RU2172203C2

RU2172203C2 - Rectification tower

Info

Publication number: RU2172203C2
Application number: RU99117147A
Authority: RU
Inventors: Джон Р. СОТЕР; Ричард П. ХАУЗЕР; Джон ХЭРРИС
Original assignee: Нортон Кемикал Проусесс Продактс Корпорейшн
Filing date: 1997-01-27
Publication date: 2001-08-20

Abstract

FIELD: rectification towers. SUBSTANCE: rectification tower has perforated fractionating trays and drain sleeves allowing the liquid to flow from one tray located directly under it. Drain sleeves have radial discharge channels which direct liquid flowing down to tower wall but not to surface of tray located directly under drain sleeve. This makes it possible to have, at least, one perforated part of zone under drain sleeve to increase efficiency of tray for ensuring vapor/liquid contact and to ensure exclusion of liquid soaking through perforations without increase of vapor pressure. EFFECT: higher efficiency. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение имеет отношение к созданию химического технологического оборудования, в котором жидкость вводится в контакт с противотоком газа. Это может происходить при выполнении различных задач, таких как десорбция компонента из потока жидкости или абсорбция компонента потоком жидкости. В более общем виде настоящее изобретение имеет отношение к созданию оборудования, предназначенного для облегчения массо- или теплопереноса между фазами. The invention relates to the creation of chemical process equipment in which a liquid is brought into contact with a countercurrent gas. This can occur when performing various tasks, such as desorption of a component from a liquid stream or absorption of a component by a liquid stream. More generally, the present invention relates to equipment for facilitating mass or heat transfer between phases.

В том типе оборудования, с которым конкретно связано настоящее изобретение, используют фракционирующие (ректификационные) тарелки поперечного потока, связанные со сливными стаканами. В таком оборудовании предусмотрена ректификационная колонна с множеством фракционирующих тарелок, установленных главным образом горизонтально внутри колонны. Каждая колонна имеет перфорированный ярус и по меньшей мере один канал, именуемый сливным стаканом, в котором протекающая над ярусом жидкость может быть накоплена и канализирована к нижней тарелке. При работе вводят газ или пар в основание колонны и пропускают его через перфорации в ярусах фракционирующих тарелок. Одновременно вводят жидкость в верхнюю часть колонны и перколируют (фильтруют) ее в нижнем направлении, пропуская над фракционирующими тарелками и через сливные стаканы вниз к нижней тарелке. В типичной конструкции жидкость выходит из сливных стаканов через открытое дно и/или переднюю сторону (сторону, обращенную к центру тарелки) сливного стакана. В некоторых случаях сливной стакан имеет поддон, в котором жидкость протекает вокруг щелей в основании и вытекает через них. В некоторых конструкциях предусмотрена перфорированная зона под сливным стаканом с контактом между паром и жидкостью, который исключен коробкой над перфорированным участком зоны под сливным стаканом. Обычно не предусмотрен контакт между паром и жидкостью в зоне под сливным стаканом, что снижает производительность колонны. Некоторые модификации, обращенные на решение указанной проблемы, приводят к использованию щелевых оснований сливных стаканов, как, например, в патенте JP-A-7318192, предназначенных для более равномерного распределения потока жидкости во всех направлениях, так чтобы были использованы все перфорации зоны под сливным стаканом. Однако при этом все еще сохраняется проблема относительно жидкости, проходящей непосредственно вниз через перфорации, предназначенные для пропускания вверх пара. В устройстве, описанном в патенте США N 3784175, вытекающий из сливного стакана поток направляют к участку тарелки, расположенному вблизи от стенки колонны, при помощи удерживаемого пружиной изогнутого элемента, который в зависимости от веса жидкости в сливном стакане может быть закрыт или открыт для выпуска жидкости из сливного стакана. In the type of equipment with which the present invention is specifically associated, fractional (distillation) cross-flow plates associated with drain cups are used. In such equipment, a distillation column is provided with a plurality of fractionation plates mounted mainly horizontally inside the column. Each column has a perforated layer and at least one channel, called a drain cup, in which the liquid flowing over the layer can be accumulated and drained to the lower plate. During operation, gas or steam is introduced into the base of the column and passed through perforations in the tiers of the fractionation plates. At the same time, liquid is introduced into the upper part of the column and percolated (filtered) in the lower direction, passing over the fractionation plates and through the drain glasses down to the lower plate. In a typical design, the liquid exits the drain cups through the open bottom and / or front side (side facing the center of the plate) of the drain cup. In some cases, the drain cup has a tray in which fluid flows around the slots in the base and flows out through them. Some designs provide a perforated area under the drain cup with contact between the vapor and the liquid, which is excluded by the box above the perforated portion of the zone under the drain cup. Typically, no contact is made between steam and liquid in the area under the drain cup, which reduces the performance of the column. Some modifications aimed at solving this problem lead to the use of slotted bottoms of drain cups, such as, for example, in JP-A-7318192, designed to more evenly distribute the fluid flow in all directions, so that all the perforations of the zone under the drain cup are used . However, there is still a problem with respect to the fluid flowing directly downward through the perforations intended to pass upward steam. In the device described in US Pat. No. 3,784,175, the effluent from the drain cup is directed to a plate portion located close to the column wall using a spring-curved element that, depending on the weight of the liquid in the drain cup, can be closed or opened to discharge fluid from a drain glass.

