Массообменная колонна

 

Изобретение относится к конструкциям массообменных колонн насадочного типа для систем газ (пар)-жидкость, предназначенных для процессов аосорбции, ректификации , промывки газов, и может найти применение в химической, нефтехимической , газовой и других отраслях промышленности . Цель изобретения - повышение эффективности массообмена между газом (паром) и жидкостью за счет организованного направленного движения жидкости в слое насадки на поддерживающей распределительной решетке от центра к периферии по сечению колонны на направляющем конусе от периферии к центру и дополнительного контакта на поверхности конуса между газом (паром) и жидкостью. МассообИзобретение относится к конструкциям массообменных колонн насадочного типа для систем газ(пар)-жидкость, предназначенных для процессов абсорбции, ректификации , промывки газов и может найти применение в химической, нефтехимической , газовой и других отраслей промышленности . Известна массообменная колонна, включающая вертикальный цилиндричеменная колонна содержит вертикальный цилиндрический корпус, поддерживающую распределительную решетку, слой насадки на решетке, направляющий конус в периферийной части колонны, установленный меньшим основанием вниз, с арочными прорезями, вырубленными на поверхности конуса выпуклостью вверх, равномерно расположенными по концентрическим окружностям по отношению к оси конуса, сечение меньшего основания направляющего конуса равно не меньше 0,1 поперечного сечения колонны, перфорации поддерживающей распределительной решетки выполнены в виде арочных прорезей с направлением осей арочных прорезей от тангенциального для самых малых диаметров колонн, промежуточным между тангенциальным и радиальным до радиального от центра к периферии, соответственно с увеличением диаметров колонн, оси арочных прорезей на поверхности конуса направлены под острым углом к образующим конуса от периферии к центру, сечение арочных прорезей конусов больше сечений арочных прорезей распределительных решеток, 7 ил ский корпус, поддерживающие распредели тельные решетки, слой насадки на каждой распределительной решетке, устройство для перераспределения жидкости под промежуточными решетками. Недостатком известной массообменной колонны является недостаточно высокая эффективность массообмена из-за неравномерности распределения жидкости по поперечному сечению слоя насадки в ко (Л С ч ся СП со ся 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 В 01 D 3/22, 3/32

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4863171/26 (22) 31,08.90 (46) 23.08.92. Бюл, ¹ 31 (71) Краснодарский политехнический институт (72) И,П.Слободяник и Н.Н.Торбина (56) Рамм В.M. Абсорбция газов. — M. Химия; 1976, с.310.

Авторское свидетельство СССР № 1321438, кл. В 01 D 3/22, 1985, (54) МАССООБМЕННАЯ КОЛОННА (57) Изобретение относится к конструккциям массообменных колонн насадочного тсиепа для систем газ (riap)-жидкость, предназначенных для процессов абсорбции, ректификации, промывки газов, и может найти применение в химической, нефтехимической, газовой и других отраслях промышленности. Цель изобретения — повышение эффективности массообмена между газом (паром) и:жидкостью за счет организованного направленного движения жидкости в слое насадки на поддерживающей распределительной решетке от центра к периферйи по сечению колонны на направляющем конусе от периферии к центру и дополнительного койтакта на поверхности конуса между газом (паром) и жидкостью. МассообИзобретение относится к конструкциям массообменных колонн насадочного тйпа для систем газ(пар)-жидкость, предназначенных для процессов абсорбции, ректификацйи, промывки газов и может найти применение в химической, нефтехимической, газовой и других отраслей промышленности;

Известна массообменная колонна, включающая вертикальный цилиндриче„„5U 1755858 А1 менная колонна"содержит вертикальный цилиндрический корпус, поддерживающую распределительйую решетку, слой насадки на решетке, направляющий конус в периферийной части колонны, установленный меньшим основанием "внйз, с арочными прорезями, вырубленными на поверхности конуса выпуклостью вверх, равномерно расположенными по концентрическим окружностям по отношению к оси конуса, сечение меньшего основания направляющего конуса равно не меньше 0,1 поперечного сечения колонны, перфорации поддерживающей распределительной решетки выполнены в виде арОчных прорезей с направлением осей арочных прорезей оТ.òàíãåíöèàëüíîãî для самых малых диаметров колонн, промежуточным между тангенциальным и радиальн ым дО радйальсйогсо от центра к периферии, соответственно с увеличением д иаметро в" колойн, о си арочных прорезей на поверхности конуса на-.. правлены под острым углом к образующим конуса от периферии к центру, сечение арочныМ г1рбрезей конусов больше сечений арочных прорезей распределительных решеток, 7 ил.

