RU201962U1

RU201962U1 - Column for contacting gas with liquid

Info

Publication number: RU201962U1
Application number: RU2020116459U
Authority: RU
Inventors: Наталья Андреевна Прохоренко; Александр Борисович Голованчиков; Наталия Валентиновна Шибитова; Роман Саргисович Кочарян
Priority date: 2020-05-20
Filing date: 2020-05-20
Publication date: 2021-01-25

Abstract

Предлагаемое техническое решение относится к конструкциям тарелок массообменных аппаратов и может найти применение в химической, нефтехимической, газовой, пищевой, фармацевтической, энергетической и других отраслях промышленности, а также в экологических процессах разделения растворов и газов в процессах ректификации, абсорбции, экстракции и промывки газов.Техническим результатом предлагаемой конструкции колонны для контактирования газа (пара) с жидкостью является увеличение производительности.Поставленный технический результат достигается тем, что колонна для контактирования газа с жидкостью состоит из тарелок с S-образными элементами и переливных устройств, при этом каждый S-образный элемент тарелок колонны снабжен вертикальной перегородкой с отбойным козырьком, погруженной нижним кольцом в жидкость на тарелке, причем S-образные элементы с вертикальной перегородкой установлены по окружности осесимметрично с одинаковым зазором между смежными окружностями с S-образными элементами, в котором равномерно расположены переливные устройства, представляющие собой трубки.The proposed technical solution relates to the designs of trays of mass transfer apparatus and can be used in the chemical, petrochemical, gas, food, pharmaceutical, energy and other industries, as well as in the environmental processes of separation of solutions and gases in the processes of rectification, absorption, extraction and washing of gases. The technical result of the proposed design of the column for contacting gas (vapor) with liquid is to increase productivity. The technical result achieved is that the column for contacting gas with liquid consists of trays with S-shaped elements and overflow devices, with each S-shaped element of the trays the columns are equipped with a vertical baffle with a baffle cap, immersed in the lower ring in the liquid on a tray, and the S-shaped elements with a vertical baffle are installed axially symmetrically around the circumference with the same gap between adjacent circles with S-shaped elements, in which overflow devices, which are tubes, are evenly spaced with a torus.

Description

Предлагаемое техническое решение относится к конструкциям тарелок массообменных аппаратов и может найти применение в химической, нефтехимической, газовой, пищевой, фармацевтической, энергетической и других отраслях промышленности, а также в экологических процессах разделения растворов и газов в процессах ректификации, абсорбции, экстракции и промывки газов.The proposed technical solution relates to the designs of trays of mass transfer apparatus and can be used in the chemical, petrochemical, gas, food, pharmaceutical, energy and other industries, as well as in the environmental processes of separation of solutions and gases in the processes of rectification, absorption, extraction and washing of gases.

Известна барботажная тарелка массообменного аппарата, состоящая из S-образных элементов, расположенных поперек потока жидкости, отличающаяся тем, что, с целью увеличения диапазона устойчивой работы и эффективности аппарата, между кромкой S-образных элементов и тыльной частью колпачков устанавливают газораспределительные перфорированные листы (авт.св. СССР № 223044, В01 D3/18, 1968 г.).Known bubble plate mass transfer apparatus, consisting of S-shaped elements located across the flow of liquid, characterized in that, in order to increase the range of stable operation and efficiency of the apparatus, between the edge of the S-shaped elements and the back of the caps install gas distribution perforated sheets (ed. St. USSR No. 223044, B01 D3 / 18, 1968).

К причине, препятствующей достижению заданного технического результата, относится недостаточная поверхность контакта фаз, создаваемая на поверхности перфорированных листов, что в целом значительно снижает производительность.The reason that prevents the achievement of the desired technical result is the insufficient contact surface of the phases created on the surface of the perforated sheets, which in general significantly reduces productivity.

Известна тарелка для массообменных аппаратов, включающая переливное устройство и продольные параллельно установленные контактные элементы в виде П-образных желобов с одной перфорированной вертикальной стенкой, причем с целью интенсификации процесса массообмена за счет увеличения поверхности контакта фаз и уменьшения брызгоуноса, противоположная стенка П-образных желобов выполнена гофрированной, верхняя часть желобов снабжена чешуями, установленными по направлению движения пара (газа), и между П-образными элементами установлеы Т-образные ситчатые интенсификаторы (авт.св. СССР № 361796, В01D 3/20, 1970 г.).A plate for mass transfer apparatus is known, including an overflow device and longitudinal parallel-mounted contact elements in the form of U-shaped troughs with one perforated vertical wall, and in order to intensify the mass transfer process by increasing the contact surface of the phases and reducing spray loss, the opposite wall of the U-shaped troughs is made corrugated, the upper part of the gutters is equipped with scales installed in the direction of steam (gas) movement, and T-shaped sieve intensifiers are installed between the U-shaped elements (ed.of the USSR No. 361796, B01D 3/20, 1970).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится то, что П-образные элементы и Т-образные ситчатые интенсификаторы будут забиваться из-за недостаточного потока жидкости (газа), из-за чего необходимо останавливать оборудование и проводить очистку этой области, что будет вызывать снижение производительности.The reasons that impede the achievement of a given technical result include the fact that U-shaped elements and T-shaped sieve intensifiers will be clogged due to insufficient flow of liquid (gas), which is why it is necessary to stop the equipment and clean this area, which will cause performance degradation.

