RU2033836C1

RU2033836C1 - Mass transfer column of rectangular cross section for heavy liquid loads

Info

Publication number: RU2033836C1
Application number: RU92012332A
Authority: RU
Inventors: И.П. Слободяник
Original assignee: Краснодарский политехнический институт
Priority date: 1992-12-16
Filing date: 1992-12-16
Publication date: 1995-04-30

Abstract

FIELD: chemical industry. SUBSTANCE: column comprises vertical casing of rectangular cross section with tiered perforated grates spaced along column height, and packing layers on grates which are inclined alternatively in opposite directions relative to one and the same sides of the column rectangular section. Grate perforations have the form of arcuate cutouts with axes directed towards grate incline and in opposite directions in grates adjacent in height. Grates are installed on parallel racks secured to opposite side walls of the column and have rectangular openings at the bottom with stretched nets whose mesh size is smaller than the geometrical dimensions of the packing for the flow of drained liquid onto underlying grates. Novelty of claimed column lies in providing an opening in the lower part of the grate, said opening being covered with a net whose mesh size is smaller than, the geometrical dimensions of packing members for free discharge of liquid onto the underlying grate. EFFECT: improved design. 5 dwg

Description

Изобретение относится к конструкциям массообменных колонн насадочного типа для систем газ (пар)-жидкость, предназначенных для процессов абсорбции, ректификации, промывки газов, и может найти применение в химической, нефтехимической, газовой и других отраслях промышленности. The invention relates to designs of packed-type mass transfer columns for gas (steam) -liquid systems intended for processes of absorption, rectification, gas flushing, and can find application in chemical, petrochemical, gas and other industries.

Известна массообменная колонна, включающая вертикальный цилиндрический корпус, поддерживающие распределительные решетки, слой насадки на каждой распределительной решетке, устройство для перераспределения жидкости под промежуточными решетками [1]
Недостатком известной массообменной колонны является недостаточно высокая эффективность массообмена из-за неравномерности распределения жидкости по поперечному сечению слоя насадки в колонне в зависимости от диаметра колонны и особенно в колоннах больших диаметров.Known mass transfer column, comprising a vertical cylindrical body, supporting distribution grilles, a layer of nozzle on each distribution grill, a device for redistributing liquid under the intermediate grilles [1]
A disadvantage of the known mass transfer columns is the insufficiently high efficiency of mass transfer due to the uneven distribution of the liquid over the cross section of the packing layer in the column depending on the diameter of the column and especially in large diameter columns.

Наиболее близкой к заявляемой по технической сущности и достигаемому эффекту является массообменная колонна, включающая вертикальный аппарат прямоугольного сечения, внутри которого поярусно установлены перфорированные решетки, на которых расположена слоями насадка [2]
Недостатком известной массообменной колонны при взаимодействии газа (пара) с большими объемами жидкости является неравномерное распределение жидкости по поперечному сечению колонны на различной высоте слоя насадки над распределительной решеткой и проваливание жидкости по всему сечению решетки, в результате чего эффективность массообмена слоя насадки на решетке равна локальной эффективности массообмена, что является минимально возможной эффективностью массообмена.Closest to the claimed technical essence and the achieved effect is the mass transfer column, including a vertical apparatus of rectangular cross section, inside which perforated gratings are mounted in layers, on which the nozzle is located [2]
A disadvantage of the known mass transfer column in the interaction of gas (steam) with large volumes of liquid is the uneven distribution of liquid over the column cross-section at different heights of the nozzle layer above the distribution grid and liquid sagging over the entire cross section of the grid, as a result of which the mass transfer efficiency of the nozzle layer on the grid is equal to local efficiency mass transfer, which is the lowest possible mass transfer efficiency.

Цель изобретения повышение эффективности массообмена при взаимодействии между газом (паром) и большими объемами жидкости порядка более 100 м³/м²ч за счет организованного направленного движения жидкости в слое насадки на решетке по модели идеального вытеснения в горизонтальной плоскости так, чтобы слив жидкости происходил сосредоточенно в опущенной части решетки перекрытой сеткой.The purpose of the invention is to increase the efficiency of mass transfer during the interaction between a gas (steam) and large volumes of liquid of the order of more than 100 m ³ / m ² h due to the organized directional movement of the liquid in the nozzle layer on the grate according to the model of ideal displacement in the horizontal plane so that the liquid is concentrated in the lowered part of the grating with a covered grid.