Q0 ский корпус, поддерживающие рвспредепи- 1ив тельные решетки, слбй йасадки на каждой распределительной решетке, устройство

° вей для перераспределения жидкости под промежуточными решетками.

Недостатком известной массообменной колонны является недостаточно высокая эффективность массообмена из-за неравномерности расйрседеления жидкости по поперечному сечению слоя насадки в ко1755858 лонне в зависимости от диаметра колонны и особенно в колоннах больших диаметров.

Наиболее близкой к заявляемой по технической сущности и достигаемому эффекту является массообменная колонна, включающая вертикальный цилиндрический корпус, поддерживающую распределительную решетку, слой насадки на решетке, перераспределитель жидкости для насадочных колонн, выполненный в; виде направляющего усеченного конуса в периферийной части колонны, установленный меньшим основанием вниз; с арочными прорезями, вырубленными на поверхности конуса выпуклостью вверх, равномерно расположенными по концентрическим окружностям, с тангенциально направленными осями по отношению к оси конуса, у меньшего основания конуса по его периметру выполнены отогнутые вверх подострым уг. лом лепестки навстречу выходным отверстиям арочных прорезей.

Недостатком известной массообменной колонны является неравномерное рас пределение жидкости по поперечному сечению колонны на различной высоте слоя насадки на поддерживающей решетке, что приводит к снижению эффективности мас. сообмена между газом (паром) и жидкостью.

Цель изобретения — повышение эффективности массообмена между газом (паром) и жидкостью за счет организованного направленного движения жидкости в слое насадки на поддерживающей распределительной решетке от центра к периферии по сечению колонны и на направляющем кону, се от периферии к центру и дополнительного контакта на поверхности конуса между газом (паром) и жидкостью, Цель достигается тем, что, в массообменной колонне, содержащей вертикальный цилиндрический корпус, поддерживающую распределительную решетку, слой насадки на решетке, направляющий конус в периферийной части колонны, установленный меньшим основанием вйиз, с арочными прорезями вы рубленными на поверхности конуса выпуклостью вверх, равномерно расположенными rio концентрическим окружностям по отношению к оси конуса, сечение меньшего основания направляющего конуса равно не меньше 0,1 поперечного сечения колонны, перфорации поддерживающей распределительной решетки выполнены в виде арочных прорезей

c èàrIðàâëåíèåì осей арочных прорезей от тайгенциального для самых малых диаметров колонн, промежуточным между тангенциальным и радиальным до радиального от

50 с радиально направленными арочными прорезями 7 для колонн больших диаметров, на распределительных решетках 2,4 и 6 расположен слой насадки 8, под распределительными решетками 2,4 и 6 между стенками корпуса 1 и решетками установлены направляющие конуса 9 с арочными прорезями 10 выпуклостями вверх, оси которых направлены подострым углам к образующим конусов от центра к периферии, причем сечение меньшего основания конуса 9 равнб не меньше 10% поперечного сечения колонны для слива жидкости, Свободное сечение арочных прорезей

3,5 и 7, соответственно, поддерживающих распределительных решеток 2,4 и 6 меньше свободного сечения насадки 8, а свободное сечение арочных прорезей 10 направляющих конусов 9 меньше свободного сечения арочных прорезей 3,5 и 7, соответственно. распределительных решеток 2,4 и 6.

° центра к периферии, соответственно; с увеличением диаметров колонн, оси арочных прорезей на поверхности конуса направлены под острым углом к образующим конуса

5 от периферии к центру, сечение арочных прорезей конусов больше сечений арочных. прорезей распределительных решеток.

Сечение меньшего основания направляющего конуса, равное не меньше 0,1 по10 перечного сечения колонны, предназначено для слива жидкости, проходящей через все поперечное сечение колонны, à, KGK известно, сечение сливных устройств колонных аппаратов для систем газ(пар)-жидкость

15 равно величине, составляющей не меньше

10% от полного сечение колонны согласно опытным данным с учетом средней скорости жидкости в сливных устройствах около 0,1 м/с, что соответствует в среднем удельной

20 нагрузке жидкости на полное сечение колонны, равной 36 м /м ч.

