RU2097095C1

RU2097095C1 - Sectionalized packed tower

Info

Publication number: RU2097095C1
Application number: RU94020206A
Authority: RU
Inventors: Иван Петрович Слободяник
Original assignee: Иван Петрович Слободяник
Priority date: 1994-05-31
Filing date: 1994-05-31
Publication date: 1997-11-27
Also published as: RU94020206A

Abstract

FIELD: devices of mass-transfer packed towers for interaction of gas(vapor)-liquid systems intended for conduction of the processes of absorption, rectification, gas scrubbing and, in particular, vacuum rectification; may be used in chemical, petrochemical and other industries. SUBSTANCE: tower includes vertical cylindrical body accommodating centrifugal sectionalized perforated lattices and centripetal sectionalizing perforated lattices made in the form of truncated cones. These components are installed by tiers alternately over body height. Lattice perforations are made in the form of arched slots with their convexity directed forward and uniformly spaced over concentric circumference. Packing layer is located at random on each lattice. Packing layer height on each lattice equals to linear sizes of packing member. Attached in cross-section spaces, between walls of tower body and outside edges of centrifugal lattice and internal edges of small base of centrifugal lattices, are screens with meshes smaller than linear sizes of packing members. EFFECT: higher efficiency. 8 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 отраслей 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 секционированная насадочная колонна, включающая вертикальный цилиндрический корпус, поддерживающую распределительную решетку, слой насадки на решетке, направляющий усеченный конус в периферийной части колонны, установленный меньшим основанием вниз, с арочными прорезями, вырубленными на поверхности конуса выпуклостью вверх, равномерно расположенными по концентрическим окружностям по отношению к оси конуса, сечение меньшего основания конуса равно не меньше 0,1 поперечного сечения колонны, перфорации поддерживающей распределительной решетки выполнены в виде арочных прорезей с направлением осей арочных прорезей от тангенциального, промежуточным между тангенциальным и радиальным, до радиального от центра к периферии соответственно с увеличением колонны, оси арочных прорезей на поверхности конуса направлены под острым углом к образующим конуса от периферии к центру, сечение арочных прорезей конусов больше сечений арочных прорезей распределительных решеток. Known sectioned packing column, including a vertical cylindrical body supporting the distribution grid, a nozzle layer on the grill guiding the truncated cone in the peripheral part of the column, installed smaller base down, with arched slots cut out on the surface of the cone bulge up, evenly spaced along concentric circles with respect to to the axis of the cone, the cross section of the smaller base of the cone is not less than 0.1 of the cross section of the column, perforation of the supporting distribution The grating is made in the form of arched slots with the direction of the axes of the arched slots from tangential, intermediate between tangential and radial, to radial from the center to the periphery, respectively, with increasing columns, the axis of the arched slots on the surface of the cone are directed at an acute angle to the generatrices of the cone from the periphery to the center, the section of the arched slots of the cones is larger than the sections of the arched slots of the distribution grids.

Известная массообменная колонна обеспечивает увеличение производительности за счет наличия сепарационного пространства между решетками со слоями насадки на них и повышение эффективности массообмена по сравнению с обычной известной насадочной колонной. The known mass transfer column provides an increase in productivity due to the presence of a separation space between the gratings with nozzle layers on them and an increase in the efficiency of mass transfer compared to a conventional known packed column.

Недостатком известной массообменной колонны является недостаточная поверхность массообмена между жидкостью и газом (паром) при движении от периферии к центру, провал жидкости в периферированной части, байпасирование и каналообразование в потоках жидкости, в результате снижается эффективность массообмена между газом (паром) и жидкостью, так как при перемешивании жидкости общая эффективность массообмена ступени приближается к локальной эффективной эффективности массообмена, которая, как известно, всегда меньше 1. A disadvantage of the known mass transfer column is the insufficient surface of mass transfer between the liquid and gas (vapor) when moving from the periphery to the center, the failure of the liquid in the peripheral part, bypassing and channel formation in the fluid flows, resulting in a decrease in the efficiency of mass transfer between the gas (vapor) and the liquid, since when mixing the liquid, the overall mass transfer efficiency of the step approaches the local effective mass transfer efficiency, which, as is known, is always less than 1.

