Тепломассообменная колонна (ее варианты)

 

1. Тегшомассообменная колонна, содержащая корпус, внутри которого размещены слои насадки, узлы ввода и вывода жидкости, расположенные над верхним и под нижним слоями соответственно, узлы ввода и вывоДа газа (пара), расположенные над верхним слоем насадки, подводящие и отводящие технологические линии с регулирующими устройствами, о т л и чающаяся тем, что, с целью интенсификации процесса путем расширения диапазона устойчивой работы колонны в режиме эмульгирования при одновременном увеличении ее пропускной способности, она снабжена вторым узлом вывода газа (пара), расположенным под нижним слоем насадки , а узел ввода газа (пара) расположен между слоями насадки. 2.Колонна ПОП.1, отличающаяся тем, что одна из технологических линий, отводящих газ (пар), присоединена к другой. 3.Тепломассообменная колонна, содержащая корпус, внутри которого размещены слои насадки,.узлы ввода и вывода жидкости, расположенные над верхним и под нижним слоями, соответственно, узел ввода газа (пара), расположенный поя нижним слоем насадки, и узел вывода, под (Л водящие и отводящие технологические линии с регулирующими устройствами, отличающаяся тем, что, с целью интенсификации процесса путем расширения диапазона устойчивой работы колонны в режиме эмульгирования при одновременном увеличении ее пропускной способности, она снабжена вторым узлом ввода газа (пара) расположенным над верхним слоем насадки, а узел вьшода газа (пара) располсжен между слоями насадки. 4.Колонна поп.З, отличающаяся тем, что одна из технологических , линий, подводяпцсс газ (пар),, присоединена к другрй.

COtO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

4(5

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

/ м /

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЙОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3564058/23 — 26 (22) 11.03.83 (46) 23.02.85. Бюл. №- 7 (72) З.Н. Мемедляев, A.À. Ильиных, В.А. Носач, М.А. Бренер, А.В. Мику— ленко, Н.Н. Кулов, В.А. Малюсов, Е.П. Белоконь и Г.В. Свинобоев (71) Рубежанский филиал Ворошиловградского машиностроительного института (53) 66.015.23.05(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

¹ 904752, кл. В 01 D 53/20, 1982.

2. Рамм В.N. Абсорбция газов.

M. "Химия", 1976, с .. 319. (54) ТЕПЛОМАССООБМЕННАЯ КОЛОННА (EE

ВАРИАНТЫ). (57) 1. Тепломассообменная колонна, ° содержащая корпус, внутри которого размещены слои насадки, узлы ввода и вывода жидкости, расположенные над верхним и под нижним слоями соответственно, узлы ввода и вывода газа (пара), расположенные над верхним слоем насадки, подводящие и отводящие технологические линии с ре— гулирующими устройствами, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью интенсификации процесса путем расширения диапазона устойчивой работы колонны в режиме эмульгирования при одновременном увеличении ее про— пускной способности, она снабжена

„„Я0„„1140821 вторым узлом вывода газа (пара), расположенным под нижним слоем на— садки, а узел ввода газа (пара) расположен между слоями насадки..

2. Колонна по и. 1, о т л и ч а ю— щ а я с я тем, что одна из технологических линий, отводящих газ (пар), присоединена к другой.

3. Тепломассообменная колонна, содержащая корпус, внутри кото ого размещены слои насадки, узлы ввода и вывода жидкости, расположенные над верхним и под нижним слоями, соответственно, узел ввода газа (пара), расположенный под нижним слоем насадки, и узел вывода, подводящие и отводящие технологические линии с регулирующими устройствами, отличающаяся тем, что, с целью интенсификации процесса путем расширения диапазона устойчивой работы колонны в режиме эмульгирования при одновременном увеличении ее пропускной способности, она снабжена вторым узлом ввода rasa (пара) расположенным над верхним слоем насадки, а узел вывода газа (пара) расположен между слоями насадки.

4. Колонна по п.3, о т л и ч а ющ а я с я тем, что одна из технологических линий, подводящих газ (пар), присоединена к другрй.