На фиг.1 схематически представлен продольный разрез массообменной колонны; на фиг,2 — поперечный разрез в плбскости А-А фиг.1; на фиг.3 — то же в плоскости

Б-Б фиг.1; на фигА — то же в плоскости В-В на фиг.1; на фиг.5-тоже в плоскости Г-Г на фиг.1; на фиг.6 — разрез по Д-Д фиг.2; на фиг.7 — разрез по Е-Е фиг.2.

30 Массообменная колойна (фиг,1 — 7) содержит вертикальный цилиндрический корпус 1, поддерживающие распределительные горизонтальные решетки 2 с тангенциально направленными арочными

35 прорезями 3 для малых размеров колонн, решетки 4 с арочными прорезями 5, оси которых направлены под острым углом к радиусу от центра к периферии решетки 4, для колонн средних диаметров, и решетки 6

1755858

Массообменная колонна работает сле-, больше энергии на перемещение ее от цендующим образом. тра к периферии, так как при большом диаГаз (пар) поступает в корпус 1 колонны . метре колонны Длийа радиального пути (фиг.1 — 7) снизу и движется вверх, проходит движения жидкости больше, через арочные прорези 3,5 и 7, соответст- 5 Аналогично, в колоннах больших диа.венно, поддерживающих распределитель- . метров длина пути движения жидкости от ных решеток 2,4 и 6, проходит через центра периферии еще больше, поэтому арочные прорези 10 направляющих конусов арочные прорези 7 на решетках 6 направле9, контактируя при этом со стекающей свер- ны радиально, от центра к периферии и при ху вниз жидкостью. 10 выходе из радиально направленных арочПри прохождении через тангенциально ных прорезей 7 газ (пар) увлекает за счет направленные арочные прорези 3 распре- кинетической энергии жидкость от центра к делительных решеток 2 колонн. малых диа- периферии, метров газ (пар) контактирует с жидкость о, . - Таким. образом при общем противоточстекающей сверху через слой насадки 8, и 15 ном движении газа (пара) и жидкости в коодновременно за счет тангенциальных со- лонне и при перекрестйом взаимодействии ставляющих скорости газа. (пара), выходя- фаз на решетках 2,4 и 6 и конусах 9 достигащего иэ арочных прорезей 3, перемещает ется максимальная движущая сила процесжидкостьот центра к периферии, в реэуль- са массоообмена между газом (паром) и тате происходит перемещение жидкоСти от 20 жидкостью и максимальная эффективность центра к периферии на решетке 2, где жид- массообмена. кость стекает на периферийную часть на- Ввод газа (пара) через арочные прорези правляющего конуса 9, откуда стекает по 3,5 и 7 в горизонтальном направлении на внутренней поверхности, контактируя од- решетках,соответсТ6ЖВЪ,2,4ибспособстновременнос газом (паром); проходящим 25 вует накоплению жидкостей в центральной снизу вверх через арочные прорези 10, на- части решеток и перемещению ее к перифеправленными под острым углом вйиз к об- рии, где происходит слив жидкости через разующим конуса 9, способствуя арочные прорези 3,5 и 7 вследствие ее наперемещению жидкости вниз к меньшему копления, в результате увеличйвается*удероснованию,.черезкотороежидкостьстбкает 30 живающая способность насадки 8 по вниз на слой насадки 8 на нижележащей жидкости, при этом жидкость находится в решетке 2, что обеспечивает увеличение состоянии турбулентного взаимодействия с пропускной способности конуса 9 по жидко- газом (паром), что обеспечивает, как известсти и т.д. но, к увеличению запаса жидкости в слое

Как видно, на решетке 2 жидкость кон-. 35 насадки 8, увеличению времени пребыватактирует с газом (паром) и одновременно ния жидкости в контакте" с газом (паром) и, перемещается от центра к периферии ре- естественно, к повышению эффективности шетки, где проваливает через те же арочные массообмена междутазом (парам) и жидкопрорези 3 вниз на конус 9, а гаэ (пар) дви- сти в массообменной колонне, жется снизу вверх, в результате жидкость и 40 Из практики эксплуатации насадочных газ (пар) взаимодействуют при перекрест- колонн известно, что наибольший эффект ком относительномдвижении на решетке2 массообмена создают концевые эффекты и в слое насадки 8, что как известно, обес- при взаимодействии газа (пара) с жидкопечивает максимальную движущую силу стью в верхней и нижней частях колонны. В процесса и высокую эффективность массо- 45 связи с этим в предлагаемой массообменобмена. Аналогично при перекрестном дви- ной колонне дополнительные концевые эфжениигаза(пара)ижидкостипроисходитна . фекты создаются на каждой ступени направляющем конусе 9, но уже при движе- распределительных решеток 2,4 и 6 и нании жидкости от периферии к центру колон- правляющих конусов, Кроме того, за счет ны. 50 подбора соответствующего минимального

