Массообменное контактное устройство для взаимодействия жидкости и газа



Массообменное контактное устройство для взаимодействия жидкости и газа
Массообменное контактное устройство для взаимодействия жидкости и газа
Массообменное контактное устройство для взаимодействия жидкости и газа

 


Владельцы патента RU 2528477:

Общество с ограниченной ответственностью "Инженерный центр "Нефть и газ" (RU)
Лесухин Сергей Петрович (RU)

Изобретение относится к конструкциям массообменных контактных устройств и может быть использовано в нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической и пищевой промышленности. Устройство содержит зигзагообразные перегородки, образующие сквозные зигзагообразные каналы для прохода жидкости и газа, и вертикальные стержни, плотно примыкающие к кромкам гиба зигзагообразных перегородок. За вертикальными стержнями в вертикальных зигзагообразных каналах для прохода жидкости и газа на противоположных зигзагообразных перегородках в шахматном порядке закреплены вертикальные секционирующие пластины. Зигзагообразные перегородки выполнены с соотношением Н/А=1,2÷3,25, где Н - расстояние между кромками гиба зигзагообразной перегородки, А - расстояние между зигзагообразными перегородками в диапазоне 35-75 мм, а радиус кромки гиба зигзагообразных перегородок равен не более 3 мм. Использование изобретения обеспечивает увеличение эффективности массообмена при больших плотностях орошения и увеличение производительности. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к конструкциям массообменных контактных устройств и может быть использовано в процессах противоточного взаимодействия газа (пара) и жидкости, массообмена в системах газ - жидкость в нефтеперерабатывающей, нефтехимической, нефтяной, химической и пищевой промышленности.

Известен массообменный аппарат, состоящий из зигзагообразных перегородок, образующих зигзагообразный канал, и вертикальных контактных решеток, установленных между ними. Основным недостатком данного аппарата является низкая эффективность работы при высоких нагрузках по жидкости (свыше 150 м32ч), что объясняется возникновением поперечных волн жидкости на зигзагообразных перегородках, приводящих к нарушению равномерного распределения контактирующих фаз по сечению аппарата. Возникновение поперечных волн происходит вследствие свободного перетока жидкости вдоль кромок гиба зигзагообразных перегородок (а.с. №394068).

Отмеченный недостаток частично устранен в аппарате с гидрозатвором. В этом аппарате на ступени контакта, вследствие наличия сливной перегородки, поддерживается фиксированный, не возбужденный газовым потоком уровень жидкости, что способствует ее равномерному распределению вдоль кромок гиба зигзагообразных перегородок (а.с. №243572).

Однако недостатком этого аппарата является невысокая нагрузка по газу при больших плотностях орошения, так как наличие гидрозатвора значительно уменьшает свободное сечение аппарата.

Известен блок структурированной насадки для тепломассообменных аппаратов, включающий вертикально расположенные гофрированные металлические просечно-вытяжные листы (ПМ №14014).

Наиболее близкое изобретение, принятое за прототип (а.с. 1327897), где в точке соприкосновения волнистой зигзагообразной перегородки и струны поток жидкости делится на две равные части, жидкость в виде пленки стекает по перегородке и струне, таким образом струны выполняют роль контакно-распределительных устройств. Газ подается вниз аппарата, контактирует с поверхностью жидкости, не нарушая ее пленочного движения. Исполнение перегородок волнистой формы необходимо для смачивания внутренней поверхности перегородки. Таким образом, поверхностью контакта фаз не может быть больше поверхности насадки, внесенной в объем аппарата.

Целью изобретения является увеличение интенсивности массообмена в аппарате, работающем с большой плотностью орошения (от 50 до 300 м32ч), путем создания динамических свободных пленок жидкости за каждой вертикальной струной, которые в данном изобретении именуются стержнями 2 (фиг.1), так как могут иметь разное (круглое, каплевидное) сечение, с одновременным секционированием каналов, образованных зигзагообразными перегородками 1, вертикальными секционирующими пластинами для устранения волнообразования в поперечном сечении аппарата и ликвидации локальных неравномерностей. При больших плотностях орошения по вертикали колонны, заполненной массообменной насадкой может возникать неравномерность течения жидкости, а именно унос большей части жидкости к той или иной стенке колонны, который приводит к уменьшению поверхности контакта газ-жидкость и к ухудшению количественных характеристик массообмена. Для предотвращения волнообразования, для равномерного заполнения зигзагообразных каналов и сохранения свободной поверхности жидкости за каждым стержнем по всему объему насадки устанавливают регулярные вертикальные секционирующие пластины 3. Иллюстрация влияния вертикальных секционирующих пластин на равномерность распределения потока приведена на фиг.2.

