RU2093240C1

RU2093240C1 - Mass-exchange lattice column

Info

Publication number: RU2093240C1
Application number: RU94003093A
Authority: RU
Inventors: Иван Петрович Слободяник
Original assignee: Иван Петрович Слободяник
Priority date: 1994-01-26
Filing date: 1994-01-26
Publication date: 1997-10-20

Abstract

FIELD: designs of mass-exchange columns with contact devices for efficient reaction of gas-vapor-liquid systems in processes of absorption, rectification and gas cleaning; may be used in chemical, petrochemical, gas, food and other industries. SUBSTANCE: column includes vertical body accommodating centrifugal perforated lattices located in tiers. Perforations are made in the form of arch slots. Located between centrifugal lattices are centrifugal lattices with perforations in form of arch slots. Diameters of centrifugal lattices are smaller than the inner diameter of body for liquid running off the centrifugal lattices. Centers of centripetal lattices have holes for liquid running off. Located above centrifugal lattices are baffle perforated disks in the form of truncated cones. Installed above centripetal lattices are baffle perforated cones oriented with their tope upward. EFFECT: higher efficiency. 7 dwg

Description

Предполагаемое изобретение относится к конструкциям массообменных колонн для взаимодействия систем газ/пар/ жидкость, предназначенных для процессов абсорбции, ректификации и может найти применение в химической, нефтехимической, газовой, пищевой и смежных с ними отраслей промышленности. The alleged invention relates to the construction of mass transfer columns for the interaction of gas / vapor / liquid systems for absorption, distillation and may find application in the chemical, petrochemical, gas, food and related industries.

Известна массообменная колонна [1] включающая вертикальный цилиндрический корпус, распределительную решетку, слой насадки на решетке, поддерживающий распределительную решетку, слой насадки на решетке, перераспределитель жидкости для насадочных колонн, выполненный в виде направляющего усеченного конуса и периферийной части колонны, установленный меньшим основанием вниз, с арочными прорезями, вырубленными на поверхности конуса выпуклостью вверх, равномерно расположенными по концентрическим окружностям с тангенциально направленными осями по отношению к оси конуса, у меньшего конуса по его периметру выполнены отогнутые вверх под острым углом лепестки навстречу входным отверстиям арочных прорезей. Known mass transfer column [1] including a vertical cylindrical body, a distribution grid, a nozzle layer on a grid supporting a distribution grid, a nozzle layer on a grid, a redistributor of liquid for packed columns, made in the form of a truncated cone guide and a peripheral part of the column, mounted with a smaller base down, with arched slots cut down on the surface of the cone with a bulge upwards, evenly spaced along concentric circles with tangentially directed axes with respect to the axis of the cone, at the smaller cone along its perimeter there are petals bent upward at an acute angle towards the inlet openings of the arched slots.

Недостатком известной массообменной колонны является неравномерное распределение жидкости по поперечному сечению колонны на различной высоте слоя насадки на поддерживающей решетке, что приводит к снижению эффективности массообмена между газом и /паром/ жидкостью. A disadvantage of the known mass transfer columns is the uneven distribution of liquid over the cross section of the column at different heights of the nozzle layer on the support grid, which leads to a decrease in the mass transfer efficiency between gas and / vapor / liquid.

Наиболее близкой к заявляемой по технической сущности и достигаемому эффекту является массообменная решетчатая колонна [2] включающая вертикальный корпус с поярусно расположенными внутри центробежными перфорированными решетками, с перфорациями в виде арочных прорезей выпуклостью вверх с тангенциально направленными осями и расположенными по концентрическим окружностям, расположенные между центробежными решетками центростремительные перфорированные решетки, выполненные в виде конусов, ориентированных вершинами вниз с перфорациями в виде арочных прорезей выпуклостью вверх с осями, направленными под острым углом к образующим от периферии к центру в одну и ту же сторону. The closest to the claimed technical essence and the achieved effect is a mass-exchange lattice column [2] including a vertical casing with centrifugal perforated gratings located inside, with perforations in the form of arched slots convex upward with tangential axes and located on concentric circles located between centrifugal gratings centripetal perforated lattices made in the form of cones oriented vertices down with perforations and in the form of arched slots convex upward with axes directed at an acute angle to the generators from the periphery to the center in the same direction.