В идеальных условиях протекания процесса жидкость не должна проходить через перфорации в ярусах фракционирующих тарелок за счет давления газа, проходящего через перфорации в направлении вверх. Этот процесс является тонко сбалансированным, так как если давление слишком велико, то газ будет иметь более короткое время нахождения в колонне и менее эффективный контакт с текущей вниз жидкостью. Более высокая скорость газа может также приводить к переносу капель жидкости вверх к верхней тарелке, в результате чего снижается эффективность разделения за счет обратного перемешивания. С другой стороны, если скорость газа слишком мала, то жидкость будет проникать через перфорации в ярусах тарелок (что известно как "просачивание"), и приводить к короткому замыканию структур потока, которые предназначены для максимального увеличения контактов жидкость/газ. Under ideal conditions of the process, the liquid should not pass through the perforations in the tiers of the fractioning plates due to the pressure of the gas passing through the perforations in the upward direction. This process is finely balanced, because if the pressure is too high, the gas will have a shorter residence time in the column and less effective contact with the downward flowing liquid. A higher gas velocity can also lead to the transfer of liquid droplets up to the upper plate, thereby reducing the separation efficiency due to back mixing. On the other hand, if the gas velocity is too low, then the liquid will penetrate through the perforations in the tiers of the plates (what is known as "leakage"), and lead to a short circuit of the flow structures, which are designed to maximize the liquid / gas contacts.

Таким образом, резюмируя, можно сказать, что течение газа должно быть достаточно медленным для осуществления эффективного контакта с потоком жидкости, но достаточно быстрым для сведения к минимуму просачивания. Несмотря на то, что необходима разность давлений между пространством над фракционирующей тарелкой и пространством под ней, если эта разность слишком велика, то поток газа будет ускоряться при его прохождении через перфорации и эффективный барботажный контакт будет утерян. Для сохранения такого же объема потока газа, но уменьшения давления, необходимо максимально увеличить перфорированную зону фракционирующей тарелки или предусмотреть некоторый иной эффективный механизм для ввода в контакт с жидкостью газа, когда он проходит через фракционирующую тарелку. Thus, in summary, we can say that the gas flow should be slow enough to make effective contact with the fluid flow, but fast enough to minimize leakage. Despite the fact that a pressure difference is required between the space above the fractionation plate and the space below it, if this difference is too large, the gas flow will accelerate as it passes through the perforations and an effective bubbling contact will be lost. To maintain the same volume of gas flow, but to reduce pressure, it is necessary to maximize the perforated zone of the fractionation plate or provide some other effective mechanism for bringing gas into contact with the liquid when it passes through the fractionation plate.