Аналогично в колоннах средних диамет- свободного сечения арочных прорезей 3,5 и ров происходит взаимодействие газа (пара) . 7 распределительных решеток, соответсти жидкости на решетках 4 с арочными про- венно, 2,4 и 6 может достигаться стабильрезями5, направленными под острымуглом ный режим эмульгирования, при котором, к радиусам от центра к периферии, где ра- 55 как известно, достигается значительное подиальная составляющая скорости газа (па-, вышение эффективности массообмена межра) от центра к периферии больше, чем при ду газом (паром) и жидкостью, что также тангенциальном направлении арочных про- обеспечивает дополнительное повышение резей 4 решеток 2; в результате при прочих эффективности работы массообменной коравных условиях жидкости сообщается лонны, 1755858

Объем колонны между слоем насадки 8 . Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я и направляющим конусом 9 в условиях ра- Массообменная колонна, включающая боты может выполнять роль операционного вертикальный цилиндрический корпус, подпространства, что позволяет работать при, держивающую распределительную решетоптимальных высоких нагрузках йо газу(па- 5 ку. слой насадки на решетке, направляющий ру), близких к режиму эмульгйрования, чем усеченный конус в периферийной части кообеспечиваетсяувеличение нагрузокколон- лонны, установленный меньшим основанины по газу (пару) и жидкости и повышение ем вниз, с арочными прорезями, эффективности массообмена, так как при вырубленными на поверхности конуса вымаксимальных нагрузках обеСпечивается 10 пуклостью вверх, равномерно расположенгидродииамические условия высокоэффек- ными по концентрическим окружностям по тивного койвективното тепло- и массообме- отношению к оси конуса, о т л и ч à ю щ а яна в фазах. с я тем, что; с целью повышения эффективТехнические преимуществазаявляемо- ности массообмена между газом (паром)-и

ro изобретения "Массообменная колонна" 15 жидкостью за счет организованного напо сравнению с прототйпом заключаЮтся в правленного движения жидкости в слое наповышении эффективности массообмена садки на распределительной решетке от между газом (паром) и жидкостью вследст- центра к периферий по сечению колонны и вие увеличения движущей сйлы процессов на направляющем конусе от периферии к за счет перекрестного потока жидкости от .20 центру и дополнительного контакта на поцентра к периферии на распределительных верхности конуса между газом (паром) и решетках и от периферии к цейтру на на- жидкостью, сечение меньшего основания, правляющих коНусах, вслеДствие увеличе- конуса не меньше 0,1 поперечного сечения ния количества жидкости, удерживаемой в колонны, перфорация поддерживающей слое насадки на решетках и увеличения вре- 25 распределительной решетки выполнена в мени пребывания. жидкости в контакте с ra- виде арочных прорезей с йаправлением зом(паром), .:: - - " - осей арочных прорезей тангенциального, Преимущества изобретения по сравне- промежуточным между тангенциальным и нию с прототипом заключаются в повыше- радиальным, до радиального от центра к нии четкости разделения колонны и, 30 периферии соответственно с увеличением следовательно, повышения чистоты и каче- . диаметра колонны, оси арочных прорезей ства продуктов разделения, или в уменьше- на поверхности конуса направлены под оснии необходимого флегмового числа для трым углом к образующим конуса от периразделения смесей ректификацией, что вы- ферии к центру, сечение арочных прорезей разится в уменьшейии расхода тепла (грею- 35 конусов больше сечений арочных прорезей щего водяного пара из котельной). распределительных решеток, 1755858

1755858

1755858 . Составитель И.Слободяник

Редактор Т. Иванова . Техред M.Mîðãåíòàë Корректор А.Долинич

Заказ 3037 Тираж . .: Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытйям при ГКНТ СССР .

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

Производственно-издательский.KoMGMHBT "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101