RU173764U1

RU173764U1 - MASS TRANSFER COLUMN WITH FLOATING NOZZLE

Info

Publication number: RU173764U1
Application number: RU2017119936U
Authority: RU
Inventors: Александр Борисович Голованчиков; Ольга Александровна Залипаева; Павел Павлович Залипаев; Петр Сергеевич Васильев; Елена Александровна Мишта; Александр Александрович Коберник
Priority date: 2017-06-06
Filing date: 2017-06-06
Publication date: 2017-09-11

Abstract

Предлагаемая полезная модель относится к массообменным аппаратам и может найти применение в химической, нефтехимической, пищевой и в других отраслях промышленности, а также в процессах очистки газов от примесей.Техническим результатом предлагаемой конструкции массообменной колонны с плавающей насадкой является увеличение ее производительности.Поставленный технический результат достигается тем, что массообменная колонна с плавающей насадкой для взаимодействия между газом и жидкостью включает вертикальный цилиндрический корпус, поярусно расположенные в нем поддерживающие распределительные конические решетки с прорезями, вертикальный стержень, закрепленный к вершинам конусов, насадку из пенополимерного материала, при этом конусы конических решеток ориентированы вершинами вверх, а элементы насадки выполнены в виде гофр.The proposed utility model relates to mass transfer apparatus and can be used in chemical, petrochemical, food and other industries, as well as in processes for cleaning gases from impurities. The technical result of the proposed design of a mass transfer column with a floating nozzle is to increase its productivity. The technical result is achieved the fact that the mass transfer column with a floating nozzle for interaction between gas and liquid includes a vertical cylindrical body, p stacked disposed therein supporting distributive conical grating with slots vertical rod fixed to the tops of the cones of the nozzle penopolimernogo material, the tapered cones vertices gratings are oriented upwards and the nozzle elements are in the form of corrugations.

Description

Предлагаемое техническое решение относится к массообменным аппаратам и может найти применение в химической, нефтехимической, пищевой и в других отраслях промышленности, а также в процессах очистки газов от примесей.The proposed technical solution relates to mass transfer apparatus and can be used in chemical, petrochemical, food and other industries, as well as in gas purification from impurities.

Известны конструкции абсорберов с псевдоожиженной насадкой, предназначенные для проведения процессов, в которых газ контактирует и взаимодействует с жидкостью, содержащие корпус с патрубками для ввода и вывода газа и жидкости, опорно-распределительные и ограничительную решетки, между которыми помещены слои подвижной насадки (А.Л. Заминян, В.М. Рамм "Абсорберы с псевдоожиженной насадкой", М.: Химия, 1980. С. 12-13).Known designs of absorbers with a fluidized nozzle, designed to carry out processes in which gas contacts and interacts with a liquid, comprising a housing with nozzles for introducing and discharging gas and liquid, support distribution and restrictive gratings, between which layers of a movable nozzle are placed (A. L. Zaminyan, VM Ramm "Absorbers with a fluidized nozzle", M .: Chemistry, 1980. S. 12-13).

Недостатком такого абсорбера является то, что элементы насадки шаровой формы одного размера и одинаковой массы совершают при соударении хаотические движения, которые недостаточны для интенсивного перемешивания взаимодействующих фаз. Кроме того, таким абсорберам при малых скоростях газа свойственны явления пассивного выстраивания насадки вдоль стенок аппарата, а также возникновение циркуляционных потоков, когда насадка циркулирует внутри аппарата: в центральной части движется вверх, а у стенок вниз. Эти явления снижают эффективность работы абсорбера и производительность.The disadvantage of this absorber is that the elements of the nozzle spherical shape of the same size and the same mass undergo collision chaotic movements, which are insufficient for intensive mixing of the interacting phases. In addition, such absorbers at low gas velocities are characterized by the phenomena of passive alignment of the nozzle along the walls of the apparatus, as well as the occurrence of circulation flows when the nozzle circulates inside the apparatus: in the central part it moves up, and at the walls it moves down. These phenomena reduce absorber efficiency and productivity.

