RU2310504C1

RU2310504C1 - Packed column

Info

Publication number: RU2310504C1
Application number: RU2006111897/15A
Authority: RU
Inventors: Александр Борисович Голованчиков (RU); Александр Борисович Голованчиков; Юли Сергеевна Гермашева (RU); Юлия Сергеевна Гермашева; Натали Александровна Дулькина (RU); Наталия Александровна Дулькина; Александр Борисович Дулькин (RU); Александр Борисович Дулькин; Надежда Геннадьевна Кокорина (RU); Надежда Геннадьевна Кокорина
Priority date: 2006-04-10
Filing date: 2006-04-10
Publication date: 2007-11-20

Abstract

FIELD: chemical industry; petrochemical industry; oil-refining industry; oil-processing industry; gas-processing industry; metallurgical industry; by-product-coking industry; environmental protection; production and operation of the packed mass-exchange apparatuses for the "gas-liquid" systems.

SUBSTANCE: the invention is pertaining to the packed mass-exchange apparatuses for the "gas-liquid" systems and may find application in chemical, petrochemical, oil-and gas-processing industries, metallurgical industry and the by-product-coking industry, and also in the industrial ecology at purification of the flue gases and the ventilation emissions. The packed column contains the cylindrical body and the head made in the form of the multi-row located in it rings, the lateral surface of the rings of the head is bent along the circumference with R=0.08-0.1 m. The rings are vertically installed with the shift in the rows of the convex side towards the axis of the body of the packed column in such a manner, that the upper protruding edge of each ring of the lower row number is located inside the ring of the upper row. The technical result of the invention is the increased degree of the purification of the gases at the expense of intensification of the process of the mass-exchange between the gas and the liquid.

EFFECT: the invention ensures the increased degree of the purification of gases at the expense of intensification of the mass-exchange process between the gas and the liquid.

2 dwg

Description

Предлагаемое техническое решение относится к насадочным массообменным аппаратам для систем "газ-жидкость" и может найти применение в химической, нефтехимической, нефте- и газоперерабатывающей промышленности, металлургическом и коксохимическом производстве, а также в промышленной экологии при очистке дымовых газов и вентиляционных выбросов.The proposed technical solution relates to packed mass-exchange apparatuses for gas-liquid systems and can be used in the chemical, petrochemical, oil and gas processing industries, metallurgical and coke-chemical industries, as well as in industrial ecology in the treatment of flue gases and ventilation emissions.

Известна конструкция насадочной колонны, состоящей из корпуса с патрубками входа и выхода газа и жидкости, опорных решеток с уложенной на них насадкой в виде колец Рашига, колец с перегородками, колец Паля, седел Берля или "Инталлокс". Для улучшения смачивания насадки в колоннах большого диаметра насадку укладывают слоями (секциями) высотой 2-3 м и под каждой секцией устанавливают перераспределители жидкости для нейтрализации пристенного эффекта, когда жидкость движется у стенок колонны, а газ - по ее центру. (Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.: Химия, 1971, издание восьмое, переработанное, стр.468-472).A known design of a packed column, consisting of a housing with gas and liquid inlet and outlet nozzles, support grids with a nozzle in the form of Raschig rings, rings with partitions, Pal rings, Burl saddles or Intallox, is laid on them. To improve the wetting of the nozzle in large diameter columns, the nozzle is laid in layers (sections) of 2-3 m in height and liquid redistributors are installed under each section to neutralize the near-wall effect when the liquid moves near the column walls and the gas in its center. (Kasatkin A.G. Basic processes and apparatuses of chemical technology. - M.: Chemistry, 1971, eighth edition, revised, pp. 468-472).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится неравномерное распределение жидкости и газа по объему колонны, а также необходимость установки перераспределителей жидкости, что приводит к увеличению размеров колонны.The reasons that impede the achievement of a given technical result include the uneven distribution of liquid and gas throughout the column, as well as the need to install redistributors of liquid, which leads to an increase in the size of the column.

Известна конструкция насадочной колонны, в которой в корпус на опорные решетки упорядоченно уложена насадка, состоящая из перфорированного кольца, снабженного внешними кольцевыми элементами с продольными вырезами, присоединенными с помощью ребер к перфорированному кольцу (Авт. св. СССР №294399, В01D 53/18, 1979).A known construction of a packed column, in which a nozzle is arranged in orderly placed on the support lattices, consisting of a perforated ring equipped with external ring elements with longitudinal cuts connected by ribs to the perforated ring (Aut. St. USSR No. 294399, B01D 53/18, 1979).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточно равномерное распределение жидкости и газа по объему колонны, когда основная часть газа движется по центру, а жидкость по периферии сечения колонны - у ее стенок, что приводит к необходимости установки перераспределителей жидкости и увеличению высоты колонны.The reasons that impede the achievement of a given technical result include an insufficiently uniform distribution of liquid and gas throughout the column, when the bulk of the gas moves in the center, and the liquid along the periphery of the column cross section is near its walls, which leads to the need to install liquid redistributors and increase the column height .