Указанная цель достигается за счет следующих конструктивных особенностей:

- зигзагообразные перегородки 1 выполняют с соотношением Н/А=1,2÷3,25, где Н - расстояние между кромкой гиба зигзагообразной перегородки (высота контактной камеры), А - (35-75 мм) расстояние между соседними зигзагообразными перегородками (ширина контактной камеры);

- радиус кромки гиба зигзагообразных перегородок выполняют не более 3 мм, чтобы поток жидкости срывался с острой кромки;

- перпендикулярно кромкам гиба, примыкая к ним любым известным способом, крепят стержни 2 либо круглого, либо каплевидного сечения;

- в каналах, образованных смежными зигзагообразными перегородками 1 устанавливают вертикальные секционирующие пластины 3 в шахматном порядке (длина контактной камеры);

В результате теоретических и экспериментальных исследований было установлено, что при выполнении указанных выше конструкивных параметров создаются гидродинамические условия, позволяющие осуществить взаимодействие газа и жидкости при плотностях орошения 50-300 м32ч, причем на каждой ступени контакта за каждым стержнем 2 стекающая жидкость образует свободные динамические параллельные вибрирующие пленки 4, разделенные газом, которые достигают противоположной зигзагообразной перегородки, перемешиваются с другими свободными пленками, далее жидкость стекает на нижележащую ступень контакта, где процесс повторяется (фиг.3).

Газ, поднимаясь противотоком снизу, проходит между свободными пленками и, проходя между стержнями 2, рассекает жидкость, способствуя равномерному орошению жидкостью каждого стержня.

Таким образом, в отличие от прототипа в предлагаемом аппарате поверхность контакта фаз существенно больше поверхности смоченных контактных элементов (Таб.1).

Таблица 1.
Удельная поверхность контакта фаз массообменных контактных устройств (МКУ)
Н\А 1.2 1.6 2.0 2.4 3.0
По прототипу 70.9 66 63.5 62.2 61
Предлагаемого МКУ 121 116 113.5 112.2 111

Форма сечения и диаметр стержней 2, шаг между стержнями, расстояние между вертикальными секционирующими пластинами зависят от свойств обрабатываемой жидкости и расходных характеристик газа и жидкости. Такое массообменное контактное устройство наиболее целесообразно применять в процессах противоточного взаимодействия газа и жидкости, когда по технологии требуются высокие плотности орошения (50-300 м32ч).

Из таблицы видно, что при выполнении заявленных конструктивных параметров техническим результатом изобретения является удвоение поверхности контакта фаз за счет образования свободных динамических пленок жидкости, причем увеличение поверхности достигается без увеличения удельного объема контактных устройств, и, следовательно, практически вдвое повышается интенсивность массобмена между жидкостью и газом. Таких плотностей орошения, в сочетании с поверхностью контакта фаз, в устройствах-аналогах и по прототипу достигнуть не удавалось.

При соотношении Н/А менее 1,2 снижается плотность орошения и предельная скорость газа, а режим образования динамических пленок становится неустойчивым. Увеличение соотношения Н/А свыше 3,25 приводит к резкому снижению эффективности массосбмена в аппарате вследствие сокращения числа контактов газа и жидкости на единицу высоты насадки и уменьшение поверхности контакта газа с жидкостью при незначительном росте его производительности.

Секционирование зигзагообразных перегородок 1 вертикальными секционирующими пластинами 3 препятствует свободному перетоку жидкости вдоль кромок гиба зигзагообразных перегородок, что значительно снижает волнообразование в поперечном сечении аппарата. Для ликвидации локальных неравномерностей плотности орошения в сечении аппарата и улучшения перемешивания жидкости - вертикальные секционирующие пластины в смежных зигзагообразных перегородках, образующих сквозной вертикальный канал, располагают в шахматном порядке. Такое расположение секционирующих пластин 3 дает возможность жидкости перераспределяться по сечению аппарата, что в конечном итоге приводит к увеличению эффективности работы устройства в целом (фиг.2).

