Тепломассообменная колонна

 

СОЮЗ COBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН рг51) В 01 0 53/20 (1

"r

<3

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПЪЙ (21) 3455594/23-26 (22) 22.06.82 (46) 30.09.83.Бюл. tr 36 (72) В.Г.Чекменев, 10.Н.лебедев, В.И.Шейнман, Г.В.Мамонтов, Г,Г.Теля" шев, М.Н.Миннуллин, Б.К.Марушкин и А.Ф.Махов (71) Ново-Уфимский нефтеперераба" тывающий завод (53) 66. 074,513(088.8) (56) 1. Рамм В.М.Абсорбция газов.М., 1966, с.378.

2..Авторское свидетельство СССР 731984, кл. 8 01 D 3/20, 28.03.78(прототип) . (54)(57) 1. ТЕПЛОМАССООБМЕННАЯ КОЛОННА для взаимодействия газа и жид", кости, содержащая насадку, ограниченную сплошными боковыми и газопроницаемыми взаимно противоположными стенками и разделенную по высоте на отдельные ступени контакта горизонтальными перегородками с раэ" мещенными на них над слоем насадки распределителями жидкости, а по обе стороны слоя со стороны газопроницаемых перегородок - cflfloQHbIM участком или окном для прохода газа, чередую„.SU„„1044320 A щимися на соседних по высоте горизонтальных перегородках, о т л ич а ю щ а я с я. тем, что, с целью уменьшения высоты слоя насадки и снижения перепада давления на каждой суупени контакта, слой насадки на . каждой ступени контакта выполнен из четырех отдельных секций, при этом сплошные боковые стенки смежных секций на данной ступени контакта и по высоте перпендикулярны, а наружные сплошные боковые стенки выполнены большей длины и соединены с перпенди-кулярными им сплошными боковыми стенками соседних секцич, образуя на каждой ступени контакта изолированные е друг от друга внутреннюю и внешнюю эоны для прохода газа, а на горизонтальных перегородках окна для прохода у газа поочередно расположены во внутренней или во внешней зоне.

2. Колонна по и 1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью дальнейшего уменьшения высоты слоя на- {, ) садки и снижения перепада давления, Д слой насадки на каждой ступени кон- .,ф„ такта выполнен из числа секций, кратных четырем. Ю

320 2 ются в условиях больших нагрузок по газу(0=4-8 м), составит более 3-б и, Слои насадки такой высоты в условиях перекрестного контакта фаз будут работать черезвычайно неэффективно не только вследствие неизбежной неравномерности распределения фаз в слое вплоть до выноса всей жидкости из слоя и байпасирования газа через нижнюю часть слоя насадки. Даже при установке в пределах одной ступени контакта промежуточных перераспределителей жидкости, которые позволи-, ли бы обеспечить более равномерное распределение контактирующих фаз в слое насадки, процесс тепломассооб мена в слоях насадки большой высоты при принятой схеме движения фаэ эффективно протекает только на относительно небольшом начальном участке. Теория и практика работы промыш" ленных колонн показывает, что высота слоя, необходимая для того, чтобы контактирующие фазы .пришли в состояние равновесия для равного типа насадок, составляет 0,5-1,5 м.

В связи с этим применение в данных условиях известной колонны приводит к черезмерному росту общей высоты аппарата, котврая диктуется не столько требованием по числу ступеней контакта, сколько необходимостью обеспечения допустимых скоростей газа в слое насадки, Недостатком известной конструкции является также наличие резких . поворотов газа при переходе его на следующую ступень контакта, так как направление движения потоков газа на соседних ступенях меняется на противоположное. Это приводит к повышению перепада давления в колонне, что для целого ряда процессов тепломасообмена таких, как вакуумная ректификация и абсорбция при подаче газа низконапорными газодувками, является главным лимитирующим фактором.

Цель изобретения " уменьшение высоты слоя насадки и снижение перепада давления на каждой ступени.контакта.

Поставленная цель достигается тем, что на каждой ступени контакта слой насадки выполнен из четырех отдельных секций, при этом боковые сплошные стенки смежных секций на данной ступени контакта и по высоте перпендикулярны, наружные сплошИзобретение относится к аппаратам для проведения процессов тепломассообмена между газом (паром ) и жидкостью и может быть .использовано в нефтеперерабатывающей, нефтехимической, газовой и химической промышленности.

