CS201797B1

CS201797B1 - Method of transferring the matter in contact of the gas and liquid phase in the level facilities and level for executing the same

Info

Publication number: CS201797B1
Application number: CS619078A
Authority: CS
Inventors: Petr Lany; Jiri Famera
Original assignee: Petr Lany; Jiri Famera
Priority date: 1978-09-25
Filing date: 1978-09-25
Publication date: 1980-11-28

Description

Vynález se týká způsobu přenosu hmoty při styku kapalné a plynné fáze v zařízeních s pěnovými patry, který se uskutečňuje spirálovitým tokem pěny po patře a shodně usměrněným tokem plynu při průchodů patrem a patra k provedení způsobu.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of mass transfer in liquid-gas contact in foam tray devices, which is effected by a spiral flow of foam over the tray and an equally directed flow of gas through the tray and tray.

K výměně hmoty mezi kapalnou a plynou fází dochází v průmyslu v absorbérech desorbérech a pod. Tato zařízení jsou známa a konstruována jako náplňové nebo skrápěné nádoby jsou vhodné pro procesy méně náročné, neboť jsou objemné a nedosahují vysokých výkonů. Procesy, kde má dojít k intenzivní výměně hmoty, se uskutečňují v pěnové vrstvě v nádobách s patry. Nádoby mohou být stojaté, ležaté, s jedním nebo více patry. Pěnová patra jsou vlastně desky děrované podle účelu, kterému mají sloužit. Pěnová patra mohou být přepadová nebo prokapová. Přepadová patra jsou opatřeny nejméně jedním přepadovým otvorem. Kapalina, která protíká na patro, je prostupována plynem, který zespodu prochází perforací patra a vytváří s kapalinou na patře pěnu. Rychlost plynu v otvorech patra musí být tak vysoká, aby nedošlo k prokapávání kapaliny patrem, které je u tohoto patra nežádoucí. Horní hrana přepadové trubky, která bývá výše, než je úroveň patra, udržuje stanovenou výšku pěnové vrstvy na patře. U jednopatrových nádob tvoří přepadová trubka odtok z nádoby, u vícepatrových nádob nátok na níže položené patro. V místě vstupu kapaliny na nižší patro je obvykle na přepadové trubce vytvořen kapalinový uzávěr. Bezpřepadová patra nemají přepadovou trubku. Kapalina natékající na bezpřepadové patro vytvoří s plynem vrstvu pěny na patře. Tato vrstva se zvyšuje tak dlouho, až hmotnost pěny překoná tlak plynu procházejícího patrem a dojde k prokapu kapaliny patrem. Množství prokapávající kapaliny stoupá tak dlouho, až je rovno množství kapaliny natékající na patro. K prokapu kapaliny může docházet v závislosti na konstrukci patra po celé ploše patra nebo pouze v určitém místě, v němž došlo k vzdutí kapaliny, například vlivem nárazu pěny pohybující se po patře na stěnu nebo přepážku. U obou typů pater, s výjimkou patra s prokapem po celé ploše, dochází k pohybu pěny po patře od místa ná~ toku k místu přepadu nebo k místu prokapu. Podle umístění nátoku a přepadu nebo prokapu je tok napříč patrem nebo radiálně od obvodu ke středu nebo naopak. Při pohybu pěny napříč patrem dochází k tření pěny o patro a o stěny nádoby, což má za následek, že vrstva pěny na patře v oblasti nátoku kapaliny je vyšší než v oblasti odtoku kapaliny. Některé konstrukce odstraňují tuto nerovnoměrnost výšky pěny u nádob větších průměrů tak, že u části otvorů usměrňují tok plynu patrem do směru toku pěny. Počet takto upravených otvorů je volen tak, aby ztráty třením pěny o patro se rovnaly energii dodané usměrněným průtokem plynu.The mass exchange between the liquid and gas phase occurs in the industry in desorber absorbers and the like. These devices are known and constructed as packed or sprinkled containers suitable for less demanding processes as they are bulky and do not achieve high performance. The processes where intensive mass exchange is to take place are carried out in the foam layer in trays with trays. The containers may be upright, horizontal, with one or more levels. Foam trays are actually plates perforated according to the purpose they are intended to serve. The foam trays may be overflow or drip. The overflow trays are provided with at least one overflow opening. The liquid that flows to the palate is permeated by gas that passes through the perforation of the palate from below and forms a foam with the liquid on the palate. The gas velocity in the tray openings must be high enough to prevent dripping of liquid through the tray, which is undesirable on that tray. The upper edge of the overflow pipe, which is higher than the level of the palate, maintains a specified height of the foam layer on the palate. In single-storey containers, the overflow pipe forms an outlet from the container, in multi-storey containers the inlet to the lower floor. At the point where the liquid enters the lower tray, a liquid closure is usually formed on the overflow pipe. Bezpřepadová floors have no overflow pipe. The liquid flowing onto the zero-blog floor creates a layer of foam on the palate with the gas. This layer is increased until the weight of the foam exceeds the pressure of the gas passing through the tray and the liquid drips through the tray. The amount of dripping liquid rises until the amount of liquid flowing to the tray is equal. The liquid leakage may occur depending on the tray design over the entire tray surface or only at a certain point where the liquid has been deflected, for example due to impact of foam moving on the tray floor or wall. For both types of floors, except for a tray with a full surface drip, the foam moves along the floor from the inflow point to the overflow point or the drip point. Depending on the location of the inflow and overflow or leakage, the flow is across the storey or radially from circumference to center or vice versa. As the foam moves across the tray, the foam rubs against the tray and the walls of the container, resulting in a layer of foam on the tray in the liquid inlet region being higher than in the liquid outlet region. Some constructions eliminate this unevenness of foam height in larger diameter vessels by directing gas flow through the tray downstream of a portion of the openings. The number of openings so arranged is selected such that the frictional friction losses on the tray are equal to the energy delivered by the rectified gas flow.

