RU151452U1

RU151452U1 - MASS EXCHANGE CONTACT DEVICE FOR INTERACTION OF LIQUID AND GAS

Info

Publication number: RU151452U1
Application number: RU2014131739/05U
Authority: RU
Inventors: Сергей Петрович Лесухин; Дмитрий Юрьевич Скоробогатов; Сергей Эдуардович Ушаков; Михаил Сергеевич Лесухин
Priority date: 2014-07-30
Filing date: 2014-07-30
Publication date: 2015-04-10

Abstract

1. Массообменное контактное устройство для взаимодействия жидкости и газа, содержащее зигзагообразные перегородки, формирующие между собой сквозные вертикальные зигзагообразные каналы для прохождения жидкости и газа, и закреплённые на перегородках вертикальные секционирующие пластины трапециевидной формы, формирующие пропускные окна между своими торцами и поверхностью зигзагообразной перегородки, а также вертикальные стержни, плотно примыкающие к зигзагообразным перегородкам и расположенные друг от друга на расстоянии 12 мм≤t≤28 мм, где t - расстояние между вертикальными стержнями, при этом сами зигзагообразные перегородки выполнены с соотношением 0,6≤Н/А≤2,0, где H - высота ступени контакта, А - ширина ступени контакта, отличающееся тем, что вертикальные секционирующие пластины закреплены на зигзагообразных перегородках в их впадинах последовательно одна за другой с образованием из них вертикальных рядов, разделяющих эти перегородки по ширине на секции и формирующих, каждый вместе со своим смежным встречно расположенным на противоположной поверхности перегородки вертикальным рядом единую пару вертикальных рядов, функционирующую в качестве ребра жёсткости этой перегородки.2. Массообменное устройство по п. 1, отличающееся тем, что секции зигзагообразной перегородки, образованные вертикальными рядами секционирующих пластин, по ширине перегородки равны между собой.1. Mass-transfer contact device for the interaction of liquid and gas, containing zigzag partitions, forming between them through vertical zigzag channels for the passage of liquid and gas, and mounted on the partitions are vertical sectioning plates of trapezoidal shape, forming passage windows between their ends and the surface of the zigzag partition, and also vertical rods closely adjacent to zigzag partitions and located at a distance of 12 mm≤t≤28 m from each other m, where t is the distance between the vertical rods, while the zigzag partitions themselves are made with a ratio of 0.6≤N / A≤2.0, where H is the height of the contact step, A is the width of the contact step, characterized in that the vertical sectioning plates fixed on zigzag partitions in their hollows one after another successively with the formation of vertical rows, dividing these partitions in width into sections and forming, each together with its adjacent counter-located on the opposite surface of the partition Vertical, a single pair of adjacent vertical rows of functioning as rigidity of the rib peregorodki.2. The mass transfer device according to claim 1, characterized in that the sections of the zigzag partition formed by the vertical rows of sectioning plates are equal in width to the partition.

Description

Полезная модель относится к тепломассообменной технике, а именно к конструкциям массообменных насадочных контактных устройств, и может быть использована в нефтяной, нефтеперерабатывающей, нефтехимической и других отраслях промышленности для осуществления массообменных процессов между жидкостью и газом.The utility model relates to heat and mass transfer technology, namely, to designs of mass transfer packed contact devices, and can be used in the oil, oil refining, petrochemical and other industries for mass transfer processes between a liquid and a gas.

Известно массообменное контактное устройство для взаимодействия жидкости и газа, содержащее зигзагообразные перегородки, формирующие между собой сквозные вертикальные зигзагообразные каналы для прохождения жидкости и газа, и плотно примыкающие к зигзагообразным перегородкам вертикальные стержни, в котором достигается равномерное пленочное течение жидкости по поверхности перегородок и стержней, а подаваемый встречно снизу вверх газ контактирует с поверхностью истекающей жидкости, не нарушая ее равномерного пленочного течения (Авторское свидетельство СССР №1327897, опубл. 07.08.1987).Known mass transfer contact device for the interaction of liquid and gas, containing zigzag partitions, forming a through vertical zigzag channels for the passage of liquid and gas, and vertical rods tightly adjacent to the zigzag partitions, in which a uniform film flow of liquid along the surface of the partitions and rods is achieved, and the gas supplied counterclockwise contacts the surface of the outflowing liquid without disturbing its uniform film flow (Aut USSR Orsk Certificate No. 1327897, publ. 07.08.1987).