Однако часто возникает проблема просачивания в том случае, когда расход жидкости особенно велик в местной перфорированной зоне, в особенности в зоне под сливным стаканом. Поэтому в некоторой степени желание достичь наивысшей эффективности контакта (что вызывает необходимость обеспечения самого низкого возможного падения давления через колонну) за счет возможно большего перфорирования части поверхности яруса противоречит желанию избежать просачивания. В соответствии с настоящим изобретением обеспечена высокая эффективность (или высокая производительность) конструкции фракционирующей тарелки, которая обеспечивает минимальную опасность просачивания. However, a leakage problem often arises when the flow rate is especially high in the local perforated zone, especially in the area under the drain cup. Therefore, to some extent, the desire to achieve the highest contact efficiency (which necessitates the lowest possible pressure drop through the column) due to the greatest possible perforation of part of the surface of the tier is contrary to the desire to avoid leakage. In accordance with the present invention, high efficiency (or high productivity) of the design of the fractionation plate is ensured, which provides a minimum risk of leakage.

В соответствии с настоящим изобретением предлагается ректификационная колонна, которая включает в себя первую перфорированную фракционирующую тарелку по меньшей мере с одним сливным стаканом для канализирования выходного потока от первой тарелки ко второй перфорированной фракционирующей тарелке, расположенной непосредственно под первой тарелкой, причем каждый сливной стакан канализирует протекающую вниз жидкость от первой тарелки на участок второй тарелки, смежный со стыком (местом соединения) тарелки и стенки колонны. Сливной стакан преимущественно имеет ограниченную выходную область, предназначенную для обеспечения протекания выходного потока из него исключительно в направлении периферического не перфорированного участка второй тарелки. Жидкость может, например, вытекать из сливных стаканов через радиальные щели, прямоугольные щели, зубчатые сливы или плоские сливы, специально предназначенные для направления потока к зоне стыка стенка/тарелка, из которой он может быть распределен равномерно ранее входа в контакт с перфорированной зоной фракционирующей тарелки. Нашли, что если выходной поток от сливного стакана распределен по второй тарелке указанным образом ранее входа в контакт с перфорациями, то можно избежать ситуаций с локализованным мощным потоком, которые могут приводить к просачиванию. От стыка стенка/тарелка поток естественно растекается вокруг стенки и проникает в перфорированную область. Так как поток первоначально направлен к стенке, то существенный участок зоны под сливным стаканом может быть теперь перфорирован, как простыми отверстиями, так и отверстиями с клапанами, в результате чего повышается эффективность тарелок. The present invention provides a distillation column that includes a first perforated fractionation plate with at least one drain cup for channeling the output stream from the first plate to a second perforated fractionation plate located directly below the first plate, with each drain cup channeling downstream liquid from the first plate to the section of the second plate adjacent to the junction (junction) of the plate and the column wall. The drain cup preferably has a limited outlet region, designed to ensure the flow of the outlet stream from it exclusively in the direction of the peripheral not perforated portion of the second plate. The fluid may, for example, flow out of the drain cups through radial slots, rectangular slots, gear drains or flat drains specially designed to direct the flow to the wall / plate interface, from which it can be distributed evenly before it comes into contact with the perforated zone of the fractionation plate . It was found that if the output stream from the drain cup is distributed on the second plate in the indicated manner before it came into contact with the perforations, then situations with a localized powerful stream that can lead to leakage can be avoided. From the junction of the wall / plate, the flow naturally spreads around the wall and penetrates into the perforated region. Since the flow is initially directed toward the wall, a substantial portion of the area under the drain cup can now be perforated, both with simple holes and with valve openings, resulting in increased plate efficiency.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения перфорированный барьер разделяет зону первоначального жидкостного контакта от перфорированного участка тарелки, так что поток по перфорированной зоне распределен возможно более равномерно. According to a preferred embodiment of the present invention, the perforated barrier separates the initial fluid contact zone from the perforated portion of the plate, so that the flow is distributed evenly over the perforated zone.

На фиг. 1 приведено поперечное сечение колонны, содержащей фракционирующие тарелки и единственный закрытый сливной стакан в соответствии с настоящим изобретением. In FIG. 1 is a cross-sectional view of a column containing fractionation plates and a single closed drain cup in accordance with the present invention.