1140821

Изобретение относится к конструкциям тепломассообменных колонн, при-, меняемых в химической и других смежных отраслях промышленности для проведе ния процессов тепломассообмена между газом (па1-ом) и жидкостью.

Известно насадочное устройство для массообменных аппаратов, состоящее из корпуса с тремя периодически чередующимися по его высоте слоями 10 насадки, причем свободное сечение

l среднего слоя в 2-10 раз больше свободного сечения верхнего слоя, который, в свою очередь, имеет свободное сечение в 2-8 раз большее, чем нижний 15 слой, в котором установлено распределительное устройство для жидкости, выполненное в виде вертикального цилиндра, заглушенного с нижнего торца и снабженного горизонтальными ради- 20 альными перфорированными патрубками и направляющими вертикальными пластинами (13.

Недостатками этого устройства являются узкий диапазон работы в режиме 25 эмульгирования и недостаточная пропускная способность. Это объясняется тем, что в данном устройстве реализуется лишь противоток фаз и пропускная способность устройства в целом З0 лимитируется пропускной способностью нижнего слоя насадки, который по сравнению с двумя другими слоями имеет наименьшее свободное сечение,а зна— чит, обладает наименьшей пропускной

\ способностью.

Этот недостаток усугубляется еще и тем, что в нижнем слое насадки установлено распределительное устройство для жидкости, перекрывающее 40 часть сечения слоя.

Кроме того, известному устройству присущи недостаточная тепломассообменная способность и неравномерность орошения слоев насадки. Это объясняется тем, что часть жидкости обходит нижний, самый активный слой насадки, так как сразу или почти сразу из верхний слоев насадки попадает в распределительное устройство для жид- 50 кости, которое не обеспечивает равномерного орошения из-за ограниченного числа радиальных перфорированных патрубков и неравномерности истечения жидкости по длине каждого из них.55

Известна тепломассообменная колонна, содержащая корпус, внутри которого размещены два слоя насадки, узлы ввода и вывода жидкости, распо ,ложенные над верхним и под нижним слоями соответственно, узлы ввода и вывода газа (пара), подводящие и отводящие технологические линии 2).

Недостатками известной колонны являются неустойчивая работа в режиме эмульгирования и недостаточная пропускная способность.

Неустойчивая работа в режиме эмульгирования объясняется узким диапазоном его существования из-за того, что известная колонна не обладает свойством саморегулирования.

Недостаточная пропускная способность объясняется тем, что в известной колонне реализуется только противоток фаз и пропускная способность колонны ограничивается нагрузкой, при которой наступает ее захлебывание, Цель изобретения — интенсификация процесса тепломассообмена путем расширения диапазона устойчивой работы колЬнны в режиме эмульгирования при одновременном увеличении ее пропускной способности.

Поставленная цель достигается тем, что согласно первому варианту тепломассообменная колонна, содержащая корпус, внутри которого размещены слои насадки, узлы ввода и вывода жидкости расположенные над верхним и под нижним слоями соответствен :о, узлы ввода и вывода газа (пара), расположенные над верхним слоем насадки, подводящие и отводящие технологические линии с регулирующими устройствами, снабжена вторым углом вывода газа (пара), расположенным под нижним слоем насадки, а узел ввода газа (пара) расположен между слоями насадки.

Целесообразно одну из технологических линий, отводящих газ (пар), присоединять к другой.

Указанная цель достигается тем, что согласно второму варианту тепломассообменная колонна, содержащая корпус,внутри которого размещены слои насадки, узлы ввода и вывода жидкости, расположенные над верхним и под нижним слоями соответственно, узел ввода газа (пара), расположенный под нижним слоем насадки, и узел вывода, подводящие и отводящие технологические линии с регулирующими устройствами, снабжена вторым узлом ввода газа

1140821 ходит внутри колонны, а по второму варианту вне ее.

Устройства, регулирующие проходные сечения технологических линий, отводящих газ (пар), могут быть выпол— нены в виде вентилей с ручным управлением или клапанов с автоматическим управлением.

Как в том, так и в другом случае датчиками могут служить, например, дифманометры или уровнемеры, измеряющие перепад давления или уровень газо(паро) жидкостной эмульсии соответственно.