Цель достигается тем, что в массообменной колонне прямоугольного сечения для больших удельных нагрузок по жидкости, включающей вертикальный корпус прямоугольного поперечного сечения с поярусно расположенными перфорированными решетками по высоте колонны и слоями насадки на решетках, решетки установлены наклонно попеременно в противоположные стороны по отношению к одним и тем же сторонам прямоугольного сечения колонны, перфорации решеток выполнены в виде арочных прорезей с осями, направленными в сторону уклона решетки и в противоположные стороны в смежных по высоте решетках, решетки установлены на параллельные рейки, прикрепленные к противоположным боковым стенкам колонны, в нижней части решетки выполнены прямоугольные окна, на которые натянуты сетки с размером ячеек меньше геометрических размеров насадки для слива жидкости на нижерасположенные решетки. The goal is achieved in that in a rectangular mass-transfer column for large specific fluid loads, including a vertical rectangular cross-sectional casing with perforated gratings in a tiered manner along the column height and nozzle layers on the gratings, the gratings are mounted obliquely alternately in opposite directions with respect to one and the same the sides of the rectangular section of the column, the perforations of the gratings are made in the form of arched slots with axes directed towards the slope of the grating and in the opposite rip side to adjacent adjustment lattices, lattices are installed on parallel rails fixed to opposite side walls of the column, the bottom of the lattice made rectangular windows, which are stretched mesh with mesh size smaller than the nozzle geometric sizes for draining fluid at the downstream of the lattice.

На фиг. 1 представлена массообменная колонна прямоугольного сечения, продольный разрез; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 разрез Б-Б на фиг. 2; на фиг.4 разрез В-В на фиг.2; на фиг.5 разрез Г-Г на фиг.2. In FIG. 1 shows a mass transfer column of rectangular cross section, a longitudinal section; figure 2 section aa in figure 1; in Fig.3 a section bB in Fig. 2; figure 4 section BB in figure 2; in Fig.5 section GG in Fig.2.

Массообменная колонна прямоугольного сечения для больших удельных нагрузок по жидкости (фиг.1-5) содержит вертикальный корпус с 1 прямоугольного сечения с поярусно расположенными перфорированными решетками 2 и наклоненными попеременно в противоположные стороны под острым углом к горизонтальной плоскости, перфорации решеток 2 выполнены в виде арочных прорезей 3 выпуклостями вверх с осями, направленными в сторону уклона решеток 2, решетки установлены на параллельные рейки 4, прикрепленные к стенкам колонны 1 из больших удельных нагрузок по жидкости, на каждую решетку 2 уложен слой насадки 5 так, что между секциями образуется сепарационное пространство 6, на нижнем слое решетки 2 выполнены прямоугольные окна, на которые натянуты сетки 7 с размером ячеек меньше геометрических размеров насадки 5 для слива жидкости на нижерасположенные решетки 2 со слоем насадки 5. A rectangular mass-transfer column for large specific fluid loads (Figs. 1-5) contains a vertical casing with 1 rectangular cross-section with perforated gratings 2 arranged in tiers and inclined alternately in opposite directions at an acute angle to the horizontal plane, the perforated gratings 2 are made in the form of arched slots 3 bulges upward with the axes directed towards the slope of the gratings 2, the gratings are mounted on parallel rails 4, attached to the walls of the column 1 of large specific loads liquid, a layer of nozzle 5 is laid on each grate 2 so that a separation space 6 is formed between the sections, rectangular windows are made on the lower layer of grate 2, on which grids 7 are stretched with mesh sizes smaller than the geometric dimensions of nozzle 5 for draining the liquid onto downstream gratings 2 with nozzle layer 5.

Массообменная колонна прямоугольного сечения из больших удельных нагрузок по жидкости работает следующим образом. Mass transfer column of rectangular cross section from large specific loads on the liquid works as follows.