Известна тепломассообменная колонна для взаимодействия газа и жидкости, содержащая насадку, разделенную по высоте на отдельные слои пер ЯО форированными горизонтальными перегородками 1 1 1.

Контактирование газа и жидкости в указанной колонне происходит при противоточном вертикальном движении фаэ. !

Поскольку поперечные сечения для про1 хода фаз в этих колоннах равны, это приводит при больших нагрузках по газу и малых нагрузках по жидкости к малой плотности орошения насадоч20 . ного слоя и, как следствие, к низкой эффективности разделения.

Известна тепломассообменная колонна для взаимодействия газа и жидкости содержащая насадку, ограниченную двумя сплошными и двумя газопроницаемыми взаимно противоположными стенками и разделенную по высоте на отдельные ступени контакта .горизонтальными перегородками с размещенными на них над слоем насадки распределителями жидкости, а по обе стрроны слоя со стороны газопроницаемых перегородок - сплошным участком или окном для прохода газа, чередующимися на соседних по высоте гори- 35 зонтальных перегородках (2 j.

Недостатком известной колонны является то, что при больших нагрузках по газу для предотвращения эах" лебывания или выноса жидкости из слоя40 насадки горизонтальным потоком газа необходимо обеспечить большую площадь сечения для прохода газа, т,е. большую высоту слоя насадки. Из условия равенства предельных скоростей 45, газа при противотоке и перекрестном токе фаз требуемая высота слоя насадки H составляет

„-, г

Н = "ФВ t 50 где О - диаметр колонны;

В - ширина слоя насадки, максимальное значение которой теоре" тически не может быть больше О.

Таким образом, из уравнения требуемая высота каждого слоя должна быть больше 0, 85 О, что для колонн большого диаметра, которые применя3 1044 ные боковые стенки выполнены большего размера и соединены с перпендикулярными им сплошными стенками соседних секций, образуя на каждой ступени контакта изолированные друг от друга внутреннюю и внешнюю зоны для прохода газа, а на горизонтальных перегородках окна для прохода газа поочередно расположены во внутренней или во внешней зоне. 10

Слой насадки на каждой ступени контакта выполнен иэ числа секций кратных четырем.

Предлагаемое выполнение слоя насадки из четырех отдельных секций с перпендикулярными на смежных секциях сплошными стенками позволяет существенно увеличить суммарную ширину слоя насадки путем увеличения общего периметра газопроницаемых стенок на каждой ступени контакта, что дает возможность уменьшить требуемую высоту слоя насадки.

А сочетание предлагаемой компоновки секций с удлинением внешних

25 относительно оси колонны сплошных стенок смежных секций и поочередным перекрытием на горизонтальных перегородках одной из двух зон для прохода газа приводит к тому, что при переходе газа из внутренней зо:ны во внешнюю направление движения газа не меняется, так как в секции, откуда выходит газ, и в секции на вышележащей ступени контакта, куда направляется газ, направление сплош- 35 ных перегородок идентично. При выполнении слоя иэ четырех секций число резких поворотов газа со сменой направления уменьшается вдвое, что приводит к снижению перепада давле" <0 ния в колонне.

С целью дальнейшего уменьшения высоты слоя насадки и перепада давления в колонне слой насадки на каждой ступени контакта выполнен с.боль-45 шим числом секций, кратнЬ м четырем.

Увеличение количества секций позволяет при воспроизведении предла.гаемой компоновки секций еще больше увеличить суммарный периметр газо-5р проницаемых перегородок и тем самым пропорционально уменьшить высоту слоя насадки, а также сократить число резких поворотов газовых потоков, а следовательно, и перепад давления в ко- 55 лонне.

На фиг. 1 изображена колонна, общий вид; на фиг. 2 — разрез A-A на

320 4 фиг,. l; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг.l; на фиг, 4 - колонна из 16 секций, общий вид; на фиг. 5 - разрезВ-В на фиг.4; на фиг. 6 - разрез

Г-Г на фиг,4.