Совокупность отличительных признаков заявляемого устройства придает ему новые свойства, благодаря которым и обеспечивается достижение технического результата, а именно:

- увеличение интенсивности процесса массообмена при больших плотностях орошения;

- увеличение плотности орошения до 300 м32ч.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена конструкция массообменного аппарата, а на фиг.2 - схема движения потока жидкости в зигзагообразном канале с вертикальными секционирующими пластинами, на фиг.3 изображено поведение жидкости в процессе противоточного движения с газом.

Массообменный аппарат включает корпус, штуцера ввода и вывода реагентов (не показано), и массообменное контактное устройство, являющееся предметом изобретения, которое состоит из зигзагообразных перегородок 1, стержней 2, вертикальных секционирующих пластин 3. Перегородки образуют сквозной зигзагообразный канал для прохода жидкости и газа. Стержни 2 плотно прилегают к перегородкам 1 в местах гиба последних и способствуют направленному срыву жидкости с образованием свободных динамических параллельных вибрирующих пленок в форме паруса 4, как показано на фиг.3. Вертикальные секционирующие пластины 3, имеющие форму равнобедренных-треугольников, двумя равными сторонами крепятся к зигзагообразным перегородкам 1, при этом зигзагообразный канал секционируется на участки, ограниченные зигзагообразной перегородкой 1, рядом стержней 2 и двумя соседними вертикальными секционирующими пластинами 3. Шахматное расположение пластин на противоположных зигзагообразных перегородках 1 исключает образование в пределах одного зигзагообразного канала нескольких автономных сквозных сверху до низа каналов, так как каждый вышележащий участок сообщается с двумя нижележащими (фиг.2).

Аппарат работает следующим образом:

- жидкость подается в верхнюю часть аппарата и с помощью распределительного устройства поступает в каждый сквозной зигзагообразный канал, в котором стекает по зигзагообразным перегородкам 1. В местах соединения зигзагообразных перегородок 1 с стержнями 2 жидкость при указанных плотностях орошения огибает стержень и под воздействием идущего снизу газа образует так называемые «паруса» 4 или двусторонние свободнопадающие вибрирующие пленки, которые имеют поверхность массобмена, не зависящую от площади контактных устройств и многократно ее превышающую (фиг 3);

- газ поступает в нижнюю часть аппарата, поднимается по сквозным зигзагообразным каналам вверх, поддерживая свободнопадающие пленки и, в конце концов разрывая их на капли и струи. Капли жидкости отбрасываются на противоположные зигзагообразные перегородки 1 и стекают на нижележащую ступень контакта, где процесс образования «парусов» и взаимодействия жидкости и газа повторяется.

Установка вертикальных секционирующих пластин в предлагаемом аппарате дает следующий технический результат: при больших плотностях орошения свободнопадающая жидкость не имеет свободного перетока вдоль всей длины кромки гиба перегородки 1 в поперечном направлении, что препятствует перетоку жидкости в один из краев и проскоку газа. В пределах одного участка, ограниченного соседними вертикальными секционирующими пластинами 3, наложение первичных и отраженных от вертикальных секционирующих пластин 3 волн выравнивает уровень жидкости. Шахматное расположение вертикальных секционирующих пластин в канале дает возможность жидкости 5 перетекать из одного участка в два соседних и в случае неравномерной подачи жидкости распределительным устройством - перераспределяться (фиг.2) и равномерно орошать все сечение аппарата. При этом ликвидируется возможность образования в сечении аппарата автономных потоков газа и жидкости, повышается эффективность их взаимодействия, т.е. интенсивность массобмена.

Таким образом массообменное контактное устройство для взаимодействия жидкости и газа, содержащее зигзагообразные перегородки, образующие сквозные вертикальные зигзагообразные каналы для прохода жидкости и газа и вертикальные стержни, плотно примыкающие к кромкам гиба зигзагообразных перегородок у которого на противоположных зигзагообразных перегородках в шахматном порядке закреплены вертикальные секционирующие пластины, при этом зигзагообразные перегородки выполнены с соотношением Н/А=1,2÷3,25, где Н - расстояние между кромками гиба зигзагообразной перегородки, А - расстояние между зигзагообразными перегородками в диапазоне от 35 до 75 мм, а радиус кромки гиба зигзагообразных перегородок равен не более 3 мм, можно использовать при плотностях орошения жидкостью 50-300 м32ч, причем поверхность контакта фаз и, следовательно, интенсивность массобмена возрастает в два раза.