Для повышения эффективности массообмена в секционированной насадочной колонне, включающей вертикальный цилиндрический корпус, внутри которого поярусно поочередно по высоте установлены центробежные секционирующие перфорированные решетки, и центростремительные секционирующие перфорированные решетки, выполненные в виде усеченных конусов, ориентированных большими основаниями вверх, плотно примыкающими к стенками корпуса колонны, перфорации решеток выполнены в виде арочных прорезей выпуклостями вверх, равномерно расположенных по концентрическим окружностям, оси арочных прорезей на центростремительных решетках направлены под острым углом к образующим от периферии к центру в одну и ту же сторону, слоя насадки, центробежные секционирующие перфорированные решетки выполнены в виде конусов, ориентированных вершинами вверх с диаметром меньше внутреннего диаметра колонны, угол наклона образующих центростремительных решеток к горизонтали в два раза больше, чем для центробежных решеток, оси арочных прорезей центробежных решеток направлены под острым углом к образующим от центра к периферии в одну и ту же сторону, высота слоя насадки на каждой решетке составляет 2,5 линейных размера элемента насадки, поперечные сечения между стенками корпуса колонны и наружными кромками центробежных решеток и внутренними кромками меньшего основания центростремительных решеток прикреплены сетки с ячейками, меньше линейных размеров элементов насадки. To increase the efficiency of mass transfer in a sectioned packed column, including a vertical cylindrical body, inside which centrifugal sectional perforated grids and centripetal sectioned perforated grids are made in the form of truncated cones oriented with large bases upward, tightly adjacent to the walls of the column body perforations of gratings are made in the form of arched slots with bulges upward, evenly spaced along to the centric circles, the axis of the arched slots on the centripetal gratings are directed at an acute angle to the generatrices from the periphery to the center in the same direction, nozzle layers, centrifugal sectional perforated gratings are made in the form of cones oriented upwards with a diameter smaller than the inner diameter of the column, the angle of inclination the centripetal lattices forming to the horizontal are twice as large as for centrifugal lattices, the axis of the arched slots of the centrifugal lattices are directed at an acute angle to the generatrices from the center to the periphery in the same direction, the height of the nozzle layer on each lattice is 2.5 linear dimensions of the nozzle element, the cross sections between the walls of the column casing and the outer edges of the centrifugal lattices and the inner edges of the smaller base of the centripetal lattices are attached mesh with cells, less linear dimensions of the nozzle elements.

Предлагаемая конструкция секционированной насадочной колонны за счет своих отличительных признаков обеспечивает решение поставленной технической задачи повышение эффективности массообмена в слоях насадки на центробежных решетках. The proposed design of a sectioned packed column due to its distinguishing features provides a solution to the technical problem of increasing the efficiency of mass transfer in the layers of the nozzle on centrifugal grids.

На фиг. 1 представлена секционированная насадочная колонна, продольный разрез; 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. 2; на фиг. 5 разрез Г-Г на фиг. 2; на фиг. 6 распорное кольцо, вид сверху; на фиг. 7 разрез Д-Д фиг. 6; на фиг. 8 - разрез Е-Е фиг. 6. In FIG. 1 shows a sectioned packed column, longitudinal section; in FIG. 2, section AA in FIG. one; in FIG. 3 section BB in FIG. one; in FIG. 4, section BB in FIG. 2; in FIG. 5 section GG in FIG. 2; in FIG. 6 spacer ring, top view; in FIG. 7 section DD DD of 6; in FIG. 8 is a section EE of FIG. 6.

