6. K vyrovnávání výšek hladin slouží propojovací díra 15 v druhé desce 2.

Po průchodu druhým horním otvorem 12 se plyn odděluje od kapaliny a stoupá čtvrtým kanálem 10 ve směru, vyznačeném šipkou E, nahoru a vychází třetím horním otvorem 13 v šesté desce 6. Kapalina, oddělená od plynu, klesá třetím kanálem 9 dolů a obnovuje zásobu kapaliny ve spodní části zařízení mezi deskami 4, 6,. Kapalina tak může znovu cirkulovat vodorovným štěrbinovým otvorem do druhého kanálu 8 a může se tak přivést do styku s dalším plynem, který vstupuje do druhého kanálu 8 svislým štěrbinovým otvorem 14. Aby nedocházelo k vytváření příliš vysokého sloupce kapaliny v prostoru mezi deskami 4, 6, je přebytek kapaliny odváděn ze zařízení výtokovým otvorem 18.

V některých konkrétních aplikacích zařízení podle vynálezu by mohlo být výhodné použití většího počtu desek, uspořádaných vzájemně rovnoběžně a opatřených otvory, uspořádanými tak, aby bylo možno uvádět plyn do styku s několika různými kapalinami.

Zařízení podle vynálezu je využitelné zejména pro čištění a sušení chloru a/nebo vodíku, vyráběného v elektrolyzéru elektrolýzou vodného roztoku chloridu alkalického kovu. V takovém případě může být zařízení napojeno na výpust chloru z elektrolyzéru a další podobné zařízení může být napojeno na výpust vodíku z elektrolyzéru.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Zařízení pro zajišťování přímého styku mezi plynem a kapalinou, vyznačující se tím, že obsahuje nejméně jeden svislý kanál (8), první přívodní otvor (14) pro přivádění plynu do kanálu (8), druhý přívodní otvor (17) pro přivádění kapaliny do kanálu (8) a výstupní otvor (12) pro odvádění směsi plynu a kapaliny z horní části kanálu (8), přičemž výška kanálu (8) je větší než vzdálenost mezi stěnami, kterými je kanál (8) vymezen.
2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že přívodní otvor (14) pro přivádění plynu je umístěn u základny kanálu (8).
3. Zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že kanál (8) je vytvořen mezi dvojicí vzájemně rovnoběžných desek (2, 4), umístěných v odstupu od sebe, a mezi vícedílnou distanční deskou (3), uloženou mezi deskami (2, 4).
4. Zařízení podle nároku 3, vyznačující se tím, že přívodní otvor (14) pro přívod plynu nebo kapaliny je vytvořen v jedné ze vzájemně rovnoběžných bočních desek (2) kanálu (8).
5. Zařízení podle nároku 3 nebo 4, vyznačující se tím, že výstupní otvor (12) pro odvádění směsi plynu a kapaliny je vytvořen v jedné ze vzájemně rovnoběžných a v odstupu od sebe umístěných desek (4).
6. Zařízení podle nejméně jednoho z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že obsahuje skupinu kanálů (7, 8, 9, 10), umístěných vedle sebe a vzájemně propojených, přičemž alespoň některé z kanálů (7, 8, 9, 10) jsou opatřeny přívodními otvory (14, 17) pro přivádění plynu a kapaliny a výstupními otvory (12, 13) pro odvádění plynu a kapaliny.
7. Zařízení podle nároku 6, vyznačující se tím, že obsahuje nejméně tři vzájemně rovnoběžné a v odstupu od sebe umístěné desky (1, 2, 4, 5, 6), mezi nimiž jsou uloženy rámové distanční díly (19, 20, 21).
8. Zařízení podle nároku 6, vyznačující se tím, že obsahuje nejméně dvě vzájemně rovnoběžné desky (2, 4), umístěné v odstupu od sebe, a koncové stěny, oddělující sousední desky (2, 4), přičemž mezi sousedními deskami (2, 4) jsou uloženy nejméně dva v odstupu od sebe umístěné rozpěrné díly, mezi nimiž a dvěma deskami (2, 4), umístěnými v odstupu od sebe, jsou vytvořeny kanály (8) zařízení, přičemž v rozpěrných dílech jsou vytvořeny otvory pro vzájemné propojení kanálů obsahuje skupinu kanálů (7, 8, 9, 10) umístěných vedle sebe a vzájemně propojených, přičemž alespoň některé z kanálů (7, 8, 9, 10) jsou opatřeny přívodními otvory (14, 17) pro přivádění plynu a kapaliny a výstupními otvory (12, 13) pro odvádění plynu a kapaliny.

-6CZ 280355 B6
9. Zařízení podle nároku 6, vyznačující se tím, že obsahuje nejméně dvě vzájemně rovnoběžné desky, umístěné v odstupu od sebe, a koncové stěny oddělující sousední desky, na kterých je umístěn nejméně jeden distanční díl, přičemž ve skupině distančních dílů jsou jednotlivé díly umístěny v odstupu od sebe, mezi nimi a dvojicí paralelních desek je vymezen kanál zařízení a v distančních dílech jsou vytvořeny otvory pro propojení kanálů.
10. Zařízení podle nároku 9, vyznačující se tím, že obsahuje nejméně tři desky, umístěné v odstupech od sebe a opatřené propojovacími otvory, kterými je spojen jeden z kanálů mezi jednou dvojicí sousedních desek s kanálem mezi jinou dvojicí sousedních vzájemně rovnoběžných desek.
11.Zařízení podle nejméně jednoho z nároků 1 až 10, vyznačující se tím, že první z desek (1) je napojena svým vstupním otvorem (11) na elektrolyzér, obsahující nejméně jednu anodu a nejméně jednu katodu a opatřený napojovací jednotkou pro připojení na vstupní otvor (11) první desky (1) a přivádění plynů z elektrolyzéru do zařízení.
12.Zařízení podle nároku 11, v y z n že v elektrolyzéru je mezi každou umístěna přepážka.

a č u j anodou í se c

přilehlou tím, katodou
13.Zařízení podle nároku 12, v y z n že přepážkou je katexová membrána.

tím,
14.Zářízení podle nejméně jednoho z nároků 11 tím, že elektrolyzér čující se elektrolyzérem.

až 13 , je v y kalolisovým