Všechny konstrukce však umožňují pouze nízkou postupnou rychlost pěny tekoucí po patře, z čehož vyplývá nízké měrné zatížení patra kapalinou. Nízká postupná rychlost kapaliny dále umožňuje vznik zkratového proudění na patře, vytváření oblastí na patře s vířivým postupným prouděním a oblastí bez postupného pohybu pěny. Tyto skutečnosti mají za následek podstatné snížení účinnost patra, zvláště u pater menších průměrů.However, all designs allow only a low gradual rate of foam flowing over the palate, resulting in a low specific liquid loading of the tray. The low progressive liquid velocity further allows for the generation of short-circuit flow on the palate, the formation of areas on the palate with a swirling progressive flow, and an area without progressive foam movement. This results in a significant reduction in palate efficiency, especially for smaller-diameter trays.

Výše uvedené nevýhody odstraňuje vynález, tj. způsob přenosu hmoty při styku kapalné a plynné fáze v zařízeních s patry a patro k provedení tohoto způsobu podle uvedeného vynálezu.The aforementioned disadvantages are overcome by the invention, i.e. the method of mass transfer in contact of the liquid and gaseous phases in devices with trays and a tray for carrying out the process according to the invention.

Podstata způsobu přenosu hmoty při styku kapalné a plynné fáze v zařízeních s patry podle vynálezu spočívá v tom, že pěna je po patře vedena po vymezené spirálovité dráze.The essence of the method of mass transfer in the liquid-gas phase contact in the trays according to the invention is that the foam is guided along the floor on a defined spiral path.

V případě vícepatrového uspořádání se u jednotlivých pater pod sebou střídá smysl vedení pěny od obvodu patra ke středu a naopak.In the case of a multi-storey arrangement, the direction of foam flow from the periphery of the palate to the center and vice versa alternates below each other.