Известна S-образные тарельчатые колонны, которые включают в себя тарелку, S-образные элементы и переливные перегородки (Машины и аппараты общехимического назначения / Шаповалов Ю.Н., Шейн В.С. // под общей редакцией Воронежского университета, 1981 г. - 303 с.).Known S-shaped disc columns, which include a plate, S-shaped elements and overflow baffles (Machines and apparatus for general chemical purposes / Shapovalov Yu.N., Shane V.S. // edited by Voronezh University, 1981 - 303 s.).

К причине, препятствующей достижению заданного технического результата, относится недостаточная поверхность контакта фаз, создаваемая на поверхности S-образных тарельчатых колонн, что снижает эффективность тепло- и массообмена между жидкостью и газом или паром, а значит и уменьшает производительность.The reason that impedes the achievement of the specified technical result is the insufficient contact surface of the phases created on the surface of the S-shaped disc columns, which reduces the efficiency of heat and mass transfer between liquid and gas or steam, and therefore reduces productivity.

Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявляемому объекту и принятому за прототип является колонна для контактирования газа (пара) с жидкостью, например, в процессах ректификации и абсорбции, состоящая из тарелок с S-образными элементами и переливных устройств, причем с целью обеспечения развитой поверхности контакта фаз, исключения возможности перемешивания жидкости на тарелке и увеличения ее производительности, каждый S-образный элемент тарелок колонны снабжен вертикальной перегородкой с отбойным козырьком, не доходящей до дна тарелки и погруженной нижним кольцом в жидкость на тарелке (авт.св. СССР № 230780, В01 D3/18, 1967 г.).The closest technical solution in terms of the totality of features to the claimed object and taken as a prototype is a column for contacting gas (steam) with a liquid, for example, in the processes of rectification and absorption, consisting of plates with S-shaped elements and overflow devices, and in order to provide a developed contact surfaces of the phases, excluding the possibility of mixing the liquid on the tray and increasing its productivity, each S-shaped element of the column trays is equipped with a vertical baffle with a baffle cap that does not reach the bottom of the tray and is immersed in the lower ring into the liquid on the tray (USSR author's number 230780 , B01 D3 / 18, 1967).

К причине, препятствующей достижению заданного технического результата, относится малая площадь создания поверхности контакта фаз, образованная S-образный элементом тарелок колонны и вертикальной перегородкой с отбойным козырьком, из-за чего происходит недостаточный массоперенос на поверхности слоя жидкости образующегося между S-образным элементом тарелок колонны, снабженным отбойным козырьком, что снижает производительность.The reason that impedes the achievement of the specified technical result is the small area of creation of the phase contact surface formed by the S-shaped element of the column trays and a vertical baffle with a baffle visor, due to which there is insufficient mass transfer on the surface of the liquid layer formed between the S-shaped element of the column trays equipped with a baffle plate, which reduces productivity.

Техническим результатом предлагаемой конструкции колонны для контактирования газа (пара) с жидкостью является увеличение производительности.The technical result of the proposed design of the column for contacting gas (vapor) with liquid is to increase productivity.

Поставленный технический результат достигается тем, что колонна для контактирования газа с жидкостью состоит из тарелок с S-образными элементами и переливных устройств, при этом каждый S-образный элемент тарелок колонны снабжен вертикальной перегородкой с отбойным козырьком, погруженной нижним кольцом в жидкость на тарелке, причем S-образные элементы с вертикальной перегородкой, установлены по окружности, осесимметрично с одинаковым зазором между смежными окружностями с S-образными элементами, в котором равномерно расположены переливные устройства, представляющие собой трубки.The delivered technical result is achieved by the fact that the column for contacting gas with liquid consists of trays with S-shaped elements and overflow devices, while each S-shaped element of the columns' trays is equipped with a vertical baffle with a baffle cap immersed in the lower ring in the liquid on the tray, and S-shaped elements with a vertical partition, installed along the circumference, axisymmetrically with the same gap between adjacent circles with S-shaped elements, in which the overflow devices, which are tubes, are evenly located.