Недостатком известной массообменной решетчатой колонны является снижение эффективности массообмена между газом /паром/ и жидкостью вследствие продольного перемешивания жидкости на решетчатых тарелках. A disadvantage of the known mass transfer grating columns is a decrease in the efficiency of mass transfer between gas / vapor / and liquid due to longitudinal mixing of the liquid on the grating plates.

Для повышения эффективности массообмена в массообменной решетчатой колонне, включающей вертикальный корпус с поярусно расположенными внутри центробежными перфорированными решетками, с перфорациями в виде арочных прорезей выпуклостью вверх с тангенциально направленными осями и расположенными по концентрическим окружностям, расположенные между центробежными решетками центростремительные перфорированные решетки, выполненные в виде конусов, ориентированных вершинами вниз, с перфорациями в виде арочных прорезей выпуклостью вверх с осями, направленными под острым углом к образующим от периферии к центру в одну и ту же сторону, центробежные перфорированные решетки выполнены в виде конусов, ориентированных вершинами вверх, с острым углом образующей к горизонтали в два раза меньшим угла образующей центростремительных решеток, диаметры центробежных решеток меньше внутреннего диаметра корпуса для стекания с центробежных решеток жидкости, в центрах центростремительных решеток выполнены отверстия для стекания через них жидкости, над центробежными решетками расположены отражательные перфорированные диски в виде усеченных конусов, ориентированных большими основаниями вверх с центральными отверстиями и наружными диаметрами, примыкающими к стенкам колонны с перфорациями, выполненными в виде арочных прорезей выпуклостью вверх с осями, направленными в виде арочных прорезей выпуклостью вверх с осями, направленными под острым углом к радиусу от периферии к центру в одну и ту же сторону, над центростремительными решетками установлены отражательные перфорированные конусы, ориентированные вершинами вверх с углами наклона образующих к горизонтали, меньшим углом наклона образующих центробежных решеток с наружным диаметром, меньшим внутреннего диаметра корпуса, перфорации отражательного конуса выполнены в виде арочных прорезей выпуклостью вверх с осями, направленными под острым углом к образующим от центра к периферии в одну и ту же сторону. To increase the efficiency of mass transfer in a mass transfer lattice column, including a vertical casing with centrifugal perforated gratings arranged in tiers inside, with perforations in the form of arched slots convex upward with tangentially directed axes and arranged in concentric circles located between centrifugal gratings, centripetal perforated gratings made in the form of perforated lattices oriented downward with perforations in the form of arched slots convex upward with axes directed at an acute angle to the generators from the periphery to the center in the same direction, centrifugal perforated lattices are made in the form of cones oriented with their vertices up, with an acute angle forming to the horizontal half the angle of the generatrix of centripetal lattices, the diameters of centrifugal lattices are less the inner diameter of the housing for draining from centrifugal liquid grids, in the centers of the centripetal grids holes are made for draining liquid through them, located above the centrifugal grids reflective perforated disks in the form of truncated cones oriented with large bases upward with central holes and outer diameters adjacent to the walls of the column with perforations made in the form of arched slots convex upward with axes directed in the form of arched slots convex upward with axes directed under sharp angle to the radius from the periphery to the center in the same direction, reflective perforated cones oriented with vertices vertically mounted above the centripetal gratings with the angles of inclination of the generatrices to the horizontal, a smaller angle of inclination of the forming centrifugal grids with an outer diameter smaller than the inner diameter of the housing, the perforations of the reflective cone are made in the form of arched slots convex upward with the axes directed at an acute angle to the generators from the center to the periphery in the same side.

