RU2118196C1

RU2118196C1 - Vacuum packed sectionalized column

Info

Publication number: RU2118196C1
Application number: RU94020354A
Authority: RU
Inventors: Иван Петрович Слободяник
Original assignee: Иван Петрович Слободяник
Priority date: 1994-05-31
Filing date: 1994-05-31
Publication date: 1998-08-27
Also published as: RU94020354A

Abstract

FIELD: chemical industry; gas (vapor)-liquid processes. SUBSTANCE: vacuum packed sectionalized column has vertical cylindrical housing accommodating sectionalizing perforated grids installed in turn over its height and made in form of cones oriented by vertices upwards, with diameter equal to inner diameter of column housing, and centripetal sectionalizing perforated grids made in form of cones oriented with their bases upwards and tightly adjoining inner walls of column housing with angle of inclination of generatrices twice as great as that of centrifugal grids. Perforations of grids are made in form of arch slots uniformly spaced over concentric circumferences, with convexities pointed upwards. Axes of arch slots on centripetal grids are directed at acute angle towards generatrices from periphery to center in one and the same side. Packing is placed on each grid disorderly. Axes of arch slots of centrifugal grids are directed at acute angle to generatrices from center to periphery in one and the same side. Height of packing layer on each grid is equal to 2.5 linear dimensions of packing. EFFECT: increased efficiency of mass exchange between gas (vapor) and liquid owing to increased interphase mass exchange surface on free volume of packing and provision of liquid flow structure close to model of ideal displacement in horizontal plane in radial direction at complete mixing of liquid in height of packing layer in section. 8 dwg

Description

Изобретение относится к конструкциям массообменных колонн насадочного типа для систем газ (пар) - жидкость, предназначенных для процессов абсорбции, ректификации и особенно вакуумной ректификации в условиях малых объемных нагрузок по жидкости и очень больших объемных нагрузок по газу (пару) 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 absorption, distillation, and especially vacuum distillation processes under conditions of low volumetric fluid loads and very large volumetric gas loads (steam) and can be used in chemical , petrochemical, gas and other industries.

Известна насадочная секционированная 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 диаметра колонны, оси арочных прорезей на поверхности конуса направлены под острым углом к образующим конуса от поверхности к центру, сечение арочных прорезей конусов больше сечений арочных прорезей распределительных решеток (а.с. N 1755858, кл. B 01 D 3/22, 3/32). Known nozzle sectionalized column, comprising a vertical cylindrical housing supporting the distribution grid, a nozzle layer on the grid, guiding the truncated cone in the peripheral part of the column, installed with a 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 column diameter, 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 surface 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 (A.S. N 1755858, cl. B 01 D 3/22, 3/32).

Известная 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 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 mass transfer efficiency compared to a conventional known packed column.

Недостатком известной колонны является недостаточная поверхность массообмена между жидкостью и газом (паром) при движении жидкости от периферии к центру, провал жидкости в перфорированной части и байпассирование 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 эффективности массообмена, которая, как известно, всегда меньше 1. A disadvantage of the known column is the insufficient mass transfer surface between the liquid and the gas (vapor) when the liquid moves from the periphery to the center, the failure of the liquid in the perforated part and the bypassing and channel formation in the liquid flows, as a result, the mass transfer efficiency between the gas (vapor) and the liquid decreases, since when mixing the liquid, the overall mass transfer efficiency of the step approaches the local mass transfer efficiency, which, as you know, is always less than 1.

Для повышения эффективности массообмена в насадочной секционированной колонне, включающей вертикальный цилиндрический корпус, внутри которого по высоте поочередно установлены центробежные секционирующие перфорированные решетки, выполненные в виде конусов, ориентированных вершинами вверх с диаметром, равным внутреннему диаметру корпуса колонны, и центростремительные секционирующие перфорированные решетки, выполненные в виде конусов, ориентированных основаниями вверх, плотно примыкающими к внутренним стенкам корпуса колонны с углом наклона образующих больше в два раза, чем для центробежных решеток, перфорации решеток выполнены в виде арочных прорезей выпуклостью 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, на каждой решетке неупорядочно уложена слоем насадка, 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. To increase the efficiency of mass transfer in a packed sectionalized column, including a vertical cylindrical body, inside which centrifugal sectional perforated grids are alternately installed in height, made in the form of cones oriented upwards with a diameter equal to the inner diameter of the column body, and centripetal sectioned perforated grids made in in the form of cones oriented upwards, closely adjacent to the inner walls of the column body with Ohm, the inclination of the generators is twice as large as for centrifugal gratings, the perforations of the gratings are made in the form of arched slots convex upward, evenly spaced along concentric circles, the axis of the arched slots on the centripetal gratings are directed at an acute angle to the generators from the periphery to the center to the same side, on each lattice randomly laid with a nozzle layer, 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, the height of the nozzle layer in each lattice is 2.5 linear packing element size.

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

На фиг. 1 представлен схематически продольный разрез секционированной насадочной колонны. In FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of a sectioned packed column.

На фиг. 2 - поперечный разрез в плоскости А-А на фиг. 1
На фиг. 3 - то же в плоскости Б-Б на фиг. 1.In FIG. 2 is a transverse section in the plane AA in FIG. 1
In FIG. 3 - the same in the plane BB in FIG. 1.

На фиг. 4 - разрез по В-В на фиг. 2. In FIG. 4 is a section along BB in FIG. 2.

На фиг. 5 - разрез по Г-Г на фиг. 2. In FIG. 5 is a section along G-D in FIG. 2.

На фиг. 6 - распорное кольцо, вид сверху. In FIG. 6 - spacer ring, top view.

На фиг. 7 - вид по Д-Д на фиг. 6. In FIG. 7 is a DD view of FIG. 6.

На фиг. 8 - вид по Е-Е на фиг. 6. In FIG. 8 is a view along EE in 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, равным внутреннему диаметру корпуса, с острым углом образующих к горизонтали, и центростремительные секционирующие перфорированные решетки 3, выполненные в виде конусов, ориентированных основаниями вверх, плотно прилегающими к стенкам 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 окружностям, 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 распорное кольцо 6 плотно прижимается к внутренним стенкам корпуса 1 вместе с отбортовкой центростремительной решетки 3. 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. На центробежные 2 и центростремительные 3 решетки беспорядочно засыпан слой насадки 12 оптимальной высотой, составляющей 2,5 линейных размера элемента насадки. The partitioned packed column (Figs. 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 equal to the inner diameter of the housing with an acute angle forming horizontally, and centripetal sectional perforated lattices 3, made in the form of cones oriented upwards, tightly adjacent to the walls of the housing 1 count are those with an angle of inclination of the generators to the horizontal two times greater than for centrifugal grids 2, the perforations of the centrifugal grids 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 generators from the center to the periphery in the same direction, the perforations of the centripetal gratings 3 are made in the form of arched slots 5 with a convexity upward, arranged uniformly along concentric circles, with axes directed at an acute angle to the shape them 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 spacer ring 6 is tightly pressed against the the lower walls of the housing 1 together with the flanging of the centripetal lattice 3. The axis of the stop screw 9 is offset inside the circumference of the spacer ring 6 and upward relative to the horizontal plane so that nuts 10 and 11 can be serviced from above when the spacer ring 6 is installed inside the centripetal lattice 3. On centrifugal 2 and centripetal 3 the lattice randomly filled with a layer of nozzle 12 with an optimal height of 2.5 linear dimensions of the nozzle element.

Жидкость подается в колонну над центром слоя насадки 12 центробежной решетки 2 по центральной трубе 13, а газ (пар) - снизу. The liquid is supplied to the column above the center of the nozzle layer 12 of the centrifugal lattice 2 through the central pipe 13, and the gas (steam) from below.

Вакуумная насадочная секционированная колонна работает следующим образом. Vacuum packed sectionalized column operates as follows.

