Колонна для проведения массообменных процессов

 

.1. КОЛОННАДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ МАССООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ, содержащая корпус, контактные устройства, выполненные в виде отдельных пакетов, установленных параллельными рядами, и расположенные по высоте мелздУ пакетами перегородки с отверстиями для прохода пара и стока жидкости, отличающаяся тем, что, с целью повышения производительности по газу и жидкости и увеличения эффективности массообмена за счет рационального использования рабочего объема колонны и секционирования потоков, каждая четная перегородка выполнена со щелями, распрложенными между пакетами.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3457485/23-26 (22) 23.06.82 (46) 07.04.84. Бюл. Р 13 (72) К.Ф. Богатых, И.А. Мнушкин, Б.К. Марушкин, А.З ° Хурамшин и А.Ф. Артемьев (71) Уфимский нефтяной институт (53) 66.015.23.05(088. 8). (56) 1.. Авторское свидетельство СССР

И 731984, кл. В 01 D 3/22, 1974.

2. Патент ФРГ Ф 1254124, 12а, 5, 1968.

3. Патент ФРГ N - 1243143, 12 а, 5, 1967.

„„SU„,„1084035 А

3(д) В 01 D 3/32, В 01 D 53/20 (54) (57) 1.) КОЛОННА ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ

МАССООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ; содержащая корпус, контактные устройства, вы-полненные в виде отдельных пакетов, установленных параллельными рядами, 4 и расположенные по высоте между пакетами перегородки с отверстиями для прохода пара и стока жидкости, отличающаяся тем, что, с целью повышения производительности по газу и жидкости и увеличения эффективности массообмена за счет рационального использования рабочего объема колонны и еекционирования потоков, каждая четная перегородка выполнена со щелями, распрложенными 19 жду пакетами.

1084035 ные оси

2. Колонна по п. 1, о т л ив ч а ю щ а я с я тем, что щели расположены между рядами пакетов.

3. Колонна по п..1, о т л и ч аю щ а я с я тем, что щели расположены внутри каждого пакета.

4. Колонна по пп. 1-4, о т л ич а ю щ а я с я тем, что вертикаль1

Изобретение относится к аппаратам для проведения массообменных процессов в системе газ — жидкость.и, в частности, может быть использовано для ректификации, абсорбции в нефтеперерабатывающей, нефтехимической и других отраслях народного хозяйства.

Известна тепломасообменная колонна с насадкой, разделенной на секции горизонтальными перегородками с 10 отверстиями для прохода газа и гидрозатворами для перетока жидкости и ограниченной проницаемыми стенками.

Контакт газа и жидкости в объеме насадки происходит в перекрестно-пря- 15 моточном режиме (1 ).

Недостатком этой колонны является низкая эффективность аппарата вследствие того, что, во-первых, в каждой секции имеется свободная зона для проскока пара без контакта с жидкостью, образованная горизонтальной перегородкой и слоем насадки, вовторых, применение гидрозатворов для орошения насадки обеспечивает 2 неравномерное орошение насадки. Кроме того, конструкция этой колонны не обеспечивает высокую производительность по пару при сохранении допустимых нагрузок, так как сечение для прохода пара в насадке является небольшим.

Известна также колонна с перекрестноточным движением фаз в контактных вертикальных проницаемых решетках, 35 выполненных в форме двух цилиндров, г которые установлены коаксиально L2 ).

Эти коаксиальные цилиндры установлены в аппарате одиночно или группой. Групповое расположение цилиндров в колонне не позволяет существенпакетов по высоте совмещены.

5. Колонна по пп. 1-3, о т л ич а ю щ а я с я тем, что вертикальные оси пакетов смещены.

6. Колонна по пп. 1-5, о т л ич а ю щ а я с я тем, что периферийные пакеты выполнены по форме, повторяющей геометрию корпуса колонны.

2 но увеличить производительность аппарата по сравнению с одиночным расположением цилиндров, так как объем колонны при этом используется нерационально. Кроме того, выполнение контактных устройств в виде вертикальных проницаемых решеток обеспечивает весьма низкую пропускную способность rio газу и жидкости и низкую эффективность массообмена из-эа крайне малой поверхности контакта фаз, плохого распределения жидкости и высоких скоростей газа в отверстиях решеток.

Известна колонна для взаимодействия газа с жидкостью, состоящая из корпуса, внутри которого размещена насадка, разделенная на секции горизонтальными перегородками с отверстиями для прохода газа и ограниченная гаэопроницаемыми стенками, образующими проходы для газа. Газопроницаемые стенки выполнены в виде двух коаксиальных перфорированных стаканов. На перегородках размещены отверстия для прохода газа таким образом, что гаэ последовательно проходит слои насадки только в радиаль-. ном направлении. В области расположения насадки перегородки снабжены концентрическими рядами отверстий для перетока жидкости, Известная колонна работает следующим образом.