Предлагаемая конструкция массообменной решетчатой колонны за счет своих отличительных признаков обеспечивает решение поставленной технической задачи
повышение эффективности массообмена между газом /паром/ и жидкостью.The proposed design of mass transfer lattice columns due to its distinctive features provides a solution to the technical problem
increasing the efficiency of mass transfer between gas / vapor / and liquid.

На фиг.1 схематически представлен продольный разрез массообменной решетчатой колонны; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4 разрез В-В на фиг.1; на фиг.5 разрез Г-Г на фиг.1; на фиг.6 разрез Д-Д на фиг.3; на фиг.7 разрез Е-Е на фиг.3;
Массообменная решетчатая колонна (фиг.1-7) содержит вертикальный цилиндрический корпус 1, поярусно расположенные по высоте корпуса центробежные контактные решетки 2, выполненные в виде конусов, ориентированных вершинами вверх с острым углом образующих к горизонтали, с диаметром оснований, меньше диаметра корпуса 1 с перфорациями, выполненными в виде арочных прорезей 3 выпуклостью вверх, расположенных по концентрическим окружностям с тангенциально направленными осями, отражательные диски 4, выполненные в виде усеченных конусов, ориентированных большими основаниями вверх, примыкающими к стенкам корпуса 1 с острым углом образующих к горизонтали, установленные осесимметрично над центробежными решетками 2, с внутренними отверстиями для прохождения жидкости и арочными прорезями 5, выполненными выпуклостью вверх с осями, направленными под острым углом к радиусу от периферии к центру и в одну и ту же сторону, под центробежными решетками 2 установлены центростремительные решетки 6 в виде усеченных конусов, ориентированных большими основаниями вверх, плотно прилегающими к внутренним стенкам корпуса 1, с острым углом образующих к горизонтали, в два раза большим, чем для центробежных решеток 2 с перфорациями в виде арочных по концентрическим окружностям с осями, направленными под острым углом к образующим от периферии к центру и в одну и ту же сторону, над каждой центростремительной решеткой 6 осесимметрично установлен отражательный конус 8, ориентированный вершиной вверх, диаметр основания которого меньше внутреннего диаметра колонны, с острым углом наклона образующей к горизонтали, меньше угла наклона образующих центробежной решетки 2, в отражательном конусе 3 выполнены арочные прорези 9 выпуклостью вверх с осями, направленными под острым углом к образующим от центра к периферии и в одну и ту же сторону, наружные кромки отражательного конуса одинаково удалены как от стенки корпуса 1, так и от поверхности центростремительной решетки 6 и жестко зафиксированы между собой, как и с центробежными решетками 2 и отражательными дисками 4.Figure 1 schematically shows a longitudinal section of a mass transfer lattice column; figure 2 section aa in figure 1; figure 3 section BB in figure 1; figure 4 section BB in figure 1; in Fig.5 section GG in Fig.1; in Fig.6 section DD in Fig.3; in Fig.7 section EE in Fig.3;
The mass-exchange lattice column (Figs. 1-7) contains a vertical cylindrical body 1, centrifugal contact lattices 2, arranged in the form of cones oriented vertically upwards with an acute angle forming horizontally, with a diameter of the bases less than the diameter of the body 1 s perforations made in the form of arched slots 3 convex up, located on concentric circles with tangentially directed axes, reflective disks 4, made in the form of truncated cones, oriented large bases upward, adjacent to the walls of the housing 1 with an acute angle forming to the horizontal, mounted axisymmetrically above the centrifugal grids 2, with internal holes for the passage of fluid and arched slots 5, made convex upward with axes directed at an acute angle to the radius from the periphery to centripetal lattices 6 in the form of truncated cones oriented with large bases upward, tightly adjacent to the inside the walls of the housing 1, with an acute angle forming to the horizontal, twice as large as for centrifugal grids 2 with perforations in the form of arched concentric circles with axes directed at an acute angle to the generatrix from the periphery to the center and to the same side , over each centripetal grating 6 an axisymmetrically mounted reflective cone 8 is oriented upward, the base diameter of which is smaller than the inner diameter of the column, with an acute angle of inclination of the generatrix to the horizontal, less than the angle of inclination of the generators centrifugal lattice 2, in the reflective cone 3 there are arched slots 9 convex upward with axes directed at an acute angle to the generatrix from the center to the periphery and in the same direction, the outer edges of the reflective cone are equally distant both from the wall of the housing 1 and from the surface of the centripetal lattice 6 and is rigidly fixed to each other, as with centrifugal lattices 2 and reflective disks 4.

Центростремительные решетки 6 и отражательные диски 4 крепятся к стенкам колонны 1 опорными элементами 10, а центробежные решетки 2 и отражательные конусы 8 крепятся к центростремительным решеткам 6 на опорных стыках. Жидкость подается в колонну по центральной трубе 12. Centripetal lattices 6 and reflective disks 4 are attached to the walls of the column 1 by supporting elements 10, and centrifugal lattices 2 and reflective cones 8 are attached to centripetal lattices 6 at the supporting joints. The fluid is supplied to the column through the central pipe 12.

Работает колонна следующим образом. The column works as follows.

Газ (пар) поступает в корпус 1 колонны (фиг.1-7) снизу и движется вверх, проходит через арочные прорези 7 центростремительной решетки 6 в направлении от периферии к центру, увлекает и перемещает в том же направлении жидкость, где она стекает вниз, взаимодействует тесно с ней, при этом, в результате чего происходит тепло- и массообмен между газом (паром) и жидкостью, после чего газ (пар) поднимается вверх, происходит через арочные прорези 9 отражательного конуса 8 в направлении от центра к периферии под острым углом к радиусу и увлекает жидкость, частично проваливающуюся сверху с центробежной решетки 2, к стенкам корпуса 1 и на поверхность центростремительной решетки 6. Газ (пар) с отражательного конуса 8 поступает в тангенциально направленные арочные прорези 3 центробежной решетки 2 и увлекает поступившую сверху жидкость, в результате образуется регулярно вращающийся двухфазный поток газа (пара) и жидкости, при этом жидкость совершает радиально-кольцевое движение от центра к периферии, где стекает вниз, а газ (пар) винтообразное движение вверх и поступает в арочные прорези 5 конического отражательного диска 4, на котором газ (пар) захватывает и перемещает жидкость, частично стекающую сверху с центростремительных решеток 6, от периферии к центру на центробежную решетку 2, газ (пар) поднимается вверх под вышерасположенную центростремительную решетку 6 и т.д. Кроме того, на конический отражательный диск 4 и на отражательный конус 8 жидкость попадается с газом (паром), поступающим снизу за счет механического уноса. Gas (steam) enters the casing 1 of the column (Figs. 1-7) from below and moves upward, passes through the arched slots 7 of the centripetal grating 6 in the direction from the periphery to the center, carries and carries liquid in the same direction, where it flows down, interacts closely with it, and, as a result, heat and mass transfer occurs between the gas (steam) and the liquid, after which the gas (steam) rises, occurs through the arched slots 9 of the reflective cone 8 in an acute angle from the center to the periphery to the radius and carries the fluid, hour typically falling from above from a centrifugal lattice 2, to the walls of the housing 1 and to the surface of the centripetal lattice 6. Gas (steam) from the reflective cone 8 enters the tangentially directed arch slots 3 of the centrifugal lattice 2 and entrains the liquid coming from above, resulting in a regularly rotating two-phase flow gas (steam) and liquid, while the liquid makes a radial-circular motion from the center to the periphery, where it flows down, and the gas (steam) spiral-shaped upward movement and enters the arched slots 5 of the conical reflective disc 4, in which the gas (vapor) captures and moves the fluid partially flowing down from above with centripetal gratings 6, from the periphery to the center by the centrifugal grille 2, the gas (steam) is lifted upward by an upper lattice centripetal 6, etc. In addition, the liquid enters the conical reflective disk 4 and the reflective cone 8 with gas (steam) coming from below due to mechanical entrainment.

