Способ абсорбции газа в жидкости и устройство для его осуществления

010123 Настоящее изобретение относится к способу получения раствора газа в жидкости, в которой данный газ растворим, при этом раствор имеет заранее заданную концентрацию, вплоть до насыщенной, и к устройству для его осуществления. Растворение газа в жидкости обычно называют абсорбцией, и она происходит несколькими известными и распространенными способами. Абсорбцию можно осуществить в колонне, в так называемой абсорбционной колонне, в которой газ протекает в противотоке по отношению к циркулирующей жидкости. Также ее можно осуществить с помощью жидкостного струйного насоса, при этом абсорбция происходит в микрокаплях, образуемых в струе жидкости. Также можно использовать некоторые другие технологии, в основном в противотоке, при котором создается наибольшая возможная поверхность контакта между газом и жидкостью. Общим для известных способов осуществления абсорбции и для существующих абсорбционных аппаратов является их потребность в более или менее непрерывном ручном мониторинге. Они также требуют наличия системы компонентов, которая может быть крупной или сложной. С точки зрения эффективности, потребности в площадях, мер безопасности, требований к работе и экономии нежелательно, чтобы способ составлял часть сложного процесса. Часто необходимо иметь возможность осуществления абсорбции в широком интервале скоростей потоков и иметь возможность выбора концентрации производимого раствора. Также может оказаться необходимым, чтобы газ был почти полностью абсорбирован жидкостью, так чтобы не было необходимости в утилизации иногда, возможно, ядовитых и экологически небезопасных газов. Более того, для экономии площади или с точки зрения используемых материалов могут понадобиться небольшие размеры. Задачей настоящего изобретения является способ и подходящее устройство для осуществления управляемой газожидкостной абсорбции, не требующие всестороннего мониторинга процесса и в то же время не имеющие недостатков, упомянутых в самом начале. С этой целью предложены способ и устройство, имеющие особенности, сформулированные в приведенной ниже формуле изобретения. Согласно настоящему изобретению газ и жидкость смешивают при контролируемой подаче в пропорции, соответствующей заранее заданной концентрации раствора. Из газа и жидкости создают поток,проходящий через общий канал. Газ и жидкость перемешиваются под действием гравитации, и перемешивание повторяют до того, как наступит время разделения газа и жидкости, причем газ, по существу,абсорбируется в жидкости, образуя газожидкостный раствор заранее заданной концентрации. Предпочтительно способ осуществляют таким образом, чтобы поток был турбулизирован для интенсификации перемешивания газа и жидкости. По возможности перемешивание проводят под давлением выше атмосферного. В целом процесс подходит для любого сочетания газа и жидкости, особенно для сочетаний, в отношении которых проведение абсорбции представляет собой сложность, а также при низкой растворимости. Тем не менее, процесс особенно подходит для абсорбции газообразного хлора в воде, если требуется раствор газообразного хлора, концентрацию которого необходимо выбирать в широком интервале и который имеет широкий диапазон расходов, и где с точки зрения проблем, связанных с материалами и охраной окружающей среды, необходимы сравнительно небольшие размеры аппарата. Аппарат согласно изобретению состоит из канала, включающего непрерывный трубчатый змеевик,образованный множеством участков, направленных вверх и вниз. Преимущественно в трубчатом змеевике располагаются элементы, создающие турбулентность, и предпочтительно, чтобы для поддержания заранее заданного избыточного давления в контуре имелся клапан, поддерживающий давление. Предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, трубчатый змеевик был установлен в защитном кожухе, устойчивом к давлению. Трубчатый змеевик может быть преимущественно снабжен насадочными элементами и/или складками для интенсификации перемешивания газа и жидкости. Соответственно трубчатый змеевик имеет форму горизонтальной спирали такой длины, которую можно изменять в зависимости от осуществляемого процесса абсорбции. В дальнейшем изобретение будет описано более подробно со ссылкой на прилагаемый чертеж, который иллюстрируют принцип предпочтительного устройства для осуществления абсорбции. Абсорбция газа в жидкости происходит благодаря управляемой подаче газа, такого как газообразный хлор, в канал А и жидкости, такой как вода, в канал В трубопроводной системы. Во время абсорбции в системе можно поддерживать постоянное соотношение между скоростью потока газа и скоростью потока жидкости с помощью ограничительного устройства 2 для газа и ограничительного устройства 4 для жидкости. Давление в системе можно измерять с помощью ряда индикаторов (Р 1) давления, а скорости потоков можно измерять с помощью ряда индикаторов (F1) скорости потока в каналах. Потоки газа и жидкости встречаются, после чего происходит дисперсное перемешивание газа с жидкостью, и жидкость