Недостатком этого известного устройства является неразвитая поверхность межфазного контакта жидкости и газа, ограниченная поверхностями истечения жидкости по перегородкам и стержням устройства, и, как следствие, недостаточная интенсивность массопереноса.The disadvantage of this known device is the undeveloped surface of the interfacial contact of the liquid and gas, limited by the surfaces of the fluid flow through the partitions and rods of the device, and, as a result, the insufficient intensity of mass transfer.

Наиболее близким к заявленной полезной модели является массообменное контактное устройство для взаимодействия жидкости и газа, содержащее зигзагообразные перегородки, формирующие между собой сквозные вертикальные зигзагообразные каналы для прохождения жидкости и газа, и закрепленные на них в шахматном порядке вертикальные секционирующие пластины трапециевидной формы, формирующие пропускные окна между своими торцами и поверхностью зигзагообразной перегородки, а также вертикальные стержни, плотно примыкающие к зигзагообразным перегородкам (Патент РФ на полезную модель №139121, опубл. 10.04.2014).Closest to the claimed utility model is a mass transfer contact device for the interaction of liquid and gas, containing zigzag baffles, forming a through vertical zigzag channels for the passage of liquid and gas, and vertically trapezoidal sectional plates fixed on them in a checkerboard pattern, forming passage windows between with its ends and the surface of the zigzag partition, as well as vertical rods that are closely adjacent to the zigzag feathers small cities (RF patent for utility model No. 139121, publ. 04/10/2014).

Это известное массообменное контактное устройство позволяет увеличить поверхность межфазного контакта между жидкостью и газом за счет установки на зигзагообразных перегородках вертикальных секционирующих пластин, поверхности которых служат дополнительными поверхностями пленочного истечения жидкости, а также позволяет выравнить по сечению устройства движение жидкости за счет шахматного расположения вертикальных секционирующих пластин на поверхностях зигзагообразной перегородки и выравнить движение газа за счет его перетока через пропускные окна между торцами секционирующих пластин и поверхностью зигзагообразной перегородки, обеспечив, тем самым, разнонаправленное обдувание газом динамически свободных тонких пленок жидкости и смягчение ударов капель жидкости об ее истекающую пленку и за счет этого снизить пенообразование в устройстве при работе на пенящихся жидкостях и обеспечить более устойчивый гидродинамический режим работы устройства.This well-known mass transfer contact device allows you to increase the interface surface between the liquid and gas by installing vertical sectioning plates on zigzag partitions, the surfaces of which serve as additional surfaces of the film flowing liquid, and also allows you to even out the fluid movement by the staggered arrangement of the vertical sectioning plates on surfaces of the zigzag partition and equalize the movement of gas due to its flow through without pass-through windows between the ends of the sectioning plates and the surface of the zigzag partition, thereby providing multidirectional gas blowing of dynamically free thin liquid films and mitigating the impact of liquid droplets on its expiring film and thereby reduce foaming in the device when working on foaming liquids and provide more stable hydrodynamic mode of operation of the device.