Как на центробежных решетках 2 под отражательным диском 4 жидкость движется от центра к периферии и контактирует с газом (паром), движущимся перекрестным током вверх, так и на центростремительных решетках 6 под отражательными конусами 8 жидкость движется от периферии к центру и контактирует с газом (паром), движущимся перекрестным током вверх, при этом достигается высокая степень турбулентного взаимодействия фаз и благоприятная структура потоков, обеспечивающие максимальную движущую силу процесса и высокую эффективность массообмена между фазами. As on centrifugal gratings 2 under the reflective disk 4, the liquid moves from the center to the periphery and is in contact with gas (steam) moving with a cross current upward, and on the centripetal gratings 6 under the reflective cones 8, the liquid moves from the periphery to the center and is in contact with the gas (steam ) moving by a cross current upward, at the same time, a high degree of turbulent phase interaction and a favorable flow structure are achieved, providing the maximum driving force of the process and high efficiency of mass transfer between in phases.

Технические преимущества заявляемого изобретения "Массообменная решетчатая колонна" по сравнению с прототипом заключается в обеспечении перекрестного потока жидкости и газа (пара) на распределительных решетках и противоточного движения газа (пара) и жидкости между решетками, в соударениях между фазами и в турбулизации фаз, что обеспечивает увеличение движущей силы процесса. Technical advantages of the claimed invention "Mass transfer lattice column" in comparison with the prototype is to provide a cross flow of liquid and gas (steam) on the distribution grids and countercurrent movement of gas (steam) and liquid between the grids, in collisions between phases and in phase turbulence, which ensures an increase in the driving force of the process.

Общественно полезные преимущества заявляемого изобретения "Массообменная решетчатая колонна", вытекающие из технических преимуществ, по сравнению с прототипом, заключается в повышении эффективности массообмена между газом (паром) и жидкостью, в повышении четкости разделения и чистоты продуктов разделения и их качества, а также в уменьшении необходимого флегмового отношения в условиях ректификации, что приведет к снижению расхода пара на ректификацию и к снижению себестоимости продуктов разделения. The socially useful advantages of the claimed invention "Mass transfer lattice column" arising from technical advantages, compared with the prototype, is to increase the efficiency of mass transfer between gas (vapor) and liquid, to increase the clarity of separation and purity of separation products and their quality, as well as to reduce the necessary reflux ratio in the conditions of distillation, which will lead to a decrease in steam consumption for distillation and to reduce the cost of separation products.

Claims

Mass-transfer lattice column, including a vertical casing with centrifugal perforated gratings arranged in half-timbre inside with perforations in the form of arched slots convex upward, arranged in concentric circles, centripetal perforated gratings located between centrifugal gratings, made in the form of cones oriented with their vertices pointing downwards with perforations in perforations convexity upwards with axes directed at an acute angle to generators from the periphery to the center of one and on the same side, characterized in that the centrifugal lattices are made in the form of cones oriented with their vertices up, with an acute angle forming to the horizontal, the angle of the centripetal lattice is twice the angle of the centrifugal lattice, the diameters of the centrifugal lattices are smaller than the inner diameter of the centrifugal draining casing fluid lattices, the axis of the arched slots of the centrifugal lattices are directed at an acute angle to the generators from the center to the periphery in the same direction, in the centers of the centripetal lattices there are no openings for draining liquid through them, above the centrifugal gratings there are reflective perforated disks in the form of truncated cones oriented with large bases upward, adjacent to the walls of the column, with perforations made in the form of arched slots convex upward with axes directed at an acute angle to the radius from the periphery to the center in the same direction, above the centripetal gratings there are reflective perforated cones oriented vertically upward with angles of inclination forming to the horizontal, the smaller tilt angles centrifugal forming arrays, with an outer diameter smaller than the inner diameter of the housing, perforation deflector cone are designed as arched slots bulge upward with axes directed at an acute angle to the generators from the center to the periphery in the same direction.