Газ (пар) поступает (фиг.1-5) в корпус 1 снизу и движется вверх, проходит через арочные прорези 3 решеток 2 и слой насадки 5, контактируя с жидкостью, находящейся в слое насадки 5 на решетке 2, причем газ (пар) проходит снизу вверх в слое насадки 5 по модели идеального вытеснения, а жидкость поступает в слой насадки 5, приподнятой части каждой решетки 2 и движется в сторону уклона решетки 2 по модели, близкой к модели идеального вытеснения в горизонтальной плоскости при полном перемешивании по высоте слоя насадки 5 на решетке 2, при этом достигается максимальная эффективность массообмена между газом (паром) и жидкостью, если реально соблюдаются описанные структуры потоков газа (пара) и жидкости. В связи с тем, что на каждой решетке 2 движутся большие объемы жидкости, в опущенной части каждой решетки 2 жидкость сливается вниз через сетку 7 с большим свободным сечением, равным величине порядка 0,97, на приподнятую часть нижерасположенной решетки 2 со слоем насадки 5 и т.д. Как следует из формальной логики при анализе явления взаимодействия газа (пара) и жидкости и процесса массообмена между фазами эффективность массообмена предлагаемой колонны должна повышаться, а производительность по газу (пару) и жидкости должна увеличиваться, что и соответствует действительности с учетом реальных результатов исследований массопередачи в секционированных по высоте насадочных колоннах. Gas (steam) enters (Figs. 1-5) into the housing 1 from the bottom and moves upward, passes through the arched slots 3 of the gratings 2 and the layer of the nozzle 5, in contact with the liquid located in the layer of the nozzle 5 on the grate 2, and the gas (steam) passes from bottom to top in the nozzle layer 5 according to the ideal displacement model, and the liquid enters the nozzle layer 5, the raised part of each grate 2 and moves towards the slope of the grating 2 according to a model close to the ideal model of horizontal horizontal displacement with complete mixing along the height of the nozzle layer 5 on the grill 2, while max the total mass transfer efficiency between a gas (vapor) and a liquid, if the described structures of gas (vapor) and liquid flows are actually observed. Due to the fact that large volumes of liquid move on each grate 2, in the lowered part of each grate 2, the liquid is drained down through the grid 7 with a large free cross section equal to about 0.97 to the raised part of the downstream grate 2 with the nozzle layer 5 and etc. As follows from the formal logic in the analysis of the phenomenon of interaction of gas (vapor) and liquid and the mass transfer process between phases, the mass transfer efficiency of the proposed column should increase, and the gas (steam) and liquid productivity should increase, which is true taking into account the real results of mass transfer studies in sectioned height packed columns.

Эффективность массообмена предлагаемой массообменной колонны повышается по сравнению с прототипом за счет благоприятной структуры потока жидкости, близкой к модели идеального вытеснения в горизонтальной плоскости, что обеспечивает увеличение движущей силы процесса массообмена между газом (паром) и жидкостью. Увеличение производительности предлагаемой массообменной колонны по сравнению с прототипом обеспечивается за счет сепарационного пространства под слоем насадки, в результате чего скорость газа (пара) в предлагаемой колонне может быть больше скорости газа (пара) в условиях эмульгирования в насадочных колоннах при сопоставимых условиях. The efficiency of mass transfer of the proposed mass transfer columns is increased compared to the prototype due to the favorable structure of the fluid flow, close to the model of ideal displacement in the horizontal plane, which increases the driving force of the mass transfer process between gas (vapor) and liquid. The increase in productivity of the proposed mass transfer columns in comparison with the prototype is achieved due to the separation space under the nozzle layer, as a result of which the gas (vapor) velocity in the proposed column can be higher than the gas (vapor) velocity under emulsification conditions in the packed columns under comparable conditions.