Недостатком этой наиболее близкой к заявляемому решению полезной модели является низкая прочность массообменного устройства из-за рассредоточения секционирующих пластин по площади зигзагообразной перегородки, обуславливающая повышенную нагрузку на его опору при эксплуатации, а при формировании на этой опоре насадки из нескольких вертикально установленных один на другом массообменных устройств ведет либо к необходимости уменьшения высоты самой насадки и, как следствие, к снижению эффективности и интенсивности массообмена, либо к необходимости использования дополнительных опор, что, в свою очередь, удорожает конструкцию, усложняет технологию сборки массообменных насадок и увеличивает временные затраты на ее проведение.The disadvantage of this utility model closest to the claimed solution is the low strength of the mass transfer device due to the dispersion of the sectioning plates over the area of the zigzag partition, which causes an increased load on its support during operation, and when forming on this support nozzles from several mass transfer devices vertically mounted on top of one another leads either to the need to reduce the height of the nozzle itself and, as a result, to a decrease in the efficiency and intensity of mass transfer, or to necessity of use of additional supports, which in turn increases the cost of construction, complicates the mass transfer nozzle assembly technology and increases the time required to carry it out.

Технический результат от использования предлагаемой полезной модели заключается в повышении прочности зигзагообразной перегородки массообменного устройства за счет формирования на противоположных поверхностях зигзагообразной перегородки смежных вертикальных рядов из секционирующих пластин, образующих собой единые пары вертикальных рядов, функционирующих в качестве ребер жесткости перегородки.The technical result from the use of the proposed utility model is to increase the strength of the zigzag septum of the mass transfer device by forming adjacent vertical rows of sectioning plates on opposite surfaces of the zigzag septum, forming single pairs of vertical rows functioning as stiffening ribs of the partition.

Указанный технический результат достигается тем, что в массообменном контактном устройстве для взаимодействия жидкости и газа, содержащем зигзагообразные перегородки, формирующие между собой сквозные вертикальные зигзагообразные каналы для прохождения жидкости и газа, и закрепленные на перегородках вертикальные секционирующие пластины трапецевидной формы, формирующие пропускные окна между своими торцами и поверхностью зигзагообразной перегородки, а также вертикальные стержни, плотно примыкающие к зигзагообразным перегородкам и расположенные друг от друга на расстоянии 12 мм≤t≤28 мм, где t - расстояние между вертикальными стержнями, при этом, сами зигзагообразные перегородки выполнены с соотношением 0,6≤Н/А≤2,0, где H - высота ступени контакта, A - ширина ступени контакта,... вертикальные секционирующие пластины закреплены на зигзагообразных перегородках в их впадинах последовательно одна за другой с образованием из них вертикальных рядов, разделяющих эти перегородки по ширине на секции и формирующих, каждый, вместе со своим смежным встречно расположенным на противоположной поверхности перегородки вертикальным рядом единую пару вертикальных рядов, функционирующую в качестве ребра жесткости этой перегородки.The specified technical result is achieved by the fact that in the mass transfer contact device for the interaction of liquid and gas, containing zigzag partitions forming between them through vertical zigzag channels for the passage of liquid and gas, and mounted on the partitions, vertical sectioning plates of trapezoidal shape, forming passage windows between their ends and the surface of the zigzag partitions, as well as vertical rods that are tightly adjacent to the zigzag partitions and spaced from each other at a distance of 12 mm≤t≤28 mm, where t is the distance between the vertical rods, while the zigzag partitions themselves are made with a ratio of 0.6≤N / A≤2,0, where H is the height of the contact step, A is the width of the contact step, ... vertical sectioning plates are fixed on zigzag partitions in their depressions one after another with the formation of vertical rows that divide these partitions in width into sections and form, each, together with its adjacent counterclockwise false vertical surface of the partition next to a single pair of vertical rows of functioning as reinforcing ribs that partition.

Формирование между вертикальными рядами секционирующих пластин равных по ширине секций способствует равномерному распределению жидкости и газа по ширине каналов.Formation of sections equal in width between the vertical rows of sectioning plates promotes uniform distribution of liquid and gas across the width of the channels.

Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежами, представленными на фигурах:The proposed utility model is illustrated by the drawings presented in the figures:

фиг. 1 - массообменное контактное устройство;FIG. 1 - mass transfer contact device;

фиг. 2 - узел сопряжения вертикальной секционирующей пластины с зигзагообразной перегородкой;FIG. 2 - interface unit of a vertical sectioning plate with a zigzag partition;

фиг. 3 - вид A на фиг. 1.FIG. 3 is a view A in FIG. one.