1. Массообменное контактное устройство для взаимодействия жидкости и газа, содержащее зигзагообразные перегородки, образующие сквозные вертикальные зигзагообразные каналы для прохода жидкости и газа, и вертикальные стержни, плотно примыкающие к кромкам гиба зигзагообразных перегородок, отличающееся тем, что при плотностях орошения жидкостью 50-300 м32ч за вертикальными стержнями в вертикальных зигзагообразных каналах для прохода жидкости и газа на противоположных зигзагообразных перегородках в шахматном порядке закреплены вертикальные секционирующие пластины, при этом зигзагообразные перегородки выполнены с соотношением Н/А=1,2÷3,25, где Н - расстояние между кромками гиба зигзагообразной перегородки, А - расстояние между зигзагообразными перегородками в диапазоне 35-75 мм, а радиус кромки гиба зигзагообразных перегородок равен не более 3 мм.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что стержни выполнены в форме круглого или каплевидного сечения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к тепло-массообменным аппаратам, а именно к устройству пленочных фракционирующих аппаратов с падающей пленкой. Фракционирующий аппарат содержит вертикальный цилиндрический корпус, патрубки для ввода сырья и вывода продуктов фракционирования, для ввода и вывода теплоносителя, по меньшей мере два вертикально установленных внутри корпуса один под другим блока тепло-массообменных элементов, распределительное устройство для жидкости, верхнюю и нижнюю сепарационные зоны и зону питания между блоками тепло-массообменных элементов.

Изобретение относится к аппаратурному оформлению тепломассообменных процессов в системе газ (пар) - жидкость, а именно к устройству пленочных тепломассобменных аппаратов, и может быть использовано в различных установках нефтеперерабатывающей промышленности, в частности, для переработки тяжелых нефтяных остатков, например мазута, а также химической и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к тепломассообменной технике и может быть использовано для абсорбции, десорбции, перегонки, ректификации и дезодорации в химической и пищевой отраслях промышленности.

Изобретение относится к конструкциям массообменных контактных устройств и может быть использовано в нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической и пищевой промышленности.

Изобретение относится к конструкциям контактных устройств, а именно к регулярным насадкам, и может быть использовано для осуществления таких процессов, как экстракция, абсорбция и ректификация, в нефтеперерабатывающей, нефтехимической и химической отраслях промышленности.

Изобретение относится к пленочным аппаратам для культивирования автотрофных микроскопических организмов и может быть использовано в микробиологической и других отраслях промышленности, предусматривающих применение продукции культивирования (например, в комбикормовой промышленности при альголизации комбикормов, в фармацевтической и косметической промышленности).

Изобретение относится к оборудованию для проведения химических процессов, в частности гидролиза, этерификации, ацидолиза кремнийорганических мономеров и других реакций, протекающих с выделением токсичных газообразных продуктов, и может быть использовано в химической, пищевой и фармацевтической промышленности.

Изобретение относится к аппаратурному оформлению тепломассообменных процессов в системе газ (пар) - жидкость и может найти применение в химической, пищевой и ряде других смежных отраслей промышленности.

Изобретение относится к пленочным тепломассообменным аппаратам, для проведения процессов абсорбции, испарения, биохимических реакций, получения опресненной воды и может найти применение в химической, микробиологической и других отраслях промышленности, а также для проведения лабораторных и научно-исследовательских работ.

Изобретение относится к аппаратам для проведения тепло- и массообменных процессов в системе газ-жидкость и может найти применение в химической, пищевой и микробиологической промышленности.

Изобретение относится к нефтяной, химической, нефтехимической и пищевой промышленности. Устройство включает вертикальные контактные решетки и прилегающие к ним зигзагообразные перегородки (1) с косынками, образующие зигзагообразный канал, разделенный на отдельные контактные камеры. В качестве решеток используют сетки (2) с эквивалентным диаметром ячейки в диапазоне 0,5-4,5 мм и свободным сечением сетки в диапазоне 45-80%, а контактные камеры имеют размеры A×H в диапазоне A=40÷80 мм, H=40÷120 мм, где A - расстояние между соседними зигзагообразными перегородками (1), H - расстояние между соседними кромками гиба зигзагообразных перегородок (1). Изобретение позволяет повысить эффективность массобмена при средних и низких плотностях орошения. 4 ил.

