RU2218982C1

RU2218982C1 - Method of a gas and a liquid contact

Info

Publication number: RU2218982C1
Application number: RU2002113428A
Authority: RU
Inventors: Г.К. Зиберт; Ю.А. Кащицкий; В.В. Клюйко; Р.С. Сулейманов; Г.А. Ланчаков; А.Н. Кульков; В.А. Ставицкий
Original assignee: Зиберт Генрих Карлович; Кащицкий Юрий Аркадьевич; Клюйко Владимир Владимирович; Сулейманов Рим Султанович; Ланчаков Григорий Александрович; Кульков Анатолий Николаевич; Ставицкий Вячеслав Алексеевич
Priority date: 2002-05-23
Filing date: 2002-05-23
Publication date: 2003-12-20

Abstract

FIELD: gas, petroleum, chemical and other allied industries. SUBSTANCE: invention presents a method of a gas and a liquid contact for realization of the heat and the mass exchange processes in the gas-liquid systems. The method may find application in gas, petroleum, chemical and some other allied industries, in particular, in operation of rectifying and absorbing columns, purification absorbers, absorbers of sanitation and drying of hydrocarbon gases. The method applies the counter-current contacting of a liquid and a gas, distribution of a gas streams on the surfaces of sheets in parallel to the inclined flows of a liquid and directing these streams in the mirror reflection on the surface of the adjacent sheets, arrangement on the surface of the sheets of irregular (undulatory) gas streams directed at an angle to the gas and liquid streams, organization in the places of intersection of two gas streams with inclined streams of takeoff liquid and its contacting with the gas. In the places of the liquid takeoff fluctuations of the inclined liquid streams are arranged by two inclined gas streams. EFFECT: the offered method allows to create additional contact zones in the regular nozzles. 2 cl, 3 dwg, 1 tab

Description

Изобретение относится к способам контакта газа и жидкости для проведения тепло- и массообменных процессов для систем газ (пар) -жидкость и может найти применение в газовой, нефтяной, химической и ряде других смежных отраслей промышленности, в частности в ректификационных, абсорбционных колоннах, абсорберах очистки и осушки углеводородных газов. The invention relates to methods of contacting gas and liquid for carrying out heat and mass transfer processes for gas (steam)-liquid systems and can find application in gas, oil, chemical and several other related industries, in particular in distillation, absorption columns, cleaning absorbers and drying of hydrocarbon gases.

Известен способ контакта газа и жидкости в противотоке на насадке фирмы "Зульцер" (патент США 4643853, НКИ 261-112, 1987 г.), в которой вертикально установленные листы с наклонным гофрированием, соприкасающиеся выступающими гофрами друг с другом, орошаются сверху жидкостью, а снизу по каналам гофр подается газ. Жидкостью, которая распределяется, стекая по каналам гофр, смачиваются листы, а газ движется с обеих сторон каждого из листов, распределяется по каналам гофр в одном направлении в противотоке к жидкости, в результате чего осуществляется массообмен между жидкостными и газовыми потоками. Давление между смежными листами и каналами выравнивается прохождением газа и жидкости через отверстия или просечки, выполненные в листах. A known method of contacting gas and liquid in countercurrent on a nozzle company "Sulzer" (US patent 4643853, NKI 261-112, 1987), in which vertically mounted sheets with inclined corrugation, in contact with the protruding corrugations with each other, are irrigated from above with liquid, and gas is supplied from below through the corrugation channels. The liquid that is distributed, flowing down the corrugation channels, moistens the sheets, and the gas moves on both sides of each sheet, is distributed along the corrugation channels in one direction in countercurrent to the liquid, resulting in mass transfer between the liquid and gas flows. The pressure between adjacent sheets and channels is equalized by the passage of gas and liquid through openings or perforations made in the sheets.

К недостаткам этого способа следует отнести следующее:
- движение газа по гофрам листа с каждой стороны осуществляется в одном направлении, что увеличивает гидравлическое сопротивление потоку газа при выходе на стенку аппарата или на соседний поперечно установленный лист (или пакет);
- движение потока газа в пакете только осуществляется в двух направлениях, т.е. первое - в направлении расположения каналов гофр на одном листе с двух сторон, второе (перекрещивающее) - в направлении расположения каналов гофр на смежном листе насадки.The disadvantages of this method include the following:
- the movement of gas along the corrugations of the sheet on each side is carried out in one direction, which increases the hydraulic resistance to gas flow when exiting to the apparatus wall or to the adjacent transversely mounted sheet (or packet);
- the movement of the gas flow in the package is only carried out in two directions, i.e. the first is in the direction of the arrangement of the corrugation channels on one sheet from two sides, the second (crossing) is in the direction of the arrangement of the corrugation channels on an adjacent nozzle sheet.

Такое движение потоков ухудшает распределение газа и жидкости по сечению массообменного элемента и ухудшает массопередачу, увеличивает гидравлическое сопротивление газовому потоку. This movement of flows impairs the distribution of gas and liquid over the cross section of the mass transfer element and impairs mass transfer, increases hydraulic resistance to the gas flow.

Указанные недостатки частично устранены в наиболее близком к предлагаемому изобретению способе контакта газа и жидкости в регулярной насадке, набранной из параллельных листов с выступами (патент РФ 2113900, МПК 6 В 01 J 19/30, 1997 г. - прототип), расположенными под углом от вертикали и направленными на поверхностях, обращенных друг к другу, в противоположных направлениях. В этом способе осуществляется разделение газовых и жидкостных потоков, движущихся между смежными листами, на два потока, которые движутся вдоль поверхности каждого из соприкасающихся листов под углом друг к другу, в связи с чем снижается гидравлическое сопротивление газовому потоку при ударении его о стенку аппарата или поперечный лист (или пакет) насадки. При этом с каждой стороны листа образованы перекрещивающиеся газовые потоки, так как часть газа проникает через проницаемые выступы (жгуты), по которым стекает жидкостной поток, что также снижает гидравлическое сопротивление газовому потоку и улучшает распределение газа и жидкости, увеличивая тем самым массопередачу. These disadvantages are partially eliminated in the closest to the proposed invention, the method of contact of gas and liquid in a regular nozzle, composed of parallel sheets with protrusions (RF patent 2113900, IPC 6 01 J 19/30, 1997 prototype), located at an angle from vertically and directed on surfaces facing each other, in opposite directions. In this method, gas and liquid streams moving between adjacent sheets are separated into two streams that move along the surface of each of the contacting sheets at an angle to each other, which reduces the hydraulic resistance of the gas stream when it is struck against the wall of the apparatus or transverse sheet (or package) nozzles. At the same time, intersecting gas flows are formed on each side of the sheet, since part of the gas penetrates through permeable protrusions (bundles) along which the liquid stream flows, which also reduces hydraulic resistance to the gas stream and improves the distribution of gas and liquid, thereby increasing mass transfer.

Недостатком способа является распределение потоков газа и жидкости только вдоль выступов, т.к. поперечный поток газа, проходящий через жгут, является незначительным, не позволяющим осуществлять равномерное распределение газа и жидкости по сечению массообменного элемента и, следовательно, ухудшает массопередачу и увеличивает гидравлическое сопротивление газовому потоку. The disadvantage of this method is the distribution of gas and liquid flows only along the protrusions, because the transverse gas flow passing through the bundle is insignificant, not allowing uniform distribution of gas and liquid over the cross section of the mass transfer element and, therefore, impairs mass transfer and increases hydraulic resistance to the gas flow.

Изобретением решается задача повышения эффективности тепло- и массообмена в процессах разделения многокомпонентных смесей и снижения гидравлического сопротивления по газу путем многократного отбора жидкости с выступов насадки и контакта ее с газовыми потоками, направленными вдоль и поперек выступов. The invention solves the problem of increasing the efficiency of heat and mass transfer in the separation processes of multicomponent mixtures and reducing hydraulic resistance by gas by repeatedly selecting liquid from the protrusions of the nozzle and contacting it with gas flows directed along and across the protrusions.