На фиг. 1 показана предлагаемая колонна, по первому варианту, продольный разрез; на фиг. 2 — то же, по второму варианту.

Колонна по первому варианту содержит корпус 1, внутри которого размещены слои 2 и 3 насадки, узлы ввода 4 и вывода 5 жидкости, узел 6 ввода и узлы 7 и 8 вывода газа (пара ., технологические линии 9 и 10, отводящие газ (пар) и снабженные регулирующими устройствами, например вентилями или клапанами 11.

Если по первому варианту режимы эмульгирования и нисходящего прямотока фаз осуществляются соответственно 45 в верхнем и нижнем слоях насадки, то по второму варианту эти режимыореализуются в нижнем и верхнем слоях насадки соответственно.

По второму варианту присоединение одной технологической линии, подводящей газ (пар), к другой обяза- тельно, в то время как по первому варианту присоединение одной технологической линии, отводящий газ (пар)SS к другой целесообразно, так как распределение и перераспределение газа (пара) rro слоям насадки проис(пара), расположенным над верхним слоем насадки, а узел вывода газа (пара) расположен между слоями насадки.

Кроме того, одна из технологических линий, подводящих газ (пар), присоединена к другой.

Предлагаемое устройство обладает способностью к гидравлическому саморегулированию благодаря наличию в ко- 10 лонне как восходящего, так и нисходящего потоков газа (пара). Есте— ственным образом устанавливающееся равенство гидравлических сопротивлений обоим потокам не только надежно 1 стабилизирует режим эмульгирования в верхнем слое насадки, но и существенно расширяет его диапазон и увеличивает пропускную способность колонны в целом, так как в нижнем слое 20 насадки реализуется бескризисный режим нисходящего прямотока фаз, который обладает малым гидравлическим сопротивлением и практически не имеет ограничений по расходам газа 25 (пара) и жидкости. При изменении нагрузок по фазам автоматически устанавливаются другие равновесные значения высот эмульгированного слоя в верхнем слое насадки. 30

Если же гидравлическими сопротивлениями потокам газа (пара) через верхний и нижний слои насадки варьировать целенаправленно с помощью регулирующих устройств, которыми снабжены технологические линии, отводящие газ (пар), то в верхнем слое насадки можно установить любую требуемую высоту слоя газа (пара) жидкостной эмульсии и это при нагруз 40 ках, не достижимых в известной колонне из-за ее захлебывания.

Колонна работает следующим образом.

Жидкость подается в колонну 1 через узел 4 ее ввода, расположенный над верхним слоем 2 насадки, и выводится .через узел 5 ее вывода, расположенный под нижним слоем 3 насадки.

Газ (пар) подается в колонну через узел 6 его ввода, расположенный между слоями 2 и 3 насадки, в пространстве между которыми автоматически, без вмешательства извне формируются восходящий и нисходящий потоки газа (пара), обусловливающие соответственно противоток в йерхнем 2 и нис- ходящий прямоток фаэ в нижнем 3 слоях насадки. Естественное взаиморегули— рование расходбв газа (пара) через верхний 2 и нижний 3 слои насадки в зависимости от их гидравлического сопротивления придает новой конструкции свойство саморегулирования, что обеспечивает устойчивость и диапазон существования любым гидродинамическим режимам, в том числе и режиму: эмульгирования в верхнем слое 2 насадки.

С другой стороны, бескризисность режима нисходящего прямотока фаэ в нижнем слое 3 насадки позволяет це1140821

Конструкция узлов ввода и вывода газа (пара) и жидкости могут быть различными и выбираются с учетом специфики того или иного процесса.

Так, например, при воздушной десорбции брома или йода из природных рассолов, когда воздух просасывается через десорбер вентилятором, узел 6 ввода воздуха наиболее просто и удобно выполнить в виде ряда окон, равномерно расположенных по

50 ленаправленно варьировать расходами газа (пара) через верхний 2 и нижний 3 слои насадки с помощью вентилей или клапанов 11 в сколь угодно широких пределах, что обеспечивает 5 практически любое требуемое расширение диапазона устойчивой работы верхнего слоя 2 насадки в режиме эмульгирования при одновременном, практически любом, наперед заданном увеличении пропускной способности колонны как по газу (пару), так и и о жид к ос ти .