Изобретение относится к установке подготовки сжатого топливного газа, в частности для газотурбинных энергетических установок, и может быть использовано в нефтегазовой промышленности и энергетике. Установка подготовки топливного газа включает компрессор с линией подачи газа и линией вывода компрессата, на которой размещен дефлегматор, оснащенный линией вывода топливного газа. В качестве дефлегматора установлен узел абсорбции, на линии вывода компрессата размещен узел сепарации и охлаждения, оснащенный линией вывода конденсата. На линии подачи газа в компрессор размещен узел контактирования, связанный с узлом абсорбции линиями подачи абсорбента высокого давления и вывода абсорбента низкого давления, на которой последовательно расположены холодильник и ответвление для подачи балансового абсорбента низкого давления в линию подачи газа в компрессор. Техническим результатом является снижение объемной теплотворной способности топливного газа и уменьшение потерь углеводородов С5+. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к способу подготовки сжатого топливного газа, для газотурбинных энергетических установок и может быть использовано в нефтегазовой промышленности и энергетике. Способ включает сжатие, охлаждение и сепарацию газа. Газ перед сжатием повергают абсорбции циркулирующим абсорбентом высокого давления с получением абсорбента низкого давления. Смешивают с газом выветривания и балансовым абсорбентом высокого давления. Сжимают, полученный компрессат охлаждают и сепарируют с получением конденсата, который редуцируют и сепарируют с получением газа выветривания и стабильного конденсата, а также сжатого газа, который подвергают абсорбции охлажденным абсорбентом низкого давления с получением топливного газа и абсорбента высокого давления, разделяемого на циркулирующий и балансовый. Изобретение позволяет снизить потери углеводородов С5+ с топливным газом и получать стабильный конденсат. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к способу извлечения и переработки загрязненных углеводородов. Способ включает контактирование одного или нескольких загрязненных углеводородов с потоком газообразного водорода в сепараторе очистки сырья с образованием первого потока жидкости, отгонку первого потока жидкости с образованием потока остатка и отделение потока остатка в пленкообразующем испарителе для получения извлеченного дистиллята. Способ позволяет извлекать ценный продукт- дистиллят из остатка после отпарной колонны, а также повысить выход указанного дистиллята. 9 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к способу подготовки углеводородных газов путем низкотемпературной конденсации и может быть использовано в газовой промышленности. Способ подготовки попутного нефтяного газа включает сепарацию и последовательное охлаждение газа подготовленным газом и сторонним хладагентом с конденсацией флегмы, противоточное контактирование газа и флегмы после каждой стадии охлаждения. Газ предварительно смешивают с газом выветривания, компримируют до давления транспортировки или переработки с получением охлажденного компрессата и смешивают с газом стабилизации. Охлаждение полученной смеси осуществляют в условиях ее дефлегмации, кроме того, конденсат стабилизируют с получением газа стабилизации, редуцируют и сепарируют с получением газа выветривания и стабилизированного конденсата. Изобретение позволяет повысить выход подготовленного газа, повысить качество конденсата и подготовить попутный нефтяной газ низкого давления. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение может быть использовано в нефтегазовой промышленности и энергетике. Газ (1) смешивают с абсорбатом (2), разделяют в сепараторе (3) на газ сепарации (4) и абсорбент (5), который разделяют на циркулирующий (6) и балансовый (7). Последний смешивают с газом сепарации (4), сжимают компрессором (8), охлаждают в холодильнике (9) и подают в сепарационную секцию фракционирующего абсорбера (10), где разделяют на конденсат (11) и газ, который через полуглухую тарелку (12) подают в абсорбционную секцию абсорбера (10), где подвергают абсорбции охлажденным в холодильнике (13) циркулирующим абсорбентом. С верха абсорбера (10) выводят топливный газ (16), а с полуглухой тарелки (12) - абсорбат (2). По меньшей мере часть (17) балансового абсорбента (7) может быть выведена в качестве товарного продукта, а часть (18) конденсата (11) может быть рециркулирована на стадию компримирования. Изобретение позволяет снизить потери углеводородов С5+ с топливным газом и повысить его качество. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх