RU2056893C1

RU2056893C1 - Heat- and mass-exchanging apparatus

Info

Publication number: RU2056893C1
Application number: RU94004271A
Authority: RU
Inventors: Р.Т. Хурамшин; Е.А. Беленов; К.В. Баклашов; В.И. Шейнман; М.Ю. Беляевский; В.С. Казанцев
Original assignee: Товарищество с ограниченной ответственностью - Научно-производственная компания "Кедр-89"
Priority date: 1994-02-10
Filing date: 1994-02-10
Publication date: 1996-03-27
Also published as: RU94004271A

Abstract

FIELD: chemical industry. SUBSTANCE: heat- and mass exchanging apparatus has housing with mass-exchanging stages and branch pipes of the inlet unit provided with dispensing device made up as a spiral guide plates. The plates are arranged radially at the same level opposite each of the diametrically arranged tangential branch pipes for supplying a raw material. The plates are provided with dispensing parts at the apparatus inlet. The dispersing parts are made up as cantilevers with sharpened face edges. In addition, the plates of the dispensing device can be bent over the conical trancated surfaces of different diameters. The greater base of the cones are positioned from the bottom of the apparatus. The end parts of the guide plates of each branch pipe are overlapped. EFFECT: enhanced efficiency. 3 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к химической, нефтеперерабатывающей и другим отраслям промышленности и может быть использовано при осуществлении процессов ректификации, абсорбции и очистки газов в тепломассообменных аппаратах. The invention relates to chemical, oil refining and other industries and can be used in the process of rectification, absorption and purification of gases in heat and mass transfer apparatuses.

Из уровня техники известны тепломассообменные аппараты с разнообразными узлами ввода сырья, подающегося в виде газожидкостной смеси, применение которых обеспечивает возникновение центробежных сил, за счет чего жидкая фаза отделяется от газовой [1, 2]
Однако применение этих устройств не обеспечивает требуемой равномерности распределения сырья по сечению аппарата.The prior art heat and mass transfer apparatus with a variety of nodes for the input of raw materials supplied in the form of a gas-liquid mixture, the use of which ensures the emergence of centrifugal forces, due to which the liquid phase is separated from the gas [1, 2]
However, the use of these devices does not provide the required uniform distribution of raw materials over the cross section of the apparatus.

Известны также массообменные аппараты, конструкция узла ввода которых обеспечивает одновременно с вводом сырья в колонну, его распыление посредством пароэжекторных форсунок и пароэжектора и одновременное частичное разделение фаз в верхней части колонны [3]
Конструкция таких узлов ввода сырья характеризуется сложностью изготовления и большими энергозатратами при эксплуатации.Mass transfer apparatuses are also known, the design of the input unit of which provides simultaneously with the introduction of raw materials into the column, its atomization by means of steam ejectors and steam ejectors, and simultaneous partial phase separation in the upper part of the column [3]
The design of such input nodes of raw materials is characterized by the complexity of manufacturing and high energy consumption during operation.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков к изобретению является тепломассообменный аппарат, узел ввода сырья которого включает входной патрубок и распределительное устройство в виде отражателя потока, представляющего собой изогнутую пластину, установленную напротив входного патрубка [4] (прототип). The closest in technical essence and the set of essential features to the invention is a heat and mass transfer apparatus, the feed input unit of which includes an inlet pipe and a distribution device in the form of a flow reflector, which is a curved plate mounted opposite the inlet pipe [4] (prototype).

При работе, поступающее в колонну сырье разделяется внутри колонны на два потока, движущихся по стенке внутри колонны в противоположных направлениях. За счет воздействия распределительного устройства на поток сырья увеличивается фазовая поверхность и происходит частичная дегазация сырья. During operation, the feed entering the column is divided inside the column into two streams moving along the wall inside the column in opposite directions. Due to the effect of the switchgear on the flow of raw materials, the phase surface increases and partial degassing of the feed occurs.

Недостатком прототипа является то, что для обеспечения надежной работы тепломассообменного аппарата при такой конструкции узла ввода необходимо увеличивать его габариты, т.к. распределитель потока сырья в виде изогнутой пластины не обеспечивает необходимую равномерность распределения сырья по сечению аппарата в области распределителя потока, что негативно отражается на работе массообменных ступеней. The disadvantage of the prototype is that to ensure reliable operation of the heat and mass transfer apparatus with this design of the input unit, it is necessary to increase its dimensions, because the raw material flow distributor in the form of a curved plate does not provide the necessary uniformity of the raw material distribution over the apparatus cross section in the area of the flow distributor, which negatively affects the work of mass transfer stages.

Целью изобретения является увеличение отбора дистиллятных продуктов и снижении энергоемкости процесса массообмена за счет повышения равномерности распределения сырья по сечению колонны в области узла ввода и обеспечения одновременно с вводом сырья разделения его на фазы. The aim of the invention is to increase the selection of distillate products and reduce the energy intensity of the process of mass transfer by increasing the uniformity of the distribution of raw materials over the cross section of the column in the area of the input node and ensuring simultaneously with the input of the raw material its separation into phases.