Известен абсорбер с псевдоожиженной насадкой, содержащий корпус с патрубками для ввода и вывода газа и жидкости, опорно-распределительные и ограничительную решетки, между которыми помещены два слоя подвижной насадки, причем элементы подвижной насадки выполнены отличающимися по массе и размеру и плотность материала выбирается из условия гидродинамического равновесия в потоке элементов различного размера (Описание изобретения к патенту РФ №2178333, B01D 47/14, B01D 53/18, 2002 г.)A known absorber with a fluidized nozzle, comprising a housing with nozzles for input and output of gas and liquid, support distribution and restrictive gratings, between which two layers of the movable nozzle are placed, the elements of the movable nozzle are made differing in weight and size and the density of the material is selected from the hydrodynamic condition equilibrium in the flow of elements of various sizes (Description of the invention to the patent of the Russian Federation No. 2178333, B01D 47/14, B01D 53/18, 2002)

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится возможность загрязнения насадки в процессе взаимодействия фаз, отсутствие перемешивания и турбулизации газовых и жидкостных потоков внутри насадки и, как следствие, несущественное повышение эффективности тепло- и массообменных процессов, что приводит к снижению производительности.The reasons that impede the achievement of the desired technical result include the possibility of contamination of the nozzle during the phase interaction, the lack of mixing and turbulization of gas and liquid flows inside the nozzle and, as a result, a slight increase in the efficiency of heat and mass transfer processes, which leads to a decrease in productivity.

Известна секционная насадочная колонна, включающая вертикальный цилиндрический корпус, внутри которого поярусно поочередно по высоте установлены перфорированные решетки, выполненные в виде конусов, ориентированных вершинами вверх, слой насадки (Описание изобретения к патенту РФ №2097095, B01D 3/22, 1997 г.).A sectional packed column is known, including a vertical cylindrical body, inside of which perforated grids are arranged alternately in alternating height, made in the form of cones oriented with their vertices pointing upward, the packing layer (Description of the invention to RF patent No. 2097095, B01D 3/22, 1997).

Недостатком такой колонны является неравномерность распределения элементов насадки на поверхности конических решеток и отсутствие интенсивного перемешивания газовых и жидкостных потоков внутри насадки, что приводит к снижению производительности колонны.The disadvantage of this column is the uneven distribution of the nozzle elements on the surface of the conical gratings and the lack of intensive mixing of gas and liquid flows inside the nozzle, which leads to a decrease in the performance of the column.

Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявленному объекту и выбранному за прототип является конструкция массообменной колонны с плавающей насадкой, включающая вертикальный цилиндрический корпус, поярусно расположенные в нем поддерживающие распределительные конические решетки с прорезями, вертикальный стержень, закрепленный к вершинам конусов, при этом элементы насадки имеют шарообразной форму и выполнены из полимерных материалов с плотностью, близкой к плотности воды (Описание изобретения к патенту РФ №2102106, B01D 3/22, 1998 г.).The closest technical solution for the totality of features to the declared object and selected for the prototype is the design of a mass transfer column with a floating nozzle, including a vertical cylindrical body, supporting conical distribution gratings with slots in a belt, vertical rod fixed to the tops of the cones, while the nozzle elements have a spherical shape and are made of polymeric materials with a density close to the density of water (Description of the invention to the patent of the Russian Federation 2102106, B01D 3/22, 1998).

Недостатком такой массообменной колонны с плавающей насадкой является то, при больших расходах жидкой фазы по сравнению с расходом газа насадка будет прижиматься к поверхностям конических решеток, что приводит к ухудшению массообмена и, как следствие, к снижению производительности колонны.The disadvantage of such a mass transfer column with a floating nozzle is that at high flow rates of the liquid phase compared to the gas flow rate, the nozzle will be pressed to the surfaces of the conical gratings, which leads to a deterioration in mass transfer and, as a consequence, to a decrease in the productivity of the column.

Техническим результатом предлагаемой конструкции массообменной колонны с плавающей насадкой является увеличение ее производительности.The technical result of the proposed design of the mass transfer columns with a floating nozzle is to increase its productivity.