На фиг. 2 показан вид в плане нижней из фракционирующих тарелок, показанных на фиг. 1. Перфорации показаны в зоне под сливным стаканом. In FIG. 2 shows a plan view of the bottom of the fractionation plates shown in FIG. 1. Perforations are shown in the area under the drain cup.

Указанные ранее и другие характеристики изобретения будут более ясны из последующего детального описания, приведенного со ссылкой на сопроводительные чертежи, которые приведены только в качестве примера осуществления настоящего изобретения и не подразумевают никакого существенного ограничения объема настоящего изобретения. The foregoing and other characteristics of the invention will be more apparent from the following detailed description, given with reference to the accompanying drawings, which are given only as an example of implementation of the present invention and do not imply any significant limitation of the scope of the present invention.

Показанное на фиг. 1 и 2 устройство содержит резервуар 1, в котором установлены одна над другой две фракционирующих тарелки 2, главным образом в горизонтальном положении. Фракционирующие тарелки имеют множество перфораций 6 и сливной стакан 7, который имеет впускной канал 3 и выпускной канал 4. На фиг. 1 показан сливной стакан только для верхней тарелки, однако следует иметь в виду, что все тарелки имеют аналогичные сливные стаканы, но с размещением на стороне тарелки, противоположной стороне приема потока от сливного стакана, связанного с тарелкой, расположенной непосредственно сверху. Это максимально увеличивает путь прохождения потока жидкости и возможности контакта с паром. Shown in FIG. 1 and 2, the device comprises a reservoir 1, in which two fractionation plates 2 are mounted one above the other, mainly in a horizontal position. The fractionation trays have many perforations 6 and a drain cup 7, which has an inlet channel 3 and an outlet channel 4. In FIG. 1, a drain cup is shown only for the upper plate, however, it should be borne in mind that all plates have similar drain cups, but with the placement on the side of the plate opposite the receiving side of the flow from the drain cup associated with the plate located directly on top. This maximizes the path of the fluid flow and the possibility of contact with steam.

Вытекающая из выпускного канала 4 сливного стакана жидкость направляется в зону под сливным стаканом 5, которая примыкает к стенке резервуара и не имеет перфораций. Отсюда жидкость распределяется так, как это показано на фиг. 2 стрелками, так что ни один участок тарелки не получает достаточно жидкости для того, чтобы началось просачивание через перфорации на этом участке. The liquid flowing from the outlet channel 4 of the drain cup is directed to the area under the drain cup 5, which is adjacent to the wall of the tank and has no perforations. From here, the liquid is distributed as shown in FIG. 2 arrows, so that not one section of the plate receives enough fluid to leak through the perforations in this section.

Приведенная структура является весьма предпочтительной, так как она обеспечивает отсутствие канализирования жидкости, вытекающей из сливного стакана в направлении к перфорациям яруса фракционирующей тарелки, в таком количестве, которое достаточно для предотвращения потока пара через перфорации и для начала просачивания. За счет обеспечения первоначального контакта потока с областями без перфораций и равномерного его распределения в направлении всех перфорированных зон поддерживается однородная высокая степень контакта пар/жидкость. The above structure is very preferable, since it ensures that there is no channeling of the liquid flowing out of the drain cup towards the perforations of the tier of the fractioning plate, in such an amount that is sufficient to prevent the vapor flow through the perforations and to start leakage. By ensuring the initial contact of the flow with areas without perforations and its uniform distribution in the direction of all perforated zones, a uniform high degree of vapor / liquid contact is maintained.

Claims

1. A distillation column, which has an inner wall and contains at least two horizontally located one above the other perforated fractionation plates, including the first perforated fractionation plate with at least one drain cup adjacent to the periphery of the plate, for channeling the outlet flow from the first plate through at least one outlet channel to a second perforated fractioning plate located under the first plate, characterized in that hydrochloric downcomer channel of each guide adapted entire output stream therefrom toward the inner column wall adjacent the downcomer.

2. The distillation column according to claim 1, characterized in that it has a perforated barrier between the perforated zone of the second perforated plate and the zone of initial contact of the liquid flowing from the drain cup.