Восходящий поток газа (пара) после взаимодействия с жидкостью в 15 высокоинтенсивном режиме эмульгирования в верхнем слое 2 насадки покидает колонну через узел 7 по отводящей технологической линии 9, а жидкость, благодаря наличию слоя газо (паро) 20 жидкостной эмульсии и в целом гори— зонтальности его уровня, равномерно орошает нижележащий слой 3 на-, садки, где взаимодействует в нисходящем прямотоке.со свежей порцией газа (пара), что, как и равномерность орошения, интенсифицирует процесс тепломассообмена путем скачкообраз— ного увеличения его движущей силы.

Некоторый вклад в процесс тепло- Зр массообмена вносит струйно-капельное взаимодействие газа (napa) и жидкости в пространстве между слоями 2 и 3 насадки. После взаимодействия в нижнем слое 3 насадки газ (пар) и жидкость отводятся через узел 8 по отводящей технологической линии 10 и через узел 5 соответственно. Потоки газа (пара), покидающие колонну сверху 4g и снизу, объединяются, так как одна технологическая линия, отводящая газ (пар), присоединена к другой, например линия 10 к линии 9, что целесообразно как с технологической 45 точки зрения, так и с точки зрения компактной обвязки колонны.

1 периметру корпуса 1 колонны между слоями 2 и 3 насадки.

Колонна по второму варианту (фиг. 2) содержит корпус 1, внутри которого размещены слои 2 и 3 насадки, узлы ввода 4 и вывода 5 жид— кости, узлы 6 ввода и узел 7 вывода газа (пара), дополнительно узел 12 ввода газа, технологические линии

13 и 14, подводящие газ (пар), при.— чем одна из них, например линия 13, присоединена к линии 14 и они снабжены регулирующими устройствами, например вентилями или клапанами 11.

По второму варианту колонны режи— мы эмульгирования и нисходящего прямотока фаз осуществляются в нижнем 3 и верхнем 2 слоях насадки соответственно.

Как по первому варианту, так и по второму оба гидродинамических режима взаимодействия газа (пара) и жидкости реализуются одновременно и в одной колонне, но каждый из них осуществляется посредством свежей порции газа (пара), что особенно целесообразно, например, при необходимости максимального извлечения какого-либо компочента из жидкой смеси, в частности при извлечении брома или йода из природных рассолов методом воздушной десорбции.

Каждый слой насадки может быть любой высоты и состоять из насадочных тел различной формы и размеров.

Кроме того, слой насадки может представлять собой пучок вертикальных труб, касающихся одна другой боковыми поверхностями, пакет вертикальных пластин, установленных с зазором одна относительно другой и т.д. Из таких типов насадок целесообразно формировать тот слой насадки, в котором будет осуществляться бескризисный режим нисходящего прямотока фаз, так как они,обладая низким гидравлическим сопротивлением, обеспе" чивают наиболее гибкое управление режимом эмульгирования в другом слое насадки, а значит, и в колонне в целом.

Предлагаемая колонна, обеспечивая устойчивую работу одного из слоев насадки в режиме эмульгирования в широком диапазоне нагрузок, позво— ляет реализовать этот высокоэффективный режим на практике и одновременно увеличить пропускную способi 140821

ЖРЬ ООПП

/аЗ

=Ю» ность по пару (газу) по сравнению с известной колонной н базовым объектом (известное устройство, работающее в обычном пленочном режиме) в 2 и более раз, что прн прочих равных условиях равносильно уменьшению ее диаметра более чем в 1 4 раза.

Кроме того, предлагаемая колонна легко управляется, автоматизируется и рекомендуется к внедрению в про мышленное производство брома и йода на стадии их воздушной десорбции из природных рассолов.

1140821 жисЬОс

«ФЯРедактор А. Козориз

Тираж 659 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открьггий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Заказ 365/7

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

Ф жиУкосюо

Составитель Г. Урусова

Техред M. Надь Корректор А.Ильин