Установка S-образных элементов с вертикальной перегородкой по окружности, осесимметрично с одинаковым зазором между смежными окружностями с S-образными элементами, позволяет увеличить площадь поверхности контакта фаз между стекающей жидкостью и поднимающимся вверх газом (паром), и будет способствовать интенсификации тепло- и массообменных процессов, что приведет к увеличению производительности.Installation of S-shaped elements with a vertical partition along the circumference, axisymmetrically with the same gap between adjacent circles with S-shaped elements, allows you to increase the surface area of the phase contact between the flowing liquid and the rising gas (vapor), and will contribute to the intensification of heat and mass transfer processes , which will lead to increased performance.

Выполнение переливных устройств в виде трубок, равномерно расположенных по окружности в зазоре между смежными окружностями с установленными S-образными элементами, позволяет равномерно орошать нижестоящую тарелку, что будет способствовать интенсификации процесса и приведет к увеличению производительности.The implementation of the overflow devices in the form of tubes, evenly spaced around the circumference in the gap between adjacent circles with installed S-shaped elements, allows uniform irrigation of the lower tray, which will contribute to the intensification of the process and will lead to an increase in productivity.

На фиг. 1 изображен общий вид в разрезе колонны для контактирования газа (пара) с жидкостью предлагаемой конструкции, на фиг.2 представлен вид сверху схемы предлагаемой конструкции тарелки.FIG. 1 shows a general sectional view of a column for contacting a gas (vapor) with a liquid of the proposed design; Fig. 2 shows a top view of a diagram of the proposed design of a tray.

Колонна для контактирования газа с жидкостью содержит корпус 1, тарелки 2, состоящие из S-образных элементов с одной глухой стенкой 3 и одной перфорированной вертикальной стенкой 4, вертикальных перегородок 5 с отбойным козырьком 6 и переливных устройств 7, представляющих собой трубки. S-образные элементы установлены по окружности. Таких окружностей, образованных S-образными элементами, может быть несколько на тарелке (на фиг. 1 и 2 показан пример колонны с двумя окружностями, образованными S-образными элементами), при этом данные окружности, образованные S-образными элементами, расположены осесимметрично с одинаковым зазором между смежными окружностями с S-образными элементами, в котором равномерно расположены переливные устройства 7, представляющие собой трубки. S-образные элементы и вертикальные перегородки 5 с помощью специальных пластин (на фиг.1 не показаны) соединяются между собой и образуют полотно тарелки 2. При этом исключается необходимость в каркасе для крепления элементов тарелки 2. Газовая (паровая) фаза проходит по каналам А, образованным глухой стенкой 3 и перфорированной вертикальной стенкой 4, установленные по окружности. После прохождения канала А, газ (пар) попадает в каналы Б, образованный перфорированными вертикальными стенками 4 S-образных элементов, установленные по окружности. После чего газ (пар) попадает в жидкость, находящуюся в каналах В, образующихся между перфорированной вертикальной стенкой 4 и вертикальными перегородками 5, установленные по окружности. Образованная газо(паро)-жидкостная эмульсия (пена), отбрасывается отбойными козырьками 6 к переливному устройству 7 в канал Г.The column for contacting gas with liquid contains a body 1, trays 2, consisting of S-shaped elements with one blank wall 3 and one perforated vertical wall 4, vertical partitions 5 with a baffle plate 6 and overflow devices 7, which are tubes. S-shaped elements are installed in a circle. There can be several such circles formed by S-shaped elements on a plate (Figs. 1 and 2 show an example of a column with two circles formed by S-shaped elements), while these circles formed by S-shaped elements are arranged axisymmetrically with the same a gap between adjacent circles with S-shaped elements, in which the overflow devices 7, which are tubes, are evenly located. S-shaped elements and vertical partitions 5 with the help of special plates (not shown in Fig. 1) are interconnected and form a sheet of the plate 2. This eliminates the need for a frame for fixing the elements of the plate 2. The gas (vapor) phase passes through channels A formed by a blank wall 3 and a perforated vertical wall 4, installed around the circumference. After passing through channel A, gas (steam) enters channels B, formed by perforated vertical walls of 4 S-shaped elements installed around the circumference. After that, the gas (vapor) enters the liquid located in the channels B formed between the perforated vertical wall 4 and the vertical partitions 5 installed around the circumference. The formed gas (steam)-liquid emulsion (foam) is thrown by the baffle caps 6 to the overflow device 7 into channel G.

Колонна для контактирования газа с жидкостью работает следующим образом.The column for contacting gas with liquid works as follows.