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту и выбранному за прототип является насадочная колонна для контактных аппаратов, содержащая цилиндрический корпус и насадку в виде уложенных в нем керамических колец с катализатором, при этом кольца выполнены с отношением их длины к диаметру 1,5-2,5, а длина кольца составляет 0,4-1,0 внутреннего диаметра корпуса, а при многорядном размещении колец в корпусе кольца выполнены в виде однополостных гиперболоидов (Авт. св. СССР №1625518, B01J 19/30, 1991).The closest technical solution to the claimed object and selected for the prototype is a nozzle column for contact devices containing a cylindrical body and a nozzle in the form of ceramic rings laid in it with a catalyst, while the rings are made with a ratio of their length to diameter of 1.5-2.5 and the length of the ring is 0.4-1.0 of the inner diameter of the case, and with multi-row placement of the rings in the case of the ring, they are made in the form of single-cavity hyperboloids (Aut. St. USSR No. 1625518, B01J 19/30, 1991).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится неравномерное распределение жидкости и газа по сечению и высоте колонны, что уменьшает скорость массопередачи, приводит к необходимости установки перераспределителей жидкости и в конечном счете увеличивает высоту колонны.The reasons that impede the achievement of a given technical result include the uneven distribution of liquid and gas over the cross section and height of the column, which reduces the mass transfer rate, leads to the necessity of installing redistributors of liquid and ultimately increases the height of the column.

Задачей предлагаемого технического решения является разработка конструкции насадочной колонны и насадки и ее размещения в колонне, позволяющей равномерно распределять жидкость и газ по высоте колонны, что увеличивает эффективность процесса массопереноса.The objective of the proposed technical solution is to develop the design of the packed column and nozzle and its placement in the column, which allows you to evenly distribute the liquid and gas along the height of the column, which increases the efficiency of the mass transfer process.

Техническим результатом является увеличение степени очистки газа за счет интенсификации процесса массопередачи между газом и жидкостью.The technical result is to increase the degree of gas purification due to the intensification of the mass transfer process between gas and liquid.

Поставленный технический результат достигается тем, что в насадочной колонне, содержащей цилиндрический корпус и насадку в виде многорядно размещенных в нем колец, боковая поверхность колец насадки изогнута по окружности с радиусом R=0,08-0,1 м, при этом кольца вертикально установлены со смещением в рядах выпуклой стороной к оси корпуса колонны таким образом, что верхний выступающий край каждого кольца нижнего ряда размещен внутри кольца верхнего ряда.The technical result is achieved by the fact that in the nozzle column containing the cylindrical body and the nozzle in the form of rings arranged in multiple rows therein, the side surface of the nozzle rings is curved in a circle with a radius R = 0.08-0.1 m, while the rings are vertically mounted with displacement in rows of the convex side to the axis of the column housing so that the upper protruding edge of each ring of the lower row is placed inside the ring of the upper row.

Выполнение боковой поверхности колец насадки изогнутыми по окружности радиуса R позволяет при стекании по ним сверху вниз пленки жидкости и обтекании этой пленки жидкости потоком газа, движущимся снизу вверх, создавать центробежную силу, заставляющую жидкость, имеющую большую плотность, двигаться от центра кривизны радиуса R, а газ, имеющий меньшую плотность, к центру кривизны.The execution of the side surface of the nozzle rings bent around a circle of radius R makes it possible to create a centrifugal force that causes a liquid with a high density to move from the center of curvature of radius R when the liquid film flows downward from top to bottom and flows around this liquid film; gas with a lower density to the center of curvature.

Вертикальная установка в рядах колец насадки выпуклой стороной к оси корпуса колонны позволяет создать в жидкости помимо осевой компоненты скорости, направленной сверху вниз, центробежную радиальную компоненту скорости от периферии к центру колонны, а в газе, помимо осевой компоненты скорости, направленной снизу вверх, центробежную радиальную компоненту скорости от центра к периферии.Vertical installation in the rows of nozzle rings with the convex side to the axis of the column body allows the creation of a centrifugal radial velocity component from the periphery to the center of the column, in addition to the axial velocity component from the top to the bottom, in the liquid, and centrifugal radial in addition to the axial velocity component in the gas velocity component from the center to the periphery.