Газ (пар) поступает в корпус 1 колонны снизу и движется вверх, проходит через арочные прорези 5 центростремительной секционирующей решетки 3 и слой насадки 12 на ней, где контактирует с жидкостью, поднимается вверх над слоем насадки 12, проходит через арочные прорези 4 центробежной секционирующей решетки 2 и слой насадки 12 на ней, где контактирует с жидкостью и поднимается вверх над слоем насадки 12 под вышерасположенную центростремительную решетку 3 и т.д. Gas (steam) enters the casing 1 of the column from the bottom and moves upward, passes through the arched slots 5 of the centripetal sectioning lattice 3 and the layer of the nozzle 12 on it, where it contacts the liquid, rises above the layer of the nozzle 12, passes through the arched slots 4 of the centrifugal sectioning lattice 2 and the layer of the nozzle 12 on it, where it is in contact with the liquid and rises up above the layer of the nozzle 12 under the upstream centripetal lattice 3, etc.

Жидкость поступает сверху по трубе 13 в центр над слоем насадки 12 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. В периферийной части жидкость стекает вниз через арочные прорези 4 центробежных решеток 2 вниз на слой насадки 12 на центростремительных решетках 3. 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 13 to the center above the nozzle layer 12 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. In the peripheral part, the liquid flows down through the arched slots of 4 centrifugal grids 2 down to the nozzle layer 12 on the centripetal grids 3. 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 full mixing of the liquid in height nozzle layer.

Аналогично в слое насадки 12 на центростремительной решетке 3 жидкость движется от периферии к центру, где стекает через арочные прорези 5 вниз на слой насадки 12 центробежной решетки 2. Структура потока жидкости близка к модели идеального вытеснения в радиальном направлении от периферии к центру при полном перемешивании жидкости по высоте слоя насадки. Ввиду малых объемов жидкости, стекающей по колонне в условиях вакуумной ректификации жидкость стекает через арочные прорези 4 и 5 на центробежных 2 и центростремительных 3 решетках. Similarly, in the nozzle layer 12 on the centripetal lattice 3, the fluid moves from the periphery to the center, where it flows through the arched slots 5 down to the layer of the nozzle 12 of the centrifugal lattice 2. 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 the height of the nozzle layer. Due to the small volumes of liquid flowing down the column under vacuum distillation, the liquid flows through arched slots 4 and 5 on centrifugal 2 and centripetal 3 gratings.

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 are 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 ensures the density of conjugation of centripetal gratings 3 with the walls of the housing 1, without the need for special support 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 преимущества изобретения 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 перемешивания за счет увеличения радиальной составляющей скорости жидкости в слое насадки. The technical advantages of the invention are to increase the efficiency of mass transfer between gas (vapor) and liquid due to a change in the structure of the fluid flow in the nozzle layer on centrifugal sectional gratings in the direction of decreasing longitudinal mixing by increasing the radial component of the fluid velocity in the nozzle layer.

Общественно полезные преимущества изобретения заключаются в повышении эффективности массообмена секций с центробежными решетками и 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 are to increase the mass transfer efficiency of sections with centrifugal gratings and the column as a whole, to increase the purity and quality of separation products, or to reduce the necessary reflux ratio for separation of mixtures by distillation, which will result in a decrease in the heat consumption for distillation.

Claims

\ \\ 1 Vacuum packed sectionalized column, including a vertical cylindrical body, inside which centrifugal sectional perforated grids are alternately installed in height, made in the form of cones oriented upward with diameters equal to the inner diameter of the column body, and centripetal sectional perforated grids made in in the form of cones oriented upwards, closely adjacent to the inner walls of the column body, with a large angle of inclination 2 times than for centrifugal lattices, the perforations of the lattices are made in the form of arched slots with bulges upward, evenly spaced along concentric circles, the axis of the arched slots on the centripetal lattices are directed at an acute angle to the generators from the periphery to the center in the same direction, each lattice is randomly laid with a nozzle layer, characterized in that 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, the height of the nozzle layer by zhdoy lattice is 2.5 linear packing element size.