В контактную секцию гаэ поступает через центральное отверстие, выполненное в горизонтальной перегородке, и направляется к внутренней поверхности стакана. Жидкость на насадку стекает через отверстия перегородки— распределительной плиты, перекрывающей внутреннюю полость стакана. Газ, 3 3084035 4 .проходя насадку в радильном направле-. Периферийные пакеты целесообраз- нии, контактирует с жидкостью. После но выполнять по форме, повторяющей контакта газ имеет свое направление геометрию корпуса колонны. на аксиальное и поступает в свобод- На фиг. 1 изображен в аксонометную зону, разделяющую две контактные рии фрагмент предлагаемой насадочной секции. В этом:зоне происходит частич- колонны, контактные устройства в

5 ный тепломасс-обмен между газом и колонне расположены параллельными жидкостью. Далее газ поступает снова рядами в шахматном порядке (по высов центральное отверстие вышерасполо- те колонны эти устройства разделены женной горизонтальной перегородки, 1 по всему горизонтальными сечению

10 на которой размещена следующая кон- перегородками); на фиг. 2 — то же, тактная секция, и процесс тепломас-. контактные устройства расположены сообмена между газом и жидкостью параллельными рядами в коридорном повторяется (3 j, порядке и разделены перегородками

Недостатком известной колонны. . по всему горизонтальному сечению в !

Ф является низкая производительность перегородках щели расположены внутри аппарата по газу и жидкости, так каждого пакета на фиг. 3 — то же

У как на каждой секции колонны сечение контактные устройства расположены для прохода газа, образованное в коридорном порядке и разделены переповерхностью газопроницаемой стенки, городками как по всему горизонталь20 является небольшим. Регулирование ному сечению, так и перегородками

t же этих сечений производится измене.- установленными под рядами контактных нием диаметра и высоты как каждой сек- устройств, выполненными с щелями, ции, так и в целом всей колонны. расположенными между рядами; йа

Учитывая возрастающие затраты на обо- фиг. 4 — то же, контактные устрой25 рудование при изменении геометричес- ства расположены параллельными рядаких размеров колонны, невозможно зна- ми в коридорном порядке и разделены чительно увеличить производительность перегородками по всему горизонтальэтого аппарата по газу и жидкости ному сечению и индивидуальными пепри сохранении допустимых нагрузок. - городками, вертикальные оси пакетов

Таким образом, недостатком прототипа по высоте совмещены, на фиг. 5 — то . 30 является низкая производительность же, периферийные контактные устройпо газу и жидкости вследствие ограни- ства выполнены по форме, повторяючения сечений для прохода пара и щей геометрию корпуса; на фнг. б жидкости в зависимости от геометричес- соединение двух контактных устройств ких размеров колонны. и организация движения газа и жидЦель изобретения — повышение произ- кости на фиг. 7 — два контактных водительности по газу и жидкости и . устройств пирамидальной формы," на увеличение эффективности массообмена фиг. 8 - контактные устройства кониэа счет .рационального использова- ческой формы; на фиг. 9 — контактные ния рабочего объема колонны и секцио- устройства сегментно-призматической

40 нирования потоков. и секторно-призматической формы.

Поставленная цель достигается Колонна содержит корпус 1, кон тем, что в насап колонне, содер-,тактные устройства. 2, перегородки жащей корпус, контактные элементы,, 3 по всему горизонтальному сечению выполненные в виде отдельных паке- . "5 перегородки, которые могут быть вытов объемнои насадки, расположенной полнены в виде отдельных 4 и индимежду двумя замкнутыми газопроницае- видуальных 5 перегородок. Контактные мыми стенками, и горизонтальных пере- устройства 2 выполнены в виде объемгородок с отверстиями для прохода ной насадки 6, например, из сетчатой газа и перетока жидкости, каждая .50 полосы, расположенной между двумя четная перегородка выполнена со ще- . замкнутыми газопроницаемыми стенкалями, расположенными между пакетами. ми 7 и 8. Эти газопроницаемые стенки

Целесообразно располагать щели . контактного устройства могут быть между рядами пакетов и внутри каждо-. выполнены из просечно-вытяжного лисго пакета, а пакеты устанавливать 55 та и жесткой сетки. В зависимости от по высоте колонны так, что вертикаль- нагруженности по пару и жидкости, ные оси пакетов совмещены или сме- а также в зависимости от порядка расположения контактных устройств

5 1084 в аппарате замкнутые гаэопроницаемые стенки могут иметь различную форму, например многогранную призму, многогранную усеченную пирамиду, усеченный конус и т.п. С целью рациональ5 ного использования объема колонны контактные устройства, установленные в аппарате, могут иметь как единую форму, так и различную форму и набор их может приближаться к геомет-10 рии аппарата.

Сплошные перегородки 3, отдельные перегородки 4 и индивидуальные перегородки 5 выполнены со щелями 9 для прохода газа, которые ограничены 15 сливными планками 10, а также с отверстиями 11 .для перетока жидкости на насадку.