Изгиб боковой поверхности колец насадки по окружности с радиусом R=0,08-0,1 м позволяет создавать центробежную силу одного порядка с силой тяжести, то есть центробежное ускорение, равное или несколько большее ускорения свободного паденияBending the lateral surface of the nozzle rings around a circle with a radius of R = 0.08-0.1 m allows you to create a centrifugal force of the same order with gravity, that is, centrifugal acceleration equal to or slightly greater than the acceleration of gravity

V²/R≥g,V ² / R≥g,

где V - скорость жидкости или газа, м/с; R - радиус боковой поверхности колец насадки, м; g=9,81 - ускорение свободного падения, м/с². Так как рабочие скорости газа и жидкости в насадочных колоннах порядка 1 м/с, тоwhere V is the velocity of the liquid or gas, m / s; R is the radius of the side surface of the nozzle rings, m; g = 9.81 - acceleration of gravity, m / s ² . Since the working velocities of gas and liquid in packed columns are of the order of 1 m / s, then

R≤V²/g≈0,1R≤V ² / g≈0.1

Увеличение радиуса R больше верхнего предела, равного 0,1 м, приводит к уменьшению центробежной силы и снижению эффекта выравнивания потоков жидкости и газа по сечению и высоте колонны, что не позволяет интенсивно перемешивать потоки жидкости и газа.An increase in the radius R greater than the upper limit of 0.1 m leads to a decrease in centrifugal force and a decrease in the effect of equalizing liquid and gas flows over the cross section and height of the column, which does not allow intensive mixing of the liquid and gas flows.

Уменьшение радиуса R ниже 0,08 м приводит к чрезмерному увеличению центробежной силы, что также не позволяет равномерно распределять потоки жидкости и газа по сечению и высоте колонны, что снижает эффективность массопереноса и скорость массопередачи.A decrease in the radius R below 0.08 m leads to an excessive increase in centrifugal force, which also does not allow uniform distribution of fluid and gas flows over the cross section and height of the column, which reduces the mass transfer efficiency and mass transfer rate.

Кроме того, вертикальная установка колец со смещением в рядах так, что выступающий край каждого кольца нижнего ряда размещен внутри кольца верхнего ряда, позволяет уменьшить гидравлическое сопротивление, увеличить устойчивость колец в рядах и облегчить их установку при монтаже.In addition, the vertical installation of the rings with the displacement in the rows so that the protruding edge of each ring of the lower row is placed inside the ring of the upper row, can reduce the hydraulic resistance, increase the stability of the rings in the rows and facilitate their installation during installation.

На фиг.1 представлен вертикальный разрез фрагмента насадочной колонны; на фиг.2 - общий вид кольца насадки в разрезе.Figure 1 presents a vertical section of a fragment of a packed column; figure 2 is a General view of the nozzle ring in the context.

Насадочная колонна состоит из корпуса 1, в котором размещены кольца 2 насадки на опорной решетке 3; боковая поверхность 4 колец 2 насадки изогнута по окружности с радиусом R=0,08-0,1 м, при этом кольца 2 вертикально установлены со смещением в рядах выпуклой стороной к оси корпуса колонны таким образом, что выступающий край 5 каждого кольца нижнего ряда размещены внутри кольца верхнего ряда.The nozzle column consists of a housing 1, in which the nozzle rings 2 are placed on the support grid 3; the lateral surface 4 of the nozzle rings 2 is bent around a circle with a radius of R = 0.08-0.1 m, while the rings 2 are vertically mounted with the convex side displaced in rows to the axis of the column body so that the protruding edge 5 of each ring of the lower row is placed inside the ring of the upper row.

Насадочная колонна работает следующим образом.Packed column works as follows.

В корпус 1 колонны сверху подается жидкость, которой сначала заполняется весь объем корпуса 1 для полного смачивания всей поверхности колец 2 насадки. Затем снизу в колонну 1 подается газ.In the casing 1 of the column, a liquid is supplied from above, which first fills the entire volume of the casing 1 to completely wet the entire surface of the nozzle rings 2. Then, gas is supplied from below to column 1.

Поток газа обтекает пленку жидкости, стекающей по поверхности колец 2 насадки и, проходя через все ряды многорядно вертикально со смещением установленных колец, выходит вверх из корпуса 1.A gas stream flows around a film of liquid flowing over the surface of the nozzle rings 2 and, passing through all the rows in a multiline vertically with an offset of the installed rings, comes up from the housing 1.