Plyn je po průchodu pěnou veden alespoň v části patra po spirále shodné se spirálou vedení pěny, avšak v opačném smyslu, než je smysl vedení pěny.After passing through the foam, the gas is guided in at least a part of the tray on a spiral coincident with the spiral of the foam guide, but in the opposite sense to the sense of the foam guide.

Podstata patra k provádění tohoto způsobu spočívá v tom, že na listu patra je spirálovitá jedno, nebo více-choďová přepážka. Alespoň část otvorů listu patra je opatřena nad otvory prolisy pro usměrnění toku plynu ve směru zmíněné spirálovité přepážky. Alespoň část spirálovité přepážky je shora kryta přepážkou tvořící nad listem patra spirálovitý kanál.The essence of the tray for carrying out this method is that on the tray sheet there is a spiral single or multi-walled partition. At least a portion of the tray blade apertures is provided above the apertures to induce gas flow in the direction of said helical partition. At least a portion of the helical partition is covered from above by a partition forming a helical channel above the tray sheet.

Předností způsobu přenosu hmoty při styku kapalné a plynné fáze v zařízeních s patry podle vynálezu je to, že pěna se pohybuje v uzavřeném spirálovitém kanále bez náhlých změn rychlostí, což vylučuje vznik mrtvých koutů bez pohybu kapaliny, zamezuje vznik vírů, omezuje na minimum zpětné míchání na patře a snižuje úlet kapek. Tyto skutečnosti způsobují vysokou účinnost patra.Advantage of the method of mass transfer in contact of liquid and gaseous phase in devices with trays according to the invention is that the foam moves in a closed spiral channel without sudden changes of speed, which eliminates dead corners without liquid movement, prevents vortex formation, minimizes backmixing on the palate and reduces drift of drops. This results in high palate efficiency.

Usměrněním toku plynu se dodává pěně dostatek energie umožňující značnou rychlost toku pěny na patře a tím vysoké měrné zatížení patra kapalinou. Při obtékání prolisů pěnou vzniká sací efekt snižující tlakovou ztrátu patra. Vlivem proudění plynu nad pěnou proti směru pohybu pěny je vrstva pěny stabilní a rovnoměrná v širokém rozsahu žatížení patra kapalinou.By directing the gas flow, sufficient energy is provided to the foam allowing a considerable rate of foam flow on the palate and thereby a high liquid specific loading of the tray. When flowing through the foam moldings, the suction effect decreases the pressure loss of the palate. Due to the flow of gas above the foam against the direction of foam movement, the foam layer is stable and uniform over a wide range of liquid loading of the tray.

Příklad provedení vynálezu je schematicky znázorněn na výkrese, na obr. 1 je vidět v nárysu zařízení s jedním pěnovým patrem, na obr. 2 je stejné zařízení jako na obr. 1, avšak znázorněné v půdoryse, na obr. 3 je detail provedení usměrňovačích prolisů nad otvory pater znázorněných na obr. 1, 2, 4, na obr. 4 je část nádoby s více pěnovými patry.An example of embodiment of the invention is shown schematically in the drawing, FIG. 1 is a front elevation view of a single foam tray apparatus; FIG. 2 shows the same apparatus as FIG. 1, but shown in plan view; FIG. Above the tray openings shown in FIGS. 1, 2, 4, FIG. 4 is a portion of a container with multiple foam trays.