Предлагаемая колонна работает следующим образом. 20

Газ проходит через щели 9, выпол. ненные в сплошных 3 перегородках или образованные отдельными 4 или индивидуальными 5 перегородками, и поступает в горизонтальное сечение колонны, где расположены контактные устройства. Далее газ через газопроницаемые стенки 7 входит в объем насадки б, контактирует со стекающей жидкостью в перекрестном токе и выходит через газопроницаемые стенки

8. Жидкость поступает на насадку под действием гидростатического напора через отверстия 11 в горизонтальных перегородках.

Предлагаемая конструкция колонны по сравнению с прототипом и известными насадочными колоннами, в которых контакт газа и жидкости происходит в перекрестном потоке, позволяет увеличить производительность аппара40 ! та по газу и жидкости при сохранении допустимых нагрузок в контактных устройствах либо позволяет соответственно сократить высоту или диаметр колонны.

Предлагаемая конструкция колонны с расположением пакетов параллельными рядами в шахматном порядке (фиг. 1). обеспечивает увеличение производительности или уменьшение высоты колонны примерно в три раза по сравнению с прототипом. Этот сравнительный анализ проведен по одинаковой величине сечения для прохода пара на каждой секции без учета толщины насадки вписыванием в горизонтальное сечение колонны равного размера геометрических фигур (фиг. 1), причем

035 6 высоты сечений в предлагаемой конструкции и в прототипе были приняты равными. Кроме того, предлагаемая конструкция колонны позволяет более рационально использовать рабочий объем колонны и обеспечить тем самым равномерное распределение газового и жидкостного потока по горизонтальному сечению аппарата.

Различное выполнение щелей в четных и нечетных перегородках обеспечивает перекрестноточное движение пара по отношению к стекающей жидкости и регулирует степень секционирования парового потока по объему колонны. Регулирование степени секционирования жидкостного, потока обеспечивается расположением пакетов насадки по высоте колонны с различным смещением их вертикальных осей.

Кроме того, совмещением или .смещением осей пакетов одновременно регулируется и степень секционирования паровых потоков. Следствием секционирования жидкостных и паровых потоков по объему колонны является повышение эффективности массообмена.

В зависимости от паровых и жидкостных нагрузок и требования по чистоте получаемых продуктов, которые определяются конкретной технологией, требуется различная степень секционирования взаимодействующих фаэ.

Пример 1. В насадочной колонне (фиг. 1) установлены на перегородках пакеты со смещением по вертикальным осям и соединены между собой по ребрам. Перегородки в колонне снабжены щелями между каждыми из четырех пакетов.

Организация распределения потоков .следующая. Поток жидкости с каждого пакета равномерно стекает по четырем сторонам на соответствующие стороны нижерасположенных пакетов. При этом большая часть жидкости поступает на нижерасположенные пакеты с ограниченным смещением.

Газовый поток, выходящий из щели, делится на четыре части. Каждая из них контактирует с жидкостью в перекрестном токе при прохождении одной стороны пакета и затем смешивается в вышерасположенной щели с тремя равнозначными частями газа, прошедшими остальные стороны пакета.

Таким образом, в данной конструкции осуществляется равнозначное секционирование потоков жидкости и пара.

1084035

Пример 2. В насадочной колонне (фиг. 2) установлены на перегородках пакеты в коридорном порядке. В перегородках выполнены щели для прохода пара, которые расположе- 5 ны внутри каждого пакета. Поток жидкости в этом варианте перемешивается в большей степени, чем в примере 1. Паровой поток эа счет коридорного расположения пакетов равно- 10 значно секционируется со смещением в пространстве между четной и нечетной перегородками.

Таким образом, в данной конструкции обеспечивается равнозначное 15 секционирование потоков с последующим их смещением. Смешение потоков способствует выравниванию концентраций компонентов в потоках и тем,самым повышению эффективности массо- >0 обмена.

Пример 3. В насадочной колонне (фиг. 3) пакеты расположены параллельными рядами, между которыми выполнены щели для прохода паров.

В результате такого расположения щелей смешение потоков жидкости и пара неравнозначное на четных и нечетных перегородках. Неравнозначно и секционирование жидкости и пара по ступеням.

Пример 4. В насадочной колонне (фиг. 4) установлены совмещенные пакеты. Такая конструкция, как и вариант 3, обеспечивает неравнозначное смешение и секционирование жидкостных и паровых потоков по ступеням.

Таким образом, использование предлагаемого изобретения обеспечивает по сравнению с прототипом и извест,ными аналогами увеличение производительности по газу и жидкости и повы" шение эффективности массообмена.

1084035

i084035

1084035

Вар

7ар

1084035 п р пар

l7up

Составитель С.Баранова

Редактор М.Дыпын Техред С. Мигунова

Корректор А.Ильин

Тираж 682 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

133035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 1855/б

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4