Это обеспечивается тем, что в тепломассообменном аппарате, содержащем корпус с массообменными ступенями, патрубки ввода сырья с распределительным устройством и патрубки вывода продуктов, распределительное устройство выполнено в виде спирально изогнутых направляющих пластин, веерообразно расположенных на одном уровне, напротив каждого из диаметрально расположенных тангенциальных патрубков ввода сырья, при этом на входе в аппарат направляющие пластины снабжены диспергаторами в виде консольных участков пластин с заостренными торцовыми кромками. Кроме того, направляющие пластины могут располагаться внутри аппарата по коническим усеченным поверхностям различного диаметра, большее основание которых расположено со стороны низа аппарата, а их концевые части могут быть установлены с взаимным перекрытием. This is ensured by the fact that in a heat and mass transfer apparatus containing a housing with mass transfer steps, raw material inlet pipes with a distribution device and product outlet pipes, the distribution device is made in the form of spiral bent guide plates fan-shaped located at the same level, opposite each of the diametrically located tangential input pipes raw materials, while at the entrance to the apparatus, the guide plates are equipped with dispersants in the form of cantilever sections of the plates with pointed ends E edges. In addition, the guide plates can be located inside the apparatus on conical truncated surfaces of various diameters, the larger base of which is located on the bottom side of the apparatus, and their end parts can be installed with mutual overlap.

Технический результат, который может быть получен при реализации изобретения заключается в том, что в сравнении с известными техническими решениями, в том числе и с прототипом, снижаются габариты аппарата, энергозатраты при его эксплуатации и увеличивается отбор дистиллятных продуктов. The technical result that can be obtained by implementing the invention lies in the fact that in comparison with the known technical solutions, including the prototype, the dimensions of the apparatus, energy consumption during its operation are reduced and the selection of distillate products increases.

Изобретение иллюстрируется чеpтежами, где на фиг.1 показано устройство, общий вид (продольный разрез); на фиг.2 фрагмент аппарата в области узла ввода; на фиг.3 то же (вариант выполнения); на фиг.4 вид в плане фиг.1 или фиг.2; на фиг.5 то же (вариант выполнения); на фиг.6 вид А фиг.3. The invention is illustrated by drawings, where Fig. 1 shows a device, general view (longitudinal section); figure 2 fragment of the apparatus in the area of the input node; figure 3 is the same (embodiment); figure 4 is a plan view of figure 1 or figure 2; figure 5 is the same (embodiment); in Fig.6 view A of Fig.3.

Тепломассообменный аппарат содержит корпус 1 с массообменными ступенями 2 и патрубками ввода 3 сырья и вывода 4 продуктов. Патрубки ввода сырья 3 снабжены распределительным устройством в виде направляющих пластин 5, закрепленных внутри аппарата посредством опорного кольца 6 и опорных штырей 7. Направляющие пластины 5 выполнены в виде частей спиралей и установлены веерообразно на одном уровне внутри аппарата, напротив каждого из двух тангенциальных патрубков ввода 3. Пластины 5 образуют внутри аппарата спиральные каналы 8, равномерно расширяющиеся от входа к выходу из расчета равномерного распределения сырья по всему сечению аппарата в области узла ввода сырья. Направляющие пластины 5 на входе в аппарат снабжены диспергирующими участками а, закрепленными консольно с заостренными торцовыми кромками b (см. фиг. 6). The heat and mass transfer apparatus comprises a housing 1 with mass transfer steps 2 and nozzles for input 3 of raw materials and output 4 products. The raw material inlet pipes 3 are provided with a switchgear in the form of guide plates 5 fixed inside the apparatus by means of a support ring 6 and support pins 7. The guide plates 5 are made in the form of spiral parts and are mounted fan-shaped at the same level inside the apparatus, opposite each of the two tangential input nozzles 3 The plates 5 form spiral channels 8 inside the apparatus, uniformly expanding from the entrance to the exit, taking into account the uniform distribution of raw materials over the entire cross section of the apparatus in the area of the raw material input unit . The guide plates 5 at the inlet of the apparatus are provided with dispersing portions a fixed cantilever with pointed end edges b (see Fig. 6).

В варианте выполнения (см. фиг.3), направляющие пластины 5 установлены наклонно под углом J по коническим усеченным поверхностям различного диаметра, большее основание которых расположено со стороны низа аппарата. Кроме того, концевые участки b направляющих пластин (см. фиг.5) от противоположных патрубков могут быть установлены с их взаимным перекрытием. In an embodiment (see FIG. 3), the guide plates 5 are mounted obliquely at an angle J on conical truncated surfaces of various diameters, the larger base of which is located on the bottom side of the apparatus. In addition, the end sections b of the guide plates (see FIG. 5) from opposing nozzles can be installed with their mutual overlap.

Тепломассообменный аппарат работает следующим образом. Heat and mass transfer apparatus operates as follows.

Нагретое углеводородное сырье, например, кипящую нефть, подают под давлением в патрубки 4 ввода сырья, в результате чего парожидкостная смесь, разделяясь на струи, проходит по спиральным каналам 8 между направляющими пластинами 5, взаимодействуя с консольными участками а, в которых благодаря наличию торцовых заостренных кромок b, способствующих срыву потока, генерируются ультразвуковые колебания, передаваемые от источника к движущейся среде. При прохождении спиральных каналов 8, под действием центробежных сил крупные капли и брызги осаждаются на поверхности направляющих пластин 5 и в виде пленки жидкости, находящейся под воздействием ультразвуковых колебаний, взаимодействуя с газом, стекают вниз, а очищенный от капель и брызг газ уходит на вышерасположенные массообменные ступени. Ультразвуковые колебания, генерируемые в пластинах 5, способствуют выделению из пленки жидкости газовой фазы, что повышает эффективность массообмена. Heated hydrocarbon feeds, for example, boiling oil, are supplied under pressure to the feed inlet pipes 4, as a result of which the vapor-liquid mixture, being separated into jets, passes through the spiral channels 8 between the guide plates 5, interacting with the cantilever sections a, in which, due to the presence of end-pointed edges b, contributing to the disruption of the flow, ultrasonic vibrations are generated, transmitted from the source to the moving medium. When spiral channels 8 pass, under the action of centrifugal forces, large droplets and splashes are deposited on the surface of the guide plates 5 and, in the form of a film of liquid under the influence of ultrasonic vibrations, interacting with the gas, flow down, and the gas purified from droplets and splashes goes to the upstream mass transfer steps. Ultrasonic vibrations generated in the plates 5, contribute to the release of the gas phase from the liquid film, which increases the efficiency of mass transfer.

При работе с повышенным расходом по газу (пару) целесообразно установить направляющие пластины 5 под углом J к оси аппарата (см. фиг.3), т.е. изогнутых по форме частей усеченных конических поверхностей. Это приводит к появлению у капель и брызг, осаждающихся на поверхности направляющих пластин 5, дополнительной к весу составляющей силы, направленной вниз по поверхности направляющих пластин, что уменьшает вероятность уноса жидкой фазы. Кроме того, при этом режиме работы взаимное перекрытие направляющих пластин 5 от противоположных тангенциальных патрубков ввода 3 (см. фиг.5), способствует возникновению находящихся под воздействием ультразвуковых колебаний стационарных вихрей между направляющими пластинами, что дополнительно способствует осаждению капель жидкой фазы на поверхность направляющих пластин 5. Это дополнительно снижает унос жидкости на вышерасположенные массообменные ступени и повышает эффективность массообмена. When working with increased gas consumption (steam), it is advisable to install the guide plates 5 at an angle J to the axis of the apparatus (see figure 3), i.e. curved in shape parts of truncated conical surfaces. This leads to the appearance of droplets and splashes deposited on the surface of the guide plates 5, additional to the weight of the component of the force directed down the surface of the guide plates, which reduces the likelihood of entrainment of the liquid phase. In addition, in this mode of operation, the mutual overlap of the guide plates 5 from the opposite tangential inlets of the input 3 (see Fig. 5) contributes to the emergence of stationary vortices between the guide plates under the influence of ultrasonic vibrations, which further contributes to the deposition of liquid phase droplets on the surface of the guide plates 5. This further reduces fluid entrainment to the upstream mass transfer stages and increases mass transfer efficiency.

Веерообразное расположение направляющих пластин 5 во внутреннем объеме тепломассообменного аппарата между сливными каналами 9 позволяет эффективно распределить поступающее сырье по всему сечению аппарата, получить развитую поверхность массообмена и интенсифицировать за счет этого процесс разделения фракций. The fan-shaped arrangement of the guide plates 5 in the internal volume of the heat and mass transfer apparatus between the drain channels 9 makes it possible to efficiently distribute the incoming raw materials over the entire cross section of the apparatus, to obtain a developed mass transfer surface, and to intensify the process of fraction separation due to this.

Claims

1. HEAT AND MASS TRANSFER APPARATUS, comprising a housing with mass transfer steps, raw material input pipes with a distribution device and product output pipes, characterized in that the distribution device is made in the form of spirally curved guide plates fan-shaped located at the same level opposite each of the diametrically located tangential raw material input pipes , while at the entrance to the apparatus, the guide plates are equipped with dispersing sections in the form of consoles with pointed end edges.

2. The apparatus according to claim 1, characterized in that the switchgear plates are curved along conical truncated surfaces of various diameters, the larger base of which is located on the bottom of the apparatus.

3. The apparatus according to claims 1 and 2, characterized in that the end parts of the guide plates from each nozzle are installed with mutual overlap.