Pěnové patro podle vynálezu je uspořádáno přibližně takto: Součástí zařízení s jedním pěnovým patrem podle obr. 1 je hrdlo .1. pro nátok kapaliny, hrdlo 2 pro odtok kapaliny, hrdlo 3 pro přívod plynu, hrdlo 4 pro odvod plynu, dále list patra 5, spirálovitá přepážka 6 krytá přepážkou 7, tvořící dohromady nad listem patra 5 spirálovitý kanál 12. Nad spirálovitým kanálem 12 je vytvořen volný prostor 8. Na obr. 2 je znázorněno, že otvory 10 jsou spirálovitě uspořádány a výtokový průřez otvorů je směrován rovnoběžně s rovinou patra, ve směru spirálovitého kanálu 12 od obvodu ke středu. Dále je zde znázorněno, že přepážka 7 kryje pouze část půdorysné plochy patra. Na obr. 3 je znázorněno, že otvory 10 listu patra 5 jsou opatřeny prolisy 11 pro nasměrování výtokového průřezu. Na obr. 4 je část nádoby s více pěnovými patry. Na listu patra 9 je uspořádání otvorů shodné jako u listu patra 5, avšak volný průřez otvorů je směrován v opačném smyslu, tj. od středu k obvodu. Směrování volného průřezu otvorů v listu patra je tedy vždy opačné, než u listu patra sousedního.The foam tray according to the invention is arranged approximately as follows: The single foam tray device of FIG. for inflow of liquid, spout 2 for liquid drain, spout 3 for gas inlet, spout 4 for gas evacuation, as well as tray 5, spiral partition 6 covered by partition 7, forming together a spiral channel 12 above the tray sheet 5 above the spiral channel 12 In Fig. 2 it is shown that the openings 10 are helically arranged and the outlet cross-section of the openings is directed parallel to the plane of the tray, in the direction of the helical channel 12 from circumference to center. It is further shown that the partition 7 covers only part of the floor area of the tray. In Fig. 3 it is shown that the openings 10 of the tray blade 5 are provided with recesses 11 for directing the outlet cross-section. Fig. 4 shows a portion of a container with multiple foam trays. On the tray sheet 9, the arrangement of the holes is the same as that of the tray sheet 5, but the free cross section of the holes is directed in the opposite direction, i.e. from the center to the periphery. Thus, the direction of the free cross-section of the openings in the palate is always opposite to that of a neighboring palate.

Vynález je využitelný všeobecně ve všech případech, ve kterých se používá zařízení s pěnovými patry pro přenos hmoty v soustavě kapalin — plyn, například při úpravě vody při absorbčních procesech při stopování a v destilačních aparaturách.The invention is generally applicable in all cases where foam tray devices are used to transfer mass in a liquid-gas system, for example in the treatment of water in absorption processes during tracking and distillation apparatus.

Claims

OBJECT OF THE INVENTION

1. A method of mass transfer in liquid-gas contact in tray-to-tray installations carried out in a foam of a liquid, comprising supplying to a sieve, perforated or lamella tray a liquid which is treated by a gas passing through the tray whose stream is rectified at least apertures obliquely or parallel to the plane of the palate so that the gas velocity component upstream of the liquid flow is greater than the gas velocity component upstream of the liquid, the gas effecting on the palate a layer of foam moving from inlet to outlet, characterized in that The floor runs along a defined spiral path.

2. Method according to claim 1, characterized in that in the case of a multi-storey arrangement, the sense of guiding the foam from one perimeter to the middle and vice versa alternates one below the other.

3. Method according to claim 1, characterized in that the gas, after passing through the foam, is guided at least in part of the tray on a spiral coincident with the spiral of the foam guide, but in the opposite sense to the sense of the foam guide.

A tray for carrying out the method of items 1 to 3 in containers for effecting mass-liquid-gas contact, comprising a foam tray sheet, inlet and outlet, characterized in that the tray tray (5) provided with openings (10) comprises: a spiral single or multi-walled partition (6).

A tray according to claim 4, characterized in that at least a portion of the leaf apertures (10) at the tray (5) is provided above the apertures (10) with recesses (11) to direct the gas flow in the direction of said helical partition (6).

6. The tray according to claim 4, wherein at least a portion of the helical partition (6) is covered from above by a partition (7) forming a helical channel (12) above the sheet of the tray (5).