Газовая (паровая) фаза поступает с нижележащей тарелки 2 или из куба колонны под тарелку 2 в каналы А, образованные глухой стенкой 3 и перфорированной вертикальной стенкой 4 двух соседних S-образных элементов. Затем газ идет в каналы Б и барботирует через отверстия в перфорированных вертикальных стенках 4 S-образных элементов в жидкость, находящуюся в каналах В между перфорированной вертикальной стенкой 4 и вертикальными перегородками 5. При этом образуется газо(паро)-жидкостная эмульсия (пена), имеющая меньший удельный вес, чем жидкость, стекающая с вышележащей тарелки 2 или поступившая из соседнего канала В тарелки 2. За счет меньшего удельного веса газо(паро)-жидкостная эмульсия, имеющая развитую поверхность контакта, поднимается вверх по каналу В (происходит явление газлифта). При этом осуществляется контакт между газом (паром) и жидкостью. Затем газо(паро)-жидкостная смесь отбрасывается по направлению к переливному устройству 7 отбойными козырьками 6 в канал Г, где происходит отделение газа (пара) от жидкости. Далее процесс повторяется до перелива жидкости с вышележащей тарелки 2 на нижележащую.The gas (vapor) phase enters from the underlying tray 2 or from the bottom of the column under the tray 2 into channels A formed by a blank wall 3 and a perforated vertical wall 4 of two adjacent S-shaped elements. Then the gas goes into channels B and bubbling through the holes in the perforated vertical walls 4 of the S-shaped elements into the liquid located in the channels C between the perforated vertical wall 4 and the vertical partitions 5. This forms a gas (vapor)-liquid emulsion (foam), having a lower specific gravity than the liquid flowing down from the overlying tray 2 or coming from the adjacent channel B of the tray 2. Due to the lower specific gravity, the gas (vapor)-liquid emulsion, which has a developed contact surface, rises up through channel B (gas lift phenomenon occurs) ... In this case, contact is made between the gas (vapor) and liquid. Then the gas (steam)-liquid mixture is thrown towards the overflow device 7 by the baffle caps 6 into the channel D, where the gas (vapor) is separated from the liquid. Then the process is repeated until the liquid overflows from the overlying tray 2 to the lower one.

При увеличении количества газа (пара), поднимающегося вверх по колонне, давление под тарелкой 2 в канале А и в канале Б над жидкостью увеличивается, поэтому уровень жидкости в канале Б понижается и через большее количество отверстий в перфорированной вертикальной стенке 4 S-образного элемента начинается барботаж газа с жидкостью. При уменьшении количества поднимающегося газа (пара) по колонне уровень жидкости в канале Б вновь повышается, и часть отверстий для прохода газа (пара) в перфорированной вертикальной стенке 4 закрывается жидкостью.With an increase in the amount of gas (vapor) rising up the column, the pressure under the tray 2 in channel A and in channel B above the liquid increases, therefore the liquid level in channel B decreases and through a greater number of holes in the perforated vertical wall 4 of the S-shaped element begins bubbling gas with liquid. With a decrease in the amount of gas (vapor) rising through the column, the liquid level in channel B rises again, and part of the holes for the passage of gas (vapor) in the perforated vertical wall 4 is closed with liquid.

Жидкость, поступающая на тарелку 2 колонны с вышележащей тарелки 2, движется по направлению к переливному устройству 7, причем перемешивание жидкости на тарелке 2 исключается в связи с установкой вертикальных перегородок 5 с отбойными козырьками 6. The liquid entering the column tray 2 from the overlying tray 2 moves towards the overflow device 7, and mixing of the liquid on the tray 2 is excluded due to the installation of vertical baffles 5 with baffle caps 6.

Таким образом, установка S-образных элементов с вертикальной перегородкой по окружности, осесимметрично с одинаковым зазором между смежными окружностями с S-образными элементами, в котором равномерно расположены переливные устройства, представляющие собой трубки, позволяет увеличить площадь поверхности контакта фаз между стекающей жидкостью и поднимающимся вверх паром, а также позволяет обеспечивать наибольшую скорость тепло- и массопереноса на тарелке, а значит увеличивает время работы колонны и ее производительность в целом.Thus, the installation of S-shaped elements with a vertical partition along the circumference, axisymmetrically with the same gap between adjacent circles with S-shaped elements, in which the overflow devices, which are tubes, are evenly located, makes it possible to increase the surface area of the phase contact between the flowing liquid and the rising liquid. steam, and also allows you to ensure the highest rate of heat and mass transfer on the tray, and therefore increases the operation time of the column and its productivity as a whole.

Claims

Column for contacting gas with liquid, consisting of a body, trays with S-shaped elements and overflow devices, while each S-shaped element of the column trays is equipped with a vertical baffle with a baffle cap immersed in the lower ring in the liquid on the tray, characterized in that S -shaped elements with a vertical partition are installed along the circumference, axisymmetrically with a gap between adjacent circles with S-shaped elements, in which the overflow devices, which are tubes, are evenly located.