Поставленный технический результат достигается тем, что массообменная колонна с плавающей насадкой для взаимодействия между газом и жидкостью, включающая вертикальный цилиндрический корпус, поярусно расположенные в нем поддерживающие распределительные конические решетки с прорезями, вертикальный стержень, закрепленный к вершинам конусов, насадку из пенополимерного материала, при этом конусы конических решеток ориентированны вершинами вверх, а элементы насадки выполнены в виде гофр.The technical result is achieved by the fact that the mass transfer column with a floating nozzle for interaction between gas and liquid, including a vertical cylindrical body, supporting conical distribution gratings with slots in tiers, a vertical rod fixed to the tops of the cones, a nozzle made of foam material, the cones of the conical gratings are oriented upwards, and the nozzle elements are made in the form of corrugations.

Использование массообменной колонны с плавающей насадкой, элементы которой выполнены в виде гофр, приводит к интенсивной турбулизации газо-жидкостного потока за счет динамичного изменения поверхности насадки в процессе массопереноса. Кроме того, в процессе эксплуатации происходит самоочищение гофрированных элементов насадки за счет вибрации поверхности гофр и, как следствие, повышение производительности колонны.The use of a mass transfer column with a floating nozzle, the elements of which are made in the form of corrugations, leads to intensive turbulization of the gas-liquid flow due to dynamic changes in the surface of the nozzle during mass transfer. In addition, during operation, self-cleaning of the corrugated nozzle elements occurs due to vibration of the surface of the corrugations and, as a result, an increase in the productivity of the column.

Гофрированные элементы насадки имеет значительный свободный объем и поверхность, их выполнение из пенополимерного материала позволяет проводить массообменный процесс в условиях псевдоожиженного слоя при высокотурбулизированном трехфазном потоке газ, жидкость, твердая фаза (плавающие элементы насадки) по всему объему между распределительными коническими решетками.The corrugated nozzle elements have a significant free volume and surface; their implementation from a foam material allows the mass transfer process in a fluidized bed with a highly turbulized three-phase flow of gas, liquid, solid phase (floating nozzle elements) throughout the volume between conical distribution gratings.

Выполнение элементов насадки из пенополимерного материала увеличивает их положительную плавучесть, предотвращает их прижимание к коническим решеткам при больших расходах жидкости по сравнению с расходом газа, обеспечивая создание взвешенного слоя насадки при высоких скоростях жидкости, движущейся вниз по колонне, что интенсифицирует тепло- массообменные процессы и увеличивает производительность.The implementation of the elements of the nozzle made of foam material increases their positive buoyancy, prevents them from being pressed against the conical gratings at high liquid flow rates compared to the gas flow rate, ensuring the creation of a suspended layer of the nozzle at high liquid velocities moving down the column, which intensifies heat and mass transfer processes and increases performance.

Подвижные вибрирующие гофрированные стенки элементов насадки имеют высокую смачиваемую поверхность, сбивают границы раздела фаз и приводят к интенсификации массопереноса и теплообмена в процессе работы колонны, что повышает производительность.Moving vibrating corrugated walls of the nozzle elements have a high wettable surface, knock down the phase boundary and lead to the intensification of mass transfer and heat transfer during the operation of the column, which increases productivity.

Высокая скорость движения элементов насадки позволяет эффективно разбивать возникающие в псевдоожиженном слое газовые пузыри, включая застойные зоны, что способствует равномерности псевдоожиженного слоя, повышает эффективность работы массообменной колонны и производительность.The high speed of the movement of the elements of the nozzle allows you to effectively break the gas bubbles that occur in the fluidized bed, including stagnant zones, which contributes to the uniformity of the fluidized bed, increases the efficiency of the mass transfer column and productivity.

Ориентация конусов конических решеток вершинами вверх позволяет нивелировать возможность скапливания гофрированных элементов насадки у периферии конических решеток (у стенок колонны), обеспечивая тем самым равномерное распределение насадки в псевдоожиженном слое по всему сечению колонны, что способствует росту производительности.Orientation of the cones of the conical gratings with their tops up makes it possible to level the possibility of accumulation of corrugated nozzle elements at the periphery of the conical gratings (at the column walls), thereby ensuring uniform distribution of the nozzle in the fluidized bed over the entire cross section of the column, which contributes to an increase in productivity.