пропускают в систему при определенном избыточном давлении через непрерывный трубчатый змеевик 5, образованный множеством трубчатых участков, направленных вверх и вниз, которые образуют горизонтальную спираль или структуру, имеющую подобную форму. Когда газ и жидкость проходят через повороты змеевика 5, они неоднократно перемешиваются, при этом постоянно сохраняется благоприятная поверхность контакта между газом и жидкостью. Для интенсификации перемешивания, соответст-1 010123 венно, трубчатый змеевик 5 снабжен элементами, которые на чертеже не показаны, такими как складки для турбулизации в протекающем потоке, которые таким образом повышают эффективность абсорбции. Количество поворотов трубчатого змеевика 5 тоже может изменяться для оптимизации абсорбции. Более того, трубчатый змеевик 5 может быть снабжен насадочными элементами, которые способствуют абсорбции, так что при этом можно использовать более короткий трубчатый змеевик 5. Избыточное давление (Р 4) поддерживается в аппарате с помощью клапана 6 для ускорения процесса. Газожидкостная смесь покидает трубопроводную систему через соединение С. Для целей безопасности может оказаться важным предотвращение обратного течения в газовом канале А и в жидкостном канале В. С этой целью недостаточно иметь обычные обратные клапаны, а предпочтительно отслеживать давление в этих каналах. Условия, которым необходимо удовлетворять - это условия, при которых давление Р 1 Р 2 Р 3, а если это условие не выполняется, то клапаны 1 и 3 автоматически запираются для предотвращении обратного течения. Также для предотвращения обратного течения можно контролировать расходы q1 и q2. Изобретение обеспечивает ряд важных преимуществ по сравнению с известным уровнем техники. Эти преимущества можно охарактеризовать следующим образом. Абсорбция эффективна в широком интервале скоростей потока, потому что перемешивание газа и жидкости происходит только с помощью гравитации и повторяется на каждом повороте трубчатого змеевика, по сравнению, например, со статическим смесителем или подобным аппаратом, в котором достаточная турбулентность достигается в узком интервале скоростей потоков. Абсорбцию можно сделать более эффективной с помощью складок или насадочных элементов в трубчатом змеевике, которые позволяют повысить турбулентность и увеличить контакт между газом и жидкостью. Абсорбцию также можно ускорить, поместив систему в подходящие заданные условия повышенного давления. Дорогостоящие материалы, которые часто требуются в коррозийных средах, таких как хлор,требуют использования компактного и экономичного с точки зрения расхода материалов устройства. Нет необходимости в отдельной утилизации газа, поскольку скорость потока жидкости регулируют для обеспечения растворения газа. Во время обработки хлора система содержит меньше хлора, чем это возможно в иных случаях, и,следовательно, нужно обрабатывать меньше хлорированной воды. В результате уменьшается риск утечки и, соответственно, улучшается состояние окружающей среды и повышается безопасность персонала. Отсутствует необходимость в некотором количестве циркулирующей жидкости, поскольку имеется только единственный путь течения. Возможна компактная конструкция, позволяющая поместить трубчатый змеевик, а возможно и всю систему, в устойчивый к давлению кожух, если необходимо выполнять особенно жесткие требования,касающиеся окружающей среды и безопасности. Предполагается, что аппарат является менее дорогостоящим, чем существующие системы, поскольку его компоненты и/или части могут иметь небольшие размеры. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ получения раствора газа в жидкости с заранее заданной концентрацией вплоть до насыщенной, включающий соединение газа и жидкости друг с другом при регулируемой подаче в пропорции,соответствующей заранее заданной концентрации раствора, и образование из газа и жидкости потока,проходящего через общий канал так, что указанный поток поочередно протекает вверх и вниз. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что поток турбулизируют для интенсификации перемешивания газа и жидкости. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что перемешивание проводят под давлением, превышающим атмосферное давление. 4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что газ является хлором, а жидкость является водой. 5. Устройство для осуществления способа по п.1, содержащее трубчатый змеевик, образованный множеством трубчатых частей, направленных поочередно вверх и вниз. 6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что трубчатый змеевик снабжен элементами, создающими турбулентность. 7. Устройство по пп.5 и 6, отличающееся наличием клапана, сохраняющего заранее заданное повышенное давление в канале. 8. Устройство по любому из пп.5-7, отличающееся тем, что трубчатый змеевик установлен в защитном кожухе, устойчивом к давлению. 9. Устройство по любому из пп.6-8, отличающееся тем, что трубчатый змеевик снабжен складками. 10. Устройство по любому из пп.5-8, отличающееся тем, что трубчатый змеевик имеет форму горизонтальной спирали.