Секционированная насадочная колонна (фиг. 1 8) содержит вертикальный цилиндрический корпус 1, поярусно расположенные по высоте внутри корпуса поочередно центробежные секционирующие перфорированные решетки 2, выполненные в виде конусов, ориентированных вершинами вверх с диаметром оснований меньше внутреннего диаметра корпуса, с острым углом образующих к горизонтали, и центростремительные секционирующие перфорированные решетки 3, выполненные в виде усеченных конусов, ориентированных большими основаниями вверх, плотно прилегающими к стенками корпуса 1 колонны, с углом наклона образующих к горизонтали в два раза больше, чем для центробежных решеток 2, перфорации центробежных решеток 2 выполнены в виде арочных прорезей 4 выпуклостью вверх, расположенных равномерно по концентрическим окружностями, с осями, направленными под острым углом к образующим от центра к периферии в одну и ту же сторону, перфорации центростремительных решеток 3 выполнены в виде арочных прорезей 5 выпуклостью вверх, расположенных равномерно по концентрическим окружностям, с осями, направленными под острым углом к образующим от периферии к центру в одну и ту же сторону. Для плотного прилегания центростремительных решеток 3 к стенкам корпуса 1 их наружные кромки выполнены с отбортовкой вверх для плотного прижимания отбортовок к внутренним стенкам корпуса 1 распорными кольцами 6, к концам которых прикреплены упорные пластины 7 и 8, к одной 7 из которых прикреплен упорный винт 9, проходящий свободно в отверстие другой пластины 8, по обе стороны которой на упорный винт 9 навинчены гайки 10 и 11 так, что гайка 10 между упорными пластинами 7 и 8 навинчена до упора в пластину 8, и упорное кольцо плотно прижимается к внутренним стенкам корпуса 1 вместе с отбортовкой центростремительной решетки. Ось упорного винта 9 смещена внутрь окружности распорного кольца 6 и вверх относительно горизонтальной плоскости для возможности обслуживания гаек 10 и 11 сверху при установке распорного кольца 6 внутри центростремительной решетки 3. Распорные кольца 6 совместно с радиальными опорами 12 используются для крепления центробежных решеток 2. Кольцевое пространство между внутренними стенками корпуса 1 и наружными кромками центробежной решетки перекрыты сеткой 13. Внутреннее отверстие центростремительной решетки 3 перекрыто сеткой 14. Ячейки сеток 13 и 14 меньше геометрических линейных размеров насадки 15, беспорядочно засыпанной на центробежные 2 и центростремительные 3 решетки слоем оптимальной высокой, составляющей 2,5 линейных размера элемента насадки. The partitioned packed column (Fig. 1-8) contains a vertical cylindrical housing 1, alternately centrifugal sectional perforated lattices 2 arranged in the form of cones oriented vertically upward with the diameter of the bases smaller than the inner diameter of the housing, with an acute angle horizontally , and centripetal sectional perforated gratings 3, made in the form of truncated cones, oriented with large bases upward, tightly adjacent to the the casing 1 of the column, with an angle of inclination of the generatrix to the horizontal twice as large as for centrifugal lattices 2, the perforations of the centrifugal lattices 2 are made in the form of arched slots 4 with convexity upward, arranged uniformly along concentric circles, with axes directed at an acute angle to the generatrices from the center to the periphery in the same direction, the perforations of the centripetal lattices 3 are made in the form of arched slots 5 with a convexity upward, arranged uniformly along concentric circles, with axes directed under a sharp angle to the generators from the periphery to the center in the same direction. For tight fit centripetal gratings 3 to the walls of the housing 1, their outer edges are flanged up to tightly press the flanges to the inner walls of the housing 1 with spacer rings 6, to the ends of which are attached thrust plates 7 and 8, one of which 7 has a thrust screw 9, passing freely into the hole of the other plate 8, on both sides of which the nuts 10 and 11 are screwed onto the stop screw 9 so that the nut 10 between the stop plates 7 and 8 is screwed completely into the plate 8, and the stop ring is firmly pressed against the inner them to the walls of the housing 1 along with the flanging of the centripetal lattice. The axis of the thrust screw 9 is shifted inwardly around the circumference of the spacer ring 6 and upward relative to the horizontal plane so that the nuts 10 and 11 can be serviced from above when the spacer ring 6 is installed inside the centripetal grill 3. The spacer rings 6 together with the radial bearings 12 are used to fasten the centrifugal grilles 2. The annular space between the inner walls of the housing 1 and the outer edges of the centrifugal lattice are covered by a grid 13. The inner hole of the centripetal lattice 3 is blocked by a grid 14. The mesh cells 13 and 14 are smaller than the geometric linear dimensions of the nozzle 15 randomly sprinkled on the centrifugal 2 and centripetal 3 lattices with a layer of optimal high component of 2.5 linear dimensions of the nozzle element.

Жидкость подается в колонну над центром слоя насадки 15 центробежной решетки 2 по центральной трубе 16, а газ (пар) снизу. The liquid is supplied to the column above the center of the nozzle layer 15 of the centrifugal lattice 2 through the central pipe 16, and the gas (steam) from the bottom.

Секционированная насадочная колонна работает следующим образом. Sectionalized packed column operates as follows.

Газ (пар) поступает в корпус 1 колонны (фиг. 1 8) снизу и движется вверх, проходит через арочные прорези 5 центростремительной секционирующей решетки 3 и слой насадки 15 на ней, где контактирует с жидкостью, поднимается вверх над слоем насадки 15, проходит через арочные прорези 4 центробежной секционирующей решетки 2 и слой насадки 15 на ней, где контактирует с жидкостью и поднимается вверх над слоем насадки 15 под вышерасположенную центростремительную решетку 3 и т.д. Gas (steam) enters the casing 1 of the column (Fig. 1-8) from the bottom and moves upward, passes through the arched slots 5 of the centripetal sectioning lattice 3 and the nozzle layer 15 on it, where it contacts the liquid, rises above the nozzle layer 15, passes through arched slots 4 of the centrifugal sectioning lattice 2 and the nozzle layer 15 on it, where it contacts the liquid and rises above the nozzle layer 15 under the upstream centripetal lattice 3, etc.

Жидкость поступает сверху по трубе 16 в центр над слоем насадки 15 на верхней центробежной секционирующей решетке 2 и движется от центра к периферии под действием количества движения потока газа (пара), выходящего через арочные прорези 4 под острым углом к образующим от центра к периферии и под действием наклона образующих конической центробежной решетки к горизонтали, при этом жидкость частично совершает кольцевое движение в поперечном направлении по отношению к радиальному направлению движения от центра к периферии. Структура потока жидкости в слое насадки на центробежной решетке близка к модели идеального вытеснения в радиальном направлении от центра к периферии при полном перемешивании жидкости по высоте слоя насадки. The liquid enters from above through the pipe 16 to the center above the nozzle layer 15 on the upper centrifugal sectional grating 2 and moves from the center to the periphery under the action of the momentum of the gas flow (steam) exiting through the arched slots 4 at an acute angle to the generatrix from the center to the periphery and under the action of the inclination of the generators of the conical centrifugal lattice to the horizontal, while the fluid partially makes a circular motion in the transverse direction with respect to the radial direction of movement from the center to the periphery. The structure of the fluid flow in the nozzle layer on the centrifugal grate is close to the model of ideal displacement in the radial direction from the center to the periphery with complete mixing of the liquid along the height of the nozzle layer.

Аналогично в слое насадки 15 на центростремительной решетке 3 жидкость движется от периферии к центру, структура потока жидкости близка к модели идеального вытеснения в радиальном направлении от периферии к центру при полном перемешивании жидкости по высоте слоя насадки. Similarly, in the nozzle layer 15 on the centripetal lattice 3, the liquid moves from the periphery to the center, the structure of the fluid flow is close to the model of ideal displacement in the radial direction from the periphery to the center with complete mixing of the liquid along the height of the nozzle layer.

Для обеспечения одинаковой средней высоты слоя жидкости на центробежных и центростремительных решетках и одинакового гидравлического сопротивления слоя жидкости, а также одинаковой эффективности массообмена секций угол наклона образующих конических центростремительных решеток принят в два раза больше, чем центробежных решеток, так как количество жидкости на центробежной решетке будет в два раза меньше, чем на центростремительной решетке, судя по объему прямого конуса при его высоте h_к, равному

а объем воронки при ее высоте h_в равен

где r_к=r_в, h_к=h_в, r_к, r_в радиусы оснований конуса и воронки.To ensure the same average height of the liquid layer on centrifugal and centripetal lattices and the same hydraulic resistance of the liquid layer, as well as the same mass transfer efficiency of the sections, the angle of inclination of the conical centripetal lattices is twice as large as the centrifugal lattices, since the amount of liquid on the centrifugal lattice will be two times less than on a centripetal lattice, judging by the volume of the straight cone at its height h _k equal to

and the volume of the funnel at its height h _in equal

where r _k = r _in , h _k = h _in , r _k , r _{in the} radii of the bases of the cone and funnel.

Использование распорных колец 6 обеспечивает плотность сопряжения центростремительных решеток 3 со стенками корпуса 1, при этом не требуются специальные опорные элементы, привариваемые к стенкам корпуса 1, что намного снижает стоимость затрат на изготовление опорных средств, и стенки корпуса 1 остаются гладкими и невредимыми. The use of spacer rings 6 provides a density of conjugation of centripetal grids 3 with the walls of the housing 1, without the need for special supporting elements welded to the walls of the housing 1, which greatly reduces the cost of manufacturing support tools, and the walls of the housing 1 remain smooth and unharmed.

Технические преимуществао изобретения по сравнению с прототипом заключаются в повышении эффективности массообмена между газом (паром) и жидкостью вследствие изменения структуры потока жидкости в слое насадки на центробежных секционирующих решетках в сторону уменьшения продольного перемещения за счет увеличения радиальной скорости жидкости в слое насадки. The technical advantages of the invention compared to the prototype are to increase the efficiency of mass transfer between gas (vapor) and liquid due to a change in the structure of the liquid flow in the nozzle layer on centrifugal sectional gratings in the direction of decreasing longitudinal movement due to an increase in the radial velocity of the liquid in the nozzle layer.

Общественно полезные преимущества изобретения, вытекающие из технических преимуществ, по сравнению с прототипом, заключаются в повышении эффективности массообмена секции с центробежными решетками в колонны в целом, повышении чистоты и качества продуктов разделения или в уменьшении необходимого флегмового числа для разделения смесей ректификацией, что выразится в уменьшении расхода тепла на ректификацию. The socially useful advantages of the invention arising from technical advantages compared with the prototype are to increase the efficiency of mass transfer of the centrifugal section of the column into columns in general, to increase the purity and quality of the separation products or to reduce the required reflux ratio for separation of the mixtures by distillation, which will result in a decrease heat consumption for rectification.

Claims

Sectional packed column, including a vertical cylindrical body, inside which centrifugal sectional perforated lattices and centripetal sectional perforated lattices are made, alternately perpendicular to the center, with truncated cones oriented with large bases upward, closely adjacent to the walls of the column body, perforated lattices are made in the form of arched slots with bulges up, evenly spaced along concentric circles, the axis of arched The hezeys on the centripetal gratings are directed at an acute angle to the generators from the periphery to the center in the same direction, the nozzle layer, characterized in that the centrifugal sectional perforated gratings are made in the form of cones oriented upwards with a diameter smaller than the inner diameter of the column, the angle of inclination of the generators the centripetal lattices to the horizontal are twice as large as for centrifugal lattices, the axis of the arched slots of the centrifugal lattices are directed at an acute angle to the generatrix from the center to the periphery one and the same direction, the height of the nozzle layer on each of the arrays is 2.5 linear packing element size, in cross-sections between the walls of the column body and the outer edges of centrifugal gratings and the inner edges of the smaller base of centripetal lattices with cells attached mesh sizes smaller than the linear nozzle elements.