Массообменное контактное устройство содержит зигзагообразные перегородки 1 (фиг. 1), формирующие между собой сквозные вертикальные зигзагообразные каналы 2 для прохождения жидкости и газа, и закрепленные на перегородках 1 вертикальные секционирующие пластины 3 трапецевидной формы, формирующие пропускные окна для перетока газа 4 между своими торцами и поверхностью зигзагообразной перегородки 1 (фиг. 2), а также вертикальные стержни 5, плотно примыкающие к зигзагообразным перегородкам 1.The mass transfer contact device contains zigzag partitions 1 (Fig. 1), which form vertical zigzag channels 2 for the passage of liquid and gas, and vertical trapezoidal section plates 3 mounted on the partitions 1, which form passage windows for gas overflow 4 between their ends and the surface of the zigzag partition 1 (Fig. 2), as well as the vertical rods 5, which are closely adjacent to the zigzag partitions 1.

Зигзагообразные перегородки 1 выполнены с соотношением H/A=0,6÷2,0, где H - высота ступени контакта, A - ширина ступени контакта. Выбор размеров зигзагообразной перегородки обоснован проведенными испытаниями, результаты которых отражены в таблице №1 и которыми установлено, что в приведенном диапазоне величин Н/А наблюдаются наиболее устойчивые динамические пленки истекающей жидкости с наименьшим дроблением их на капли. При уменьшении соотношения Н/А менее чем на 0,6 единиц, или его увеличении более чем на 2,0 единиц, устойчивость пленки резко снижается и происходит ее дробление на капли.Zigzag partitions 1 are made with the ratio H / A = 0.6 ÷ 2.0, where H is the height of the contact step, A is the width of the contact step. The choice of sizes of the zigzag septum is justified by the tests carried out, the results of which are shown in table No. 1 and which established that in the given range of H / A values the most stable dynamic films of the outflowing liquid are observed with the smallest crushing them into drops. With a decrease in the N / A ratio of less than 0.6 units, or its increase by more than 2.0 units, the film stability decreases sharply and it is crushed into droplets.

Вертикальные секционирующие пластины 3 (фиг. 1) закреплены на противоположных сторонах зигзагообразной перегородки 1 последовательно одна за другой в ее впадинах с образованием из них вертикальных рядов 6, разделяющих эту перегородку по ширине на равные секции 7. При этом, каждый вертикальный ряд 6 формирует вместе со своим смежным встречно расположенным на противоположной поверхности перегородки 1 вертикальным рядом 8 единую пару вертикальных рядов, функционирующую в качестве ребра жесткости 9 этой перегородки 1, повышающего ее прочность и, тем самым, снижающего нагрузку массообменного устройства на его опору (не показана).The vertical sectioning plates 3 (Fig. 1) are fixed on opposite sides of the zigzag partition 1 in series with each other in its hollows to form vertical rows 6 of them, dividing this partition in width into equal sections 7. Moreover, each vertical row 6 forms together with its adjacent vertical row 8 opposite one on the opposite surface of the partition 1, a single pair of vertical rows, functioning as a stiffening rib 9 of this partition 1, increasing its strength , Thereby reducing the load of the mass transfer device on its support (not shown).

Расстояние между вертикальными стержнями 5 соответствует следующему диапазону: 12 мм≤t≤28 мм мм. (таблица №2), поскольку экспериментально именно в таком диапазоне установлен максимальный эффект образования динамически устойчивых двухсторонних пленок жидкости между стержнями 5 и зигзагообразными перегородками 1.The distance between the vertical rods 5 corresponds to the following range: 12 mm≤t≤28 mm mm. (table No. 2), since experimentally it was in this range that the maximum effect of the formation of dynamically stable bilateral liquid films between the rods 5 and the zigzag partitions 1 was established.