Иассообменная колонна имеет корпус

1 с насадкой, выполненной из отдель" ных секций 2, ограниченных двумя газопроницаемыми 3 и двумя сплошными перегородками - наружной 4 и внутренней 5 и разделенной .по высоте на от" дельные слои горизонтальными перегородками 6, имеющими расположенные над слоями насадки распределители 7 жидкости, сплошные участки 8 и окна

9 для прохода газа.

Секции 2 насадки и перегородки 4 и 5 образуют в колонне внешнюю 10 и. внутреннюю ll зоны для прохода газа.

Тепломассообменная колонна работа" ет следующим образом.

Жидкость подается íà верхнюю горизонтальную перегородку б в распределители 7 жидкости, размещенные над каждой секцией 2 и стекает выше по на" садке,где койтактирует с газовым потоком и равномерно перераснределяется по секциям насадки на каждой последую щей ступени контакта.

Газ поступает на внешнюю зону 10 на нижней ступени контакта, разделяется пропорционально числу секций 2 насадки и через газопроницаемые стенки 3 горизонтальными, взаимно перпендикулярными на соседних секци" ях потоками контактирует со стекаю" щей по насадке жидкостью. После контакта газ выходит из секции во внутреннюю зону 11, образованную сплошными участками 8 горизонтальных перегородок,и сплошными боковыми перегородками 4," и поднимается через окна.

9 для прохода газа на следующую ступень контакта. Затем газ, не меняя направления, поступает в очередной слой насадки на контакт с жидкостью.

Проконтактировав с жидкостью в сек" ции насадки, примыкающей к внешней зоне 10, газ через окна 9 переходит на очередную ступень контакта, меняя направление движения на противоположное.

При этом в связи с тем, что сме-. на направления потоков газа происходит во внешних зонах, имеющих большее сечение, чем внутренние зоны, перепад давления в них не превышает сопротивления внутренних зон для прохода газа.

104

Преимущества предлагаемой .колонны наиболее полно реализуются в процессах вакуумной ректификации, например, при вакуумной перегонке мазута, протекающих при взаимодействии больших количеств riapa и черезвычайно малых количеств жидкости, при жестких требованиях к допустимому перепаду давления в колонне.

Работающие в составе установок

АВТ пррмышленные вакуумные колонны выполняются тарельчатыми и имеют диаметры 4-8 м. Тарельчатые контакто ные устройства обладают высоким перепадом давления (4-б мм рт.ст. в расчете на одну теоретическую ступень контакта ). При требовании малого перепада давления в колонне задача размещения достаточно большого числа теоретических ступеней контактта, необходимых для четкого. разделения исходного сырья, может быть решена только с помощью насадочных контактных устройств, обладающих удельным перепадом давления не более мм рт,ст. на одну теоретическую ступень контакта. Однако известные противоточные насадочные колонны ) в данных условиях работают с низкой эффективностью вследствие невозможности обеспечения равномерного распределения малых количеств жидкости на большом поперечном сечении слоя насадки, а применение известных насадочных ап4320

6 паратов (2 1 невозможно из-за ограниченной высоты существующих колонн.

Предлагаемая конструкция предназначена прежде всего для реконструкции именно таких крупногабаритных колонн, так как позволяет при малом перепаде давления разместить в ограниченной высоте работающих в промышленности колонн доста10 точное число ступеней контакта.Так например, уже выполнение насадочных слоев из 16 секций позволяет реализовать в колонне диаметром 4м ступень контакта практически на той же

tS высоте, что и тарельчатые контактные устройства, но при гораздо меньшем перепаде давления и при более высокой эффективности разделения.

При этом плотность орошения насадки

20 может быть повышена в 3-4 раза.

Внедрение предлагаемых насадок, например, в вакуумных колоннах установок АВТ позволит увеличить отбор

2S вакуумного газойля примерно на 53 или масляных дистиллятов на 2-43 при меньших энергозатратах за счет снижения гидравлического сопротивления насадок по сравнению с известными тарельчатыми вакуумными колоннами.

Например на установке ABT мощностью

1,5-2 млн. т нефти предлагаемые насадки дают экономический эффект около 400 тыс.руб в год.

Составитель А.Сондор

Редактор Л.филь Техред М,Надь Корректор Л.Бокшан

Заказ 7407/5 Тираж 688 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раувская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4