Для достижения названного технического результата в предлагаемом способе контакта газа и жидкости, включающем противоточное контактирование жидкости и газа, распределение потоков газа на поверхности листов параллельно наклонным потокам жидкости и направление этих потоков в зеркальном отображении на поверхности смежных листов, на поверхности листов организуют неравномерные (волновые) потоки газа, направленные под углом к потокам газа и потокам жидкости, а в местах пересечения двух потоков газа с наклонными потоками жидкости производят отбор жидкости и контактируют ее с газом. To achieve the technical result in the proposed method of contacting gas and liquid, including countercurrent contacting of liquid and gas, the distribution of gas flows on the surface of sheets parallel to the inclined flows of liquid and the direction of these flows in mirror image on the surface of adjacent sheets, on the surface of the sheets organize uneven (wave) gas flows directed at an angle to gas flows and fluid flows, and at the intersection of two gas flows with inclined fluid flows, They take a liquid and contact it with gas.

В местах отбора жидкости осуществляют колебание потоков жидкости двумя направленными под углом потоками газа. In places of fluid sampling, fluid flows are oscillated by two angled gas flows.

Организация на поверхности листов неравномерных (волновых) потоков газа, направленных под углом к потокам газа и параллельным им потокам жидкости, отбор жидкости в местах пересечения двух потоков газа с наклонными потоками жидкости и контактирование ее с газом позволили провести дробление жидкости потоками газа с частотой колебаний, определяемой, например, конструкцией насадки, и тем самым повысить эффективность массопередачи между газовыми и жидкостными потоками. The organization on the surface of the sheets of uneven (wave) gas flows directed at an angle to the gas flows and the liquid flows parallel to them, the selection of liquid at the intersection of two gas flows with inclined fluid flows and its contact with gas allowed the liquid to be crushed by gas flows with an oscillation frequency, defined, for example, by the design of the nozzle, and thereby increase the efficiency of mass transfer between gas and liquid flows.

Осуществление колебания потоков жидкости в местах ее отбора направленными под углом друг к другу потоками газа дополнительно повышает эффективность способа контакта газа и жидкости за счет колебания потока жидкости, распространяющегося в среде выступов листов насадки и принудительного отвода жидкости с них. The implementation of the oscillation of fluid flows in places of its selection directed at an angle to each other gas flows additionally increases the efficiency of the method of contact of gas and liquid due to fluctuations in the fluid flow propagating in the medium of the protrusions of the sheets of the nozzle and the forced removal of fluid from them.

Заявителю не известны способы контакта газа и жидкости на регулярных насадках, в которых повышение эффективности тепло- и массообмена, снижение гидравлического сопротивления по газу и улучшение распределения потоков достигалось бы указанным выше образом. The applicant does not know the methods of contacting gas and liquid on regular nozzles in which an increase in the efficiency of heat and mass transfer, a decrease in hydraulic resistance over gas, and an improvement in the distribution of flows would be achieved in the manner described above.

Предлагаемый способ поясняется схемами распределения потоков газа и жидкости в регулярной насадке. The proposed method is illustrated by the distribution patterns of gas and liquid flows in a regular nozzle.

На фиг. 1 представлена схема распределения потоков жидкости и газа при осуществлении способа контакта газа и жидкости в пакете регулярной насадки, листы которой выполнены с выступами в виде пережатых пористых жгутов. In FIG. 1 shows a diagram of the distribution of fluid and gas flows in the implementation of the method of contact of gas and liquid in a regular packing, the sheets of which are made with protrusions in the form of pinched porous bundles.

На фиг. 2 представлена схема распределения потоков газа и жидкости на поверхности одного листа регулярной насадки с выступами в виде пережатых пористых жгутов. In FIG. 2 shows a diagram of the distribution of gas and liquid flows on the surface of one sheet of a regular nozzle with protrusions in the form of compressed porous bundles.

На фиг. 3 представлена схема распределения потоков газа и жидкости на поверхности одного листа регулярной насадки с выступами в виде пережатых пористых жгутов. In FIG. Figure 3 shows the distribution of gas and liquid flows on the surface of one sheet of a regular nozzle with protrusions in the form of compressed porous bundles.

На схемах распределения потоков газа и жидкости (фиг.1, 2, 3) показаны фрагменты регулярной насадки, состоящей из вертикальных листов 1 с выступами (например, сетчатыми жгутами) 2, которые выполнены с пережатиями (уплотнениями) 3 (фиг.1). В местах пережатий 3 на обеих поверхностях каждого из листов 1 расположены каналы 4, для движения газовых потоков поперек выступов (фиг. 3). На поверхностях листов 1 показаны направления движения наклонных газовых потоков 5 и перекрещивающихся с ними колеблющихся неравномерных (волновых) газовых потоков 6 (фиг.1, 2). Сверху и снизу насадки показаны направления движения жидкостных потоков 7 и 8, а также направление движения наклонных потоков жидкости 9 по выступам 2 и отбираемых из выступов 2 потоков жидкости 10 (фиг.1, 2). The distribution diagrams of gas and liquid flows (Figs. 1, 2, 3) show fragments of a regular nozzle consisting of vertical sheets 1 with protrusions (for example, wire harnesses) 2, which are made with clamps (seals) 3 (Fig. 1). In places of clamps 3 on both surfaces of each of the sheets 1 are channels 4, for the movement of gas flows across the protrusions (Fig. 3). On the surfaces of the sheets 1 shows the direction of movement of the inclined gas streams 5 and intersecting with them oscillating uneven (wave) gas streams 6 (Fig.1, 2). Above and below the nozzle shows the direction of motion of the fluid flows 7 and 8, as well as the direction of motion of the inclined fluid flows 9 along the protrusions 2 and taken from the protrusions 2 of the fluid flows 10 (Fig.1, 2).

На фиг.3 показаны направления движения потоков газа 11 и 12 через листы насадки при наличии окон 13 на листах 1. Figure 3 shows the directions of motion of the gas flows 11 and 12 through the sheets of the nozzle in the presence of windows 13 on the sheets 1.

Способ осуществляется следующим образом. The method is as follows.

Поток жидкости (жидкой фазы) 7 после распределения подают сверху на регулярную насадку, растягивают по сечению аппарата по поверхности листов 1 между выступами 2 (фиг. 1), затем часть собирают с листов 1 выступами 2 в поток 9 и обеспечивают сток остальной жидкости в виде тонкой пленки по поверхности листов 1 насадки. The liquid flow (liquid phase) 7 after distribution is fed from above onto a regular nozzle, stretched over the section of the apparatus over the surface of sheets 1 between protrusions 2 (Fig. 1), then part is collected from sheets 1 by protrusions 2 into stream 9 and the rest of the liquid is drained in the form thin film on the surface of the sheets 1 nozzle.

В объеме насадке осуществляют контактирование жидкости с восходящими потоками газа, которые, как и жидкость, распределяют потоками. In the volume of the nozzle, the liquid is contacted with upward gas flows, which, like the liquid, are distributed by flows.

Потоки газа 5 и жидкости 9 (фиг.1, 2) распределяют по поверхностям листов 1 параллельно друг другу: с одной стороны листов 1 потоки газа 5 и жидкости 9 направляют с наклоном слева направо, а с другой стороны листов 1, наоборот, - справа налево. The gas flows 5 and liquid 9 (Figs. 1, 2) are distributed on the surfaces of sheets 1 parallel to each other: on one side of sheets 1, gas flows 5 and liquid 9 are directed with an inclination from left to right, and on the other side of sheets 1, on the contrary, from right left.

Организуют на поверхностях листов неравномерные (волновые) потоки газа 6, направленные под углом к параллельным потокам газа 5 и жидкости 9 (фиг.1, 2) по каналам 4 (фиг.3), образованным на листах путем пережатий 3 выступов 2. Organize on the surfaces of the sheets non-uniform (wave) gas flows 6 directed at an angle to the parallel flows of gas 5 and liquid 9 (Figs. 1, 2) along the channels 4 (Fig. 3) formed on the sheets by clamping 3 protrusions 2.

В местах пересечения потоков газа 5 и 6 с наклонными потоками жидкости 9 производят отбор жидкости поток 10 (фиг.1, 2) и контактируют ее с газом. At the intersection of the gas flows 5 and 6 with the inclined fluid flows 9, the fluid is sampled by flow 10 (FIGS. 1, 2) and is contacted with gas.

Жидкость отбирают в виде струек (поток 10, фиг.1, 2) из структуры выступов 2 и затем дробят потоками газа 5 и неравномерными (волновыми) потоками 6, направленными под углом друг к другу. The liquid is taken in the form of streams (stream 10, FIGS. 1, 2) from the structure of the protrusions 2 and then crushed by gas flows 5 and uneven (wave) flows 6 directed at an angle to each other.

Производят колебание наклонных потоков жидкости 9 в местах отбора жидкости неравномерными (волновыми) потоками газа 6 и потоками газа 5, которые распределяются под углом к потокам 6, и таким образом обеспечивают интенсификацию стока жидкости, а следовательно, увеличивают массопередачу между газом и жидкостью. The inclined fluid flows 9 are oscillated at the points of fluid withdrawal by non-uniform (wave) gas flows 6 and gas flows 5, which are distributed at an angle to the flows 6, and thus provide intensification of the liquid flow, and therefore increase mass transfer between the gas and the liquid.

В местах отбора жидкости в плоскости, перпендикулярной распространению двух направленных под углом друг к другу потоков газа и потоков жидкости организуют направленные под углом друг к другу потоки газа 11 и 12 и поток жидкости посредством отверстий 13 (фиг.3), выполненных на листах 1, что позволяет улучшить распределение газа по поперечному сечению массообменной части и снизить ее гидравлическое сопротивление. In places of fluid withdrawal in a plane perpendicular to the propagation of two gas flows directed at an angle to each other and liquid flows, gas flows 11 and 12 directed at an angle to each other and a liquid flow through holes 13 (FIG. 3) made on sheets 1 are arranged which allows to improve the distribution of gas over the cross section of the mass transfer part and reduce its hydraulic resistance.

Данный способ может быть осуществлен в насадке, выступы на листах которой могут быть выполнены из сетчатого жгута, как показано на фиг.1, 2, 3, или фитиля. This method can be carried out in a nozzle, the protrusions on the sheets of which can be made of wire harness, as shown in figures 1, 2, 3, or wick.

Предложенный способ также может быть осуществлен с использованием гофрированных листов, при этом распределение потоков осуществляют следующим образом: основного по наклонным каналам гофрированных листов, а дополнительного в выполненных под углом к основным каналам в местах сбора жидкости каналами с последовательно расширяющимися и сужающимися сечениями. The proposed method can also be implemented using corrugated sheets, while the distribution of flows is as follows: the main along the inclined channels of the corrugated sheets, and the additional in the channels made at an angle to the main channels at the liquid collection points with successively expanding and tapering sections.

Таким образом, предложенный способ контакта жидкости и газа позволил создать дополнительные ранее не известные зоны контакта в регулярных насадках и организовать двумя направленными под углом друг к другу потоками газа колебание нисходящих потоков жидкости, распределяемых в структурах выступов, и тем самым существенно повысить эффективность тепломассообмена между газом и жидкостью, а за счет создания дополнительных потоков газа по поперечному сечению насадки снизить гидравлическое сопротивление. Thus, the proposed method of contacting liquid and gas made it possible to create additional previously unknown contact zones in regular nozzles and to organize two downward directed gas flows to oscillate downward liquid flows distributed in the structures of the protrusions, and thereby significantly increase the efficiency of heat and mass transfer between gas and liquid, and due to the creation of additional gas flows along the nozzle cross section, reduce hydraulic resistance.

Claims

1. The method of contact of gas and liquid, including countercurrent contacting of liquid and gas, the distribution of gas flows on the surface of the sheets parallel to the inclined fluid flows and the direction of these flows in a mirror image on the surface of adjacent sheets, characterized in that on the surface of the sheets organize uneven (wave) flows gas directed at an angle to the gas flows and fluid flows, and at the intersection of two gas flows with inclined fluid flows, the fluid is sampled and contacted with the gas.

2. The method according to claim 1, characterized in that in the places of fluid sampling, the inclined fluid flows are oscillated by two angled gas flows.