Массообменное контактное устройство работает следующим образом.Mass transfer contact device operates as follows.

Жидкость подают в массообменное устройство сверху с помощью распределительного механизма (не показан) и она стекает вниз по каналам 2 и поверхностям зигзагообразных перегородок 1. При этом, фактическая высота формируемого жидкостью слоя у кромки гиба перегородки 1 соответствует толщине ее пленки, а выбранное расстояние между стержнями 5 препятствует свободному перетоку жидкости вдоль кромки гиба зигзагообразной перегородки 1. Поэтому жидкость стекает по поверхностям перегородок сверху вниз в виде динамически-устойчивых пленок.The liquid is fed into the mass transfer device from above using a distribution mechanism (not shown) and it flows down the channels 2 and the surfaces of the zigzag partitions 1. Moreover, the actual height of the layer formed by the liquid at the edge of the bend of the partition 1 corresponds to the thickness of its film, and the selected distance between the rods 5 prevents the free flow of fluid along the edge of the bend of the zigzag partition 1. Therefore, the liquid flows down the surfaces of the partitions from top to bottom in the form of dynamically stable films.

В местах соединения зигзагообразных перегородок 1 со стержнями 5 последние разделяют стекающую пленкой жидкость на три пленочные части: две из которых движутся по перегородке 1 с разных сторон стержня 5, а третья - движется по направлению движения жидкости сверху вниз в виде треугольных динамически-устойчивых не дробящихся на капли параллельных пленок, натянутых между обратной стороной стержня 5 и перегородкой 1, цепляясь, с одной стороны, за жидкость, стекающую по стержням 5, а с другой - за жидкость, стекающую по поверхности зигзагообразной перегородки 1. При этом, динамическая устойчивость внутренних пленок жидкости обуславливается действием сил поверхностного натяжения.At the junction of the zigzag partitions 1 with the rods 5, the latter divide the liquid falling into the film into three film parts: two of which move along the partition 1 from different sides of the rod 5, and the third moves in the direction of the liquid from top to bottom in the form of dynamically stable triangular non-crushable on drops of parallel films stretched between the back of the rod 5 and the partition 1, clinging, on the one hand, to the liquid flowing down the rods 5, and on the other hand, to the liquid flowing down on a zigzag surface partitions 1. In this case, the dynamic stability of the internal liquid films is caused by the action of surface tension forces.

Газ поступает в массообменное устройство снизу с помощью распределительного механизма (не показан) и поднимается вверх по сквозным зигзагообразным каналам 2, частично свободно перетекая через окна 4 в сторону меньшего давления из одной секции 7 зигзагообразной перегородки 1 в другие соседние секции 7 и дополнительно турбулизирует движущиеся по каналу 2 навстречу потоки жидкости и газа, контактирует с динамически-устойчивыми пленками жидкости, не разрывая их на капли, и не формируя пузырей, и равномерно распределяется по ширине канала 2. Такой режим работы массообменного устройства способствует интенсификации массообмена и предотвращает ценообразование в устройстве.Gas enters the mass transfer device from below using a distribution mechanism (not shown) and rises up through the through zigzag channels 2, partially freely flowing through the windows 4 to the side of lower pressure from one section 7 of the zigzag partition 1 to other neighboring sections 7 and additionally turbulizes moving along channel 2 towards the flow of liquid and gas, is in contact with dynamically stable liquid films, without breaking them into drops, and without forming bubbles, and is evenly distributed across the width of channel 2. Ta second operation promotes mass transfer devices and mass transfer intensification prevents pricing device.