Так как боковая поверхность 4 каждого кольца 2 насадки изогнута по окружности радиуса R=0,08-0,1 м и каждое кольцо в ряду вертикально установлено со смещением выпуклой стороной боковой поверхности 4 к оси корпуса 1 колонны, то при течении пленки жидкости по выпуклой боковой поверхности 4 сверху вниз в ней под действием центробежной силы возникает компонента скорости, направленная вдоль радиуса R к центру колонны. В потоке газа, обтекающем пленку жидкости снизу вверх под действием центробежной силы, возникает компонента скорости, направленная вдоль радиуса R, но от оси колонны к стенке корпуса 1, так как плотность газа много меньше плотности жидкости.Since the lateral surface 4 of each ring 2 of the nozzle is bent around a circle of radius R = 0.08-0.1 m and each ring in a row is vertically installed with the convex side of the lateral surface 4 offset to the axis of the casing 1 of the column, when the fluid film flows along the convex the side surface 4 from top to bottom in it under the action of centrifugal force there is a velocity component directed along the radius R to the center of the column. In the gas flow that flows around the liquid film from the bottom up under the action of centrifugal force, a velocity component arises, directed along the radius R, but from the axis of the column to the wall of the housing 1, since the gas density is much less than the density of the liquid.

При средних осевых скоростях жидкости и газа порядка 1 м/с при радиусе боковой поверхности 4 колец 2 R=0,08-0,1 м центробежная сила, возвращающая пленку жидкости к оси корпуса колонны, а поток газа, обтекающий эту пленку, отбрасывающая от оси колонны к корпусу 1, становится одного порядка с силой тяжести, что позволяет интенсивно перемешивать потоки жидкости и газа равномерно во всем объеме колонны как по высоте, так и по радиусу.At average axial velocities of the liquid and gas of the order of 1 m / s with a radius of the lateral surface of 4 rings 2 R = 0.08-0.1 m, the centrifugal force returns the liquid film to the axis of the column body, and the gas stream flowing around this film, discarding the axis of the column to the housing 1, becomes of the same order of gravity, which allows you to intensively mix the flow of liquid and gas uniformly throughout the volume of the column both in height and radius.

Меньшее значение радиуса R=0,08 м предпочтительно для колец насадки малого размера, чтобы на небольшой длине боковой поверхности 4 колец 2 большая центробежная сила успела создать радиальные компоненты скорости жидкости к центру колонны, а скорости газа к корпусу 1.A smaller radius value R = 0.08 m is preferable for small nozzle rings, so that on a small length of the lateral surface of 4 rings 2, a large centrifugal force can create radial components of the fluid velocity to the center of the column and gas velocity to the body 1.

Большее значение радиуса R=0,1 м предпочтительно для колец насадки большего размера, так как в этом случае даже меньшая центробежная сила успевает создать на большой длине боковой поверхности 4 колец 2 искомые радиальные компоненты скорости для жидкости и газа.A larger radius value of R = 0.1 m is preferable for larger nozzle rings, since in this case even a smaller centrifugal force manages to create the desired radial velocity components for liquid and gas over a large length of the side surface of 4 rings 2.

Таким образом, предлагаемая конструкция насадочной колонны позволяет за счет создания центробежной силы двигаться жидкости не только сверху вниз, но и в радиальном направлении от стенки к оси колонны, а газ под действием этой силы движется не только снизу вверх, но и в радиальном направлении от оси колонны к ее стенке. Это увеличивает скорость массопередачи за счет интенсивного перемешивания газа и жидкости, равномерного заполнения ими всего объема колонны по высоте и радиусу, увеличивает поверхность раздела фаз за счет дробления капель и пузырьков газа, предотвращает перемещение жидкости к стенке колонны, а газа к ее оси, уменьшает размеры колонны и в конечном счете увеличивает эффективность процесса массопереноса.Thus, the proposed design of the packed column allows, by creating a centrifugal force, to move the fluid not only from top to bottom, but also in the radial direction from the wall to the axis of the column, and gas under the action of this force moves not only from bottom to top, but also in the radial direction from the axis columns to her wall. This increases the mass transfer rate due to intensive mixing of gas and liquid, uniformly filling the entire column volume in height and radius, increases the phase interface due to crushing drops and gas bubbles, prevents the movement of liquid to the column wall, and gas to its axis, reduces the size columns and ultimately increases the efficiency of the mass transfer process.

Предлагаемые кольца насадки несложно установить в действующих насадочных колоннах, заменив в них обычную насадку типа колец Рашига и других, или чередовать обычную насадку, уложенную в навал, с рядами предлагаемых колец насадки с боковой поверхностью, изогнутой по окружности, и установленных согласно формуле изобретения.The proposed nozzle rings are easy to install in existing packed columns, replacing a conventional nozzle such as Raschig rings and others, or alternating an ordinary nozzle laid in bulk with rows of the proposed nozzle rings with a lateral surface curved around the circumference and installed in accordance with the claims.

Claims

A nozzle column containing a cylindrical body and a nozzle in the form of rings arranged in multi-row, characterized in that the lateral surface of the nozzle rings is curved in a circle with a radius R = 0.08-0.1 m, while the rings are vertically mounted with an offset in the convex rows side to the axis of the column body so that the upper protruding edge of each ring of the lower row is placed inside the ring of the upper row.