На фиг. 1 представлена массообменная колонна (в продольном разрезе) с плавающей насадкой. На фиг. 2 изображен гофрированный элемент плавающей насадки (в продольном разрезе).In FIG. 1 shows a mass transfer column (in longitudinal section) with a floating nozzle. In FIG. 2 shows a corrugated element of a floating nozzle (in longitudinal section).

Массообменная колонна) содержит вертикальный цилиндрический корпус 1, поддерживающие конические распределительные решетки 2 в виде конусов, ориентированных вершинами вверх, с перфорациями в виде арочных прорезей 3. Внутри отверстий конических решеток 2 установлен вертикальный стержень 4, закрепленный к вершинам решеток 2 точечной сварки, причем наружный диаметр стержня 4 меньше внутреннего диаметра отверстия у вершины конической решетки 2, между внутренними стенками отверстия у вершин конических решеток 2 и поверхностью стержня 4 образуются пространства для прохождения газа и жидкости. На каждой распределительной конической решетке 2 засыпан слой насадки 5. Под коническими решетками 2 расположена горизонтальная распределительная решетка 6, предотвращающая осаждение насадки в нижнюю часть колонны. Элементы насадки выполнены в виде гофр. Самые меньшие линейные размеры элементов насадки 5, засыпаемой на распределительные решетки 2, больше разности между внутренним диаметром корпуса 1 и наружным диаметром конической распределительной решетки 2. Слой насадки 5 засыпается на каждую распределительную решетку 2 последовательно снизу вверх при опускании каждой решетки 2 в колонну на высоту, равную не больше половины расстояния между смежными решетками 2 по высоте. Высота слоя насадки 5 на каждой конической распределительной решетке 2 равна не меньше половины расстояния между решетками 2 по высоте. Для подачи газа служит штуцер 7, для выхода газовой фазы - штуцер 8, Для подачи жидкости в колонну служит штуцер 9, установленный над распределительной решеткой 6, и штуцер 10 служит для отвода жидкости,The mass transfer column) contains a vertical cylindrical body 1 supporting conical distribution grids 2 in the form of cones oriented upward with perforations in the form of arched slots 3. Inside the holes of the conical grids 2 there is a vertical rod 4 fixed to the tops of the spot welding grids 2, the outer one the diameter of the rod 4 is less than the inner diameter of the hole at the top of the conical grating 2, between the inner walls of the hole at the tops of the conical gratings 2 and the surface of the rod 4 form spaces for the passage of gas and liquid. On each distribution conical grating 2, a layer of nozzle 5 is buried. Under the conical gratings 2 there is a horizontal distribution grating 6, which prevents the nozzle from settling in the lower part of the column. The elements of the nozzle are made in the form of corrugations. The smallest linear dimensions of the elements of the nozzle 5, which are poured onto the distribution grilles 2, are larger than the difference between the inner diameter of the housing 1 and the outer diameter of the conical distribution grill 2. The layer of the nozzle 5 is poured onto each distribution grill 2 sequentially from the bottom up while lowering each grill 2 into the column to a height equal to not more than half the distance between adjacent lattices 2 in height. The height of the nozzle layer 5 on each conical distribution grid 2 is not less than half the distance between the grids 2 in height. A nozzle 7 is used to supply gas, a nozzle 8 is used to exit the gas phase. A nozzle 9 is installed above the distribution grid 6 to supply liquid to the column, and a nozzle 10 serves to drain the liquid,