Предложенное массообменное контактное устройство для взаимодействия жидкости и газа с совокупностью его существенных признаков позволяет повысить прочность зигзагообразной перегородки массообменного устройства за счет закрепления вертикальных секционирующих пластин последовательно одна за другой с образованием из них вертикальных рядов, разделяющих перегородку по ширине на секции и формирующих, каждый, вместе со своим смежным встречно расположенным на противоположной поверхности перегородки вертикальным рядом единую пару вертикальных рядов, функционирующую в качестве ребра жесткости этой перегородки.The proposed mass transfer contact device for the interaction of liquid and gas with a combination of its essential features makes it possible to increase the strength of the zigzag partition of the mass transfer device by fastening the vertical sectioning plates sequentially one after another with the formation of vertical rows dividing the partition in width into sections and forming each together with its adjacent vertical row on the opposite side of the partition wall a single pair of vert series-local functioning as reinforcing ribs that partition.

Конструкция предлагаемого массообменного устройства позволяет увеличить высоту пакета массообменных контактных устройств, располагаемых в колонне на одной опоре и, как следствие, интенсифицировать процесс массообмена в нем. При этом, по высоте колонны, в которую устанавливают сами пакеты массообменных устройств в два раза сократить количество промежуточных опор для них, что значительно упрощает сборку этих пакетов в насадки, позволяя сократить затраты на производство насадок массообменных устройств и сроки их сборки.The design of the proposed mass transfer device allows you to increase the height of the package of mass transfer contact devices located in the column on one support and, as a result, to intensify the process of mass transfer in it. At the same time, by the height of the column into which the packages of mass transfer devices are installed, halve the number of intermediate supports for them, which greatly simplifies the assembly of these packages into nozzles, thereby reducing the cost of manufacturing nozzles of mass transfer devices and the time for their assembly.

Массообменное контактное устройство успешно прошло испытания и в настоящее время готовится к использованию в нефтяной, нефтеперерабатывающей, нефтехимической и других отраслях промышленности для осуществления массообменных процессов между жидкостью и газом.The mass transfer contact device has been successfully tested and is currently being prepared for use in the oil, refining, petrochemical and other industries for mass transfer processes between liquid and gas.

ПРИМЕРЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИEXAMPLES OF IMPLEMENTATION OF A USEFUL MODEL

Таблица №1Table number 1 Скорость захлебывания аппарата (W, м/с) при различных отношениях H/a и плотности орошения 150 м³/м²-чThe flooding rate of the apparatus (W, m / s) at various H / a ratios and irrigation density of 150 m ³ / m ² -h Н/аOn 0,30.3 0,50.5 0,60.6 1,01,0 1,51,5 2,02.0 2,22.2 2,52.5 WW 0,90.9 1,51,5 1,81.8 2,02.0 2,12.1 2,02.0 1,71.7 1,31.3 Таблица №2Table number 2 Скорость захлебывания аппарата (W, м/с) при различном расстоянии между вертикальными стержнями (t, мм) и плотности орошения 150 м³/м²-чThe flooding rate of the apparatus (W, m / s) at different distances between the vertical rods (t, mm) and the irrigation density of 150 m ³ / m ² -h tt 99 1212 15fifteen 20twenty 2525 2828 3131 WW 1,31.3 1,81.8 2,02.0 2,22.2 2,12.1 2,02.0 1,41.4

Claims

1. Mass-transfer contact device for the interaction of liquid and gas, containing zigzag partitions, forming between them through vertical zigzag channels for the passage of liquid and gas, and mounted on the partitions are vertical sectioning plates of trapezoidal shape, forming passage windows between their ends and the surface of the zigzag partition, and also vertical rods closely adjacent to zigzag partitions and located at a distance of 12 mm≤t≤28 m from each other m, where t is the distance between the vertical rods, while the zigzag partitions themselves are made with a ratio of 0.6≤N / A≤2.0, where H is the height of the contact step, A is the width of the contact step, characterized in that the vertical sectioning plates fixed on zigzag partitions in their hollows one after another successively with the formation of vertical rows, dividing these partitions in width into sections and forming, each together with its adjacent counter-located on the opposite surface of the partition Vertical, a single pair of adjacent vertical rows of functioning as a stiffening rib of the partition wall.

2. Mass transfer device according to claim 1, characterized in that the sections of the zigzag partition formed by vertical rows of sectioning plates are equal in width to the partition.