Предлагаемое изобретение повышает эффективность массообмена между газом (паром) и жидкостью вследствие увеличения движущей силы процесса за счет перекрестного потока жидкости и газа (пара) распределительных решетках, вследствие увеличения количества жидкости, удерживаемой в слое насадки на решетках, и увеличения времени пребывания жидкости в контакте с газом (паром); повышаются четкость разделения колонны и, следовательно, чистота и качество продуктов разделения, уменьшается необходимое флегмовое число для разделения смесей ректификацией, что выразится в уменьшении расхода тепла (греющего водяного пара из котельной). The present invention improves the efficiency of mass transfer between gas (vapor) and liquid due to an increase in the driving force of the process due to the cross flow of liquid and gas (steam) distribution grids, due to an increase in the amount of liquid held in the nozzle layer on the grids and an increase in the residence time of the liquid in contact with gas (steam); the clarity of the separation of the column is increased and, therefore, the purity and quality of the separation products is reduced, the required reflux ratio for the separation of mixtures by distillation is reduced, which will result in a decrease in heat consumption (heating water vapor from the boiler room).

Согласно выполненному расчету расход греющего водяного пара в кипятильнике давлением 0,32 МПа составляет 2460 кг/ч для непрерывной ректификации 100000 кг/ч исходной смеси бензол-толуол при атмосферном давлении при концентрациях исходной смеси 45 мас. дистиллята 96 мас. и кубового остатка 1,2 мас. количество необходимых теоретических тарелок равно 14 при рабочем флегмовом отношении R_n= 2,49, минимальное флегмовое отношение равно R_min= 1,247. Повышение эффективности массообмена колонны на 10% соответствует увеличенному числу теоретических тарелок, равному 15,4. Такая эффективность при заданных тех же концентрациях целевых продуктов обеспечивается при меньшем флегмовом отношении, равном R_з=2,2.According to the calculation, the flow rate of heating water vapor in a boiler with a pressure of 0.32 MPa is 2460 kg / h for continuous distillation of 100,000 kg / h of the initial benzene-toluene mixture at atmospheric pressure at an initial mixture concentration of 45 wt. distillate 96 wt. and VAT residue 1.2 wt. the number of necessary theoretical plates is 14 with a working reflux ratio R _n = 2.49, the minimum reflux ratio is R _min = 1.247. An increase in the mass transfer efficiency of the column by 10% corresponds to an increased number of theoretical plates equal to 15.4. Such efficiency at given the same concentrations of the target products is provided at a lower reflux ratio equal to R _s = 2.2.

Уменьшение количества греющего пара определяется по модифицированному уравнению теплового баланса для двух рассмотренных вариантов
D_λп

2870 кг/ч, (1)
D_λз

2750 кг/ч, (2)
где D_λп, D_λз количество водяного пара, расходуемое при флегмовых числах R_n и R_з, соответственно, т.е. для прототипа и заявляемого объекта, кг/ч;
G_d количество отбираемого дистиллята, кг/ч;
r_λ скрытая теплота конденсации водяного пара, Дж/кг;
r_d скрытая теплота испарения дистиллята, Дж/кг.The decrease in the amount of heating steam is determined by the modified heat balance equation for the two options considered
D _λп

2870 kg / h, (1)
D _λz

2750 kg / h, (2)
_λp wherein D, D _λz amount of water vapor consumed at a reflux ratio R _n and R _s, respectively; for the prototype and the claimed object, kg / h;
G _{d the} amount of distillate taken, kg / h;
r _λ latent heat of condensation of water vapor, J / kg;
r _d latent heat of evaporation of the distillate, J / kg

Экономия водяного пара на одной колонне составляет
ΔD_λ=D_λп-D_λз= 2870-2750=120кг/ч.(3)Saving water vapor per column is
ΔD _λ = D _λп -D _λз = 2870-2750 = 120kg / h. (3)

Claims

MASS-EXCHANGE RECTANGULAR COLUMN FOR LARGE SPECIFIC LOADS OF LIQUID, including a vertical rectangular cross-sectional casing with perforated gratings arranged in circles along the height of the column and nozzle layers on the gratings, characterized in that the gratings are mounted obliquely alternately in opposite sides with respect to the same sides rectangular cross-section of the column, the perforation of the gratings is made in the form of arched slots with axes directed towards the slope of the grating and in opposite the sides in the lattices adjacent in height, the lattices are mounted on parallel rails attached to the opposite side walls of the column, rectangular windows are made in the lower part of the lattice, grids are stretched with mesh sizes smaller than the geometric dimensions of the nozzle for draining liquid onto the lower lattices.