Массообменная колонна с плавающей насадкой работает следующим образом. Газ поступает в корпус колонны снизу и движется вверх, проходит через арочные прорези 3 распределительных решеток 2, контактируя при этом со стекающей сверху вниз жидкостью, сообщая ей часть кинетической энергии, в результате чего в слое насадки 5 на решетке 2 образуется высокотурбулизированный трехфазный слой, состоящий из газа, жидкости и насадки, плавающей в газо-жидкостном слое между двумя смежными по высоте решетками 2 нижней и верхней. В условиях высоких линейных скоростей газа за счет соударений газа и жидкости с гофрированными элементами плавающей насадки 5 образуется дополнительная высокоразвитая межфазная вибрирующая поверхность, на которой происходит конвективный массообмен между фазами, при этом твердая фаза в виде плавающих подвижных элементов насадки создают дополнительную турбулизацию фаз газ-жидкость, обеспечивая высокую эффективность массообменного процесса в насадочной колонне. При накоплении на решетке 2 жидкости последняя частично сливается через отверстие у конуса решетки 2 между стенками отверстия и стенками стержня 4, так как внутренний диаметр отверстия у конуса больше наружного диаметра стержня, частично сливаются через нижние арочные прорези 3 решетки 2, а также через край основания конической решетки 2 в пространстве между внутренними стенками корпуса 1 и наружными кромками конической решетки 2. Причем распределение слива жидкости с решетки 2 происходит неравномерно через различные отверстия к щели. При малых удельных нагрузках по газу и жидкости слив жидкости происходит преимущественно через нижние арочные прорези 3 и щели решеток 2, а газ проходит преимущественно через верхние прорези 3 и щели решеток 2, при этом эффективность массообмена будет значительно ниже, чем при высокотурбулентном режиме.Mass transfer column with a floating nozzle operates as follows. Gas enters the column body from the bottom and moves upward, passes through the arched slots 3 of the distribution grids 2, in contact with the liquid flowing from top to bottom, giving it part of the kinetic energy, as a result of which a highly turbulent three-phase layer is formed in the nozzle layer 5 on the grid 2, consisting of from gas, liquid and nozzles floating in a gas-liquid layer between two lower and upper gratings 2 adjacent in height. Under conditions of high linear gas velocities due to collisions of gas and liquid with corrugated elements of the floating nozzle 5, an additional highly developed interphase vibrating surface is formed on which convective mass transfer between the phases occurs, while the solid phase in the form of floating moving nozzle elements creates additional turbulence of gas-liquid phases , providing high efficiency mass transfer process in the packed column. When liquid accumulates on the grate 2, the latter partially merges through the hole at the cone of the grate 2 between the walls of the hole and the walls of the rod 4, since the inner diameter of the hole at the cone is larger than the outer diameter of the rod, partially merge through the lower arched slots 3 of the grate 2, and also through the edge of the base conical lattice 2 in the space between the inner walls of the housing 1 and the outer edges of the conical lattice 2. Moreover, the distribution of fluid drain from the lattice 2 occurs unevenly through various openings to the slit. At low specific gas and liquid loads, the liquid is drained mainly through the lower arched slots 3 and the slots of the gratings 2, and the gas passes mainly through the upper slots 3 and the slots of the gratings 2, while the mass transfer efficiency will be significantly lower than in the highly turbulent mode.

Таким образом, выполнение конструкции массообменной колонны с ориентацией конусов конических решеток вершинами вверх и плавающей насадкой, элементы которой изготовлены в виде гофр из пенополимерного материала, при высоких расходах жидкой фазы по сравнению с расходом газа обеспечивает псевдоожижение насадки малой плотности, непрерывную вибрацию поверхности гофр, на которых происходит тепло-массообменные процессы между газовой и жидкой фазами, и позволяет увеличить производительность колонны за счет интенсивного перемешивания газовой фазы с жидкостью в слое насадки в широком диапазоне колебаний этих расходов.Thus, the design of the mass transfer column with the cones of the conical lattices oriented upward and with a floating nozzle, the elements of which are made in the form of corrugations of foam material, at high flow rates of the liquid phase compared with the gas flow rate, provides fluidization of the low density nozzle, continuous vibration of the corrugation surface which heat-mass transfer processes occur between the gas and liquid phases, and allows you to increase the performance of the column due to intensive mixing of gases phase with the liquid in the layer of the nozzle in a wide range of fluctuations of these costs.

Claims

A mass transfer column with a floating nozzle for interaction between gas and liquid, including a vertical cylindrical body, supporting the distribution conical gratings with slots in tiers, a vertical rod fixed to the tops of the cones, a foam nozzle, characterized in that the cones of the conical gratings are oriented with their vertices up, and the